CN1068467C - 灯泡式发电机 - Google Patents

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Abstract

灯泡式水轮发电机的定子铁心(2)借助于V形定位件(14)悬挂在机座环(1)上。通过V形定位件加固了机座环。冷却用的空气或冷却水可通过V形定位件(14)和机座环(1)的内壁形成的空腔(18)，所以，损耗热的一部分在通过冷的并由V形定位件扩大的机座壁时就已散失在河水中。

Description

灯泡式发电机
本发明涉及一种灯泡式发电机，这种发电机带有一个由球形罩和连接在球形罩上的机座环组成的机座，以及带有一个被机座环包围并装在机座环中的定子铁心。定子铁心由若干层扇形片叠装而成，并借助于轴向延伸的垫有定位件的托板固定在动力水绕流的机座环上，其中定子铁心由许多分段铁心组成，并通过各段铁心之间的间隙而可使径向向外的冷却空气流入定子铁心和机座环之间的空间，并从该处流入球形罩的冷却器中。
本发明涉及一种例如欧洲专利EP-O-413708B1公知的灯泡式发电机。
中小型容量的灯泡式发电机(也叫灯泡式水轮发电机)由于结构上的原因，由扇形片叠装而成的定子铁心是直接固定在动力水绕流的机座环上的。为了增加定子铁心通过机座环把热量散发到动力水中，上述专利在定子铁心和机座环之间设置了一个结构上和制造上都需要的间隙，此间隙用热导率高的可弹性变型的材料填充。
但在大容量和机座环直径为8米或更大的灯泡式发电机时，这种可弹性变形的材料不可能承受由于冷的河水和机器在运行中因温升引起的铁心变大所造成的机座收缩而在机座中产生的机械应力。此外，磁力对定子铁心的圆度保持也产生负面影响。
所以，大型灯泡式发电机将定子铁心与机座环的内壁隔开，并通过由此形成的间隙而可使封闭循环的冷却剂通过。这种结构在文献中叫做表面环形冷却器或间隙冷却器。其中相应的气-水冷却器或水-水冷却器位于灯泡式发电机的球形罩中。用空气作为冷却剂时，这种冷却装置不会出现特殊的问题，而在水冷时，冷却水流过的这个间隙则必须与定子铁心密封。
本发明的任务是提出这样一种灯泡式发电机：即使在机座环的直径大时，它也能实现经受住全部热负荷和磁负荷的刚性的定子悬挂，并可实现理想的冷却。
本发明的这个任务是这样实现的：定位件做成梯形横截面的、极端情况中做成V形横截面的轴向伸展的空心体，或者与机座环内壁共同构成这种横截面。其中所述空心体的宽底径向向外位于机座环上，或机座环本身构成这个宽底；在所述空心体的窄底上沿圆周方向设置有用来固定托板的紧固板；冷却剂可流经所述的空心体。
特别是，本发明的优点在于，空心体显著加固了机座环。空心体最好为V形横截面，且相邻空心体的自由端紧密相邻。这种结构增加了机座环的表面，所以，从分段铁心之间的径向冷却槽流入定子后部的冷却空气在达到设置在球形罩中的冷却器之前已被冷却。因此，机器损耗热的一部分在通过空心体增大的机座壁时就已经散失到河水中了。
本发明既适用于纯粹的空气冷却，也适用于组合式的水-气冷却：
在纯粹空气冷却时，空心体有助于疏导从定子铁心径向向外流出的空气，其中空心体在整个长度上设置有第一组孔，(热)空气主要径向流入这些孔中，而后在空心体内部轴向流到机器两侧。铁心长度以外的空心体则设置有第二组孔，已经部分冷却的空气通过这些孔重新离开空心体，并流入绕组端部空间，而后从该处绕流于绕组端部和绕组连接线，最后汇流并流入球形罩的冷却器中。
向两侧流去的空气的分配最好是，大部分空气流向机器球形罩侧一端。这种空气量的分配可用简单的方式通过第二组孔的通流面积的大小来实现。
在组合式的水-气冷却时，空心体上没有设置孔。从空心体轴向看去，定子铁心以外是若干相互沟通的水沟使冷却水曲折地流经全部空心体。这一措施也增加了机座环的有效冷却表面，而不需要球形罩中的特殊水-水冷却器或水-气冷却器。其中来自定子铁心的(热)空气总是流到定子后部。
在极端条件下，例如河水温度高的情况下，可通过球形罩中的特殊冷却器延长冷却水循环。
下面结合附图详细说明本发明的各个实施例及其优点。
本发明实施例用原理图表示如下：
图1表示灯泡式发电机定子的简化纵截面；
图2表示图1的详图X；
图3表示在纯粹空气冷却时沿作为定位件的V形空心体剖面线A-A剖开的图1所示定子的横截面；
图3a表示图3放大比例的详图X；
图4表示图1或图3所示灯泡式发电机设置有图3所示空心体时的机座环的(展开)内壁平面图；
图5表示水冷时设置有图6所示空心体时的图3机座环内壁的修改平面图；
图6表示沿图5剖面线B-B剖开的空心体纵截面；
图7表示用梯形空心体作定位件时图3的另一方案；
图8表示在定子铁心和定位件之间设置有弹性件时图3的又一方案。
除了支撑和定位结构外，图1简化示出的灯泡式发电机相当于(Brown Boveri Mitteilungen》4-70,182-190页上，特别是186页上图5所示的技术水平。灯泡式发电机包括一个在图1中只画出了机座环1的机座。向左连接的球形罩中安设一或多台冷却器和向右连接的水轮机部分以及轴承都未画出。它们相当于上述《Brown BoveriMitt.》的图5。
定子2包括一个由轴向分段铁心3构成的带有径向延伸冷却槽4的定子铁心(见图2详图X)。分段铁心3按已知的方法由若干扇形片5叠装而成，这些扇形片位置错开叠装，并通过压紧板6和拉紧螺栓7压紧成整体。定子绕组放在槽9中，从图1中只能看到两端侧的绕组端部8。球形罩侧的绕组端部空间10示出了绕组连接线12和引线。
定子铁心2被机座环1隔开。在这样构成的环形空间13中在这两个部分之间设置有V形定位件14。定位件14分布到机座环1的整个内圆周上，并在两端用环141、142盖住。这两个环对球形罩或水轮机座同时也起着固定法兰的作用。定位件14与机座环1共同构成状如轴向延伸沟道的空心体。定位件14的自由臂端部焊到机座环1的内侧上，其中相邻的臂紧贴在一起。具有一个径向向内的燕尾形槽的紧固板15固定在每个定位件14的顶部(见图3)。如图1和图3所示的设置有定位件14的机座环1的展开图可以看出，在每个定位件14上都设置有沿机器纵向均匀分布的若干紧固板15。与一个定位件14对应的槽相互成一条直线，带又燕尾形横截面的托板16沿定子铁心2的整个长度延伸，并装在这些槽中。每块扇形片5都有燕尾形的槽。在叠装定子铁心时，扇形片5从一侧(在本例中从球形罩侧)推到托板16上。分段铁心3按公知的方法用径向放入的隔板进行隔离(图中未示出)。
为了方便安装和调节，V形定位件14或紧固板15与托板16之间的连接不是直接的，而是通过一块中间板151与紧固板15(在最终状态中)牢固连接，例如焊接(见图3的详图X图3a)。此中间板151在其径向向里的一侧上有一个梯形槽152，托板16的一半左右位于此槽中。此槽的深度设计成在槽底和托板16外表面之间形成一个宽度d1约为1至2mm的间隙153。中间板151不容许接触到定子铁心，亦即间隙153必须小于铁心和中间板151之间的间隙S。按此方式，热的铁心和冷的机座就能相互运动直至消除这个间隙(间隙153)。只有在继续膨胀时才在中间板151和托板16之间产生压配合。为了在这种状态下保证铁心的圆度，在圆周方向设置有导向件。这些导向件由一个从槽152的槽底径向向内的凸缘154组成，并在中间板151上带有平行的侧缘与中间板151牢固连接在托板径向向外面的矩形槽161中。其中槽的深度也设计成在凸缘154和槽161的槽底之间保留一个宽度d2为1至2mm的间隙162。
定位件14和定子铁心之间的上述间接连接方便了定子铁心相对于机座的安装和调节。此外，这种间接连接还满足了灯泡式发电机的两个典型的基本要求：
1．这种间接连接保证了径向膨胀的可能性(热的铁心/河水绕流致冷的机座)；
2．保证了在故障情况下磁力作用(4节点振动)时的径向刚度。
从图3可清楚看出，分布在机座环整个内圆周上的定位件14把机座环加固成相当于一个桁架结构，这种桁架结构通过挂入双燕尾形托板上的定子铁心2获得了附加的加强。最好用激光切割的钢板制成的紧固板15同时起调节件的作用，并可用一块塞片焊接在定位件14上。这样就省去了在叠装定子铁心之前对机座进行费时的车槽。
虽然由于安装定位件14而使外侧有河水绕流的机座环的内表面加大，但根据本发明，定子机座在几乎不改变结构的情况下可进行空气冷却或水冷却。
在空气冷却时，定位件14的臂在定子铁心2的范围内设有第一组孔17，这些孔沟通了定子铁心2的径向冷却槽4和定位件14的空腔18。通过这些孔17和所述的空腔18就可使定子铁心2流出的(热的)冷却空气流到机器的两端侧。因为这些轴向的槽沟直接与机座环和河水邻接，所以这种热的空气还在流向机器端侧的中途就被冷却了。
在两端侧上和带电部分A以外，在定位件14的臂上设置了第二组孔19或20，空气通过这些孔离开上述槽沟。这种已经冷却了一些的空气在流向球形罩冷却器的途中流经绕组端部8和热负荷高的绕组连接线和引出线12。冷却空气在机器两侧的分配是通过第二组孔19或20的通流面积的尺寸来实现的。从定子铁心2流出的空气首先流入定位件14的外空间21，并用三角形密封板22与绕组端部空间10和11隔开。
在水冷却时，则定位件14臂上的第一和第二组孔17或19都可取消。为此，由定位件14和机座环限定的槽沟或空腔18在环形结合法兰141和142附近的一端交替实现水沟通，所以，冷却水可在其中曲折地在定子机座内循环(见图5)。为此，在本例上述的那一端上设有三角形的孔23，这些孔配置了一块与定位件14相邻的臂连接的屋顶形的盖板24(见图6)。这样就形成图5虚线所示的曲折形冷却水流。
如图7所示，定位件14亦可为梯形横截面，且其宽的底边向外。与V字形定位件比较，臂的自由端明显相隔一定距离。图7所示方案的其余结构和功能与上述的相同。
如果由于运行或别的原因需要将定子铁心2径向弹性地挂在加固的机座环1上，则可不通过本发明涉及的范围，并采用既适用于气冷又适用于水冷的机座冷却的简单结构措施即可。
在图8中，悬挂定子铁心2的双燕尾形托板16不是直接与紧固板15焊接，而是垫有做成U形垫板25的弹性件。垫板25的一边与紧固板15焊接，而其另一边则与圆周方向内相邻的紧固板15焊接。垫板25的两端连接部分具有与图3和图4紧固板15类似的燕尾形槽，托板16嵌入此槽中。通过所述连接部分的横截面尺寸及其几何形状可使垫板或多或少具有一定的径向柔性，从而实现定子铁心2在机座环1上的径向弹性悬挂。这种结构不影响定位件14的加固和冷却作用。

Claims (8)

1．灯泡式发电机带有一个由球形罩和连接其上的机座环(1)组成的机座并带有被机座环(1)包围和固定在机座环(1)中的定子铁心(2)，该定子铁心由叠层扇形片(5)构成，并借助于轴向延伸的带定位件(14)的托板(16)固定在动力水绕流的机座环上，其中定子铁心由许多相隔一定距离的分段铁心(3)组成，并通过分段铁心(3)之间的槽(4)可使冷却空气径向向外流入定子铁心(2)和机座环(1)之间的空间(21)中，并从该处流入位于球形罩中的冷却器，其特征是，分布在整个定子铁心(2)的轴向内的定位件(14)做成空心体，其横截面为梯形，在极端情况中为V形，或与机座环(1)的内壁一起构成梯形或V形横截面，其中，所述空心体的宽底边径向向外位于机座环(1)上，或机座环(1)本身构成宽底边；所述空心体(14)的窄底边上设置有沿圆周方向伸展的用来固定托板(16)的紧固板(15)；冷却剂可通过所述的空心体(14)流通。
2．按权利要求1的灯泡式发电机，其特征是，定位件(14)的侧部设置有第一组孔(17)和第二组孔(19)，其中第一组孔与定子铁心(2)和空心体内部(18)沟通，而第二组孔(19)则与空心体内部(18)和定子铁心(2)端面沟通。
3．按照权利要求1的灯泡式发电机，其特征是，空心体(14)延伸在定子铁心(2)的整个长度和连接的范围，而且相邻的空心体(14)交替在一端和另一端相互沟通，使曲折形的水流通过空心体(14)。
4．按照权利要求1、2或3的灯泡式发电机，其特征是，在垫入紧固板(15)的情况下，托板(16)直接固定到定位件(14)上。
5．按权利要求1、2或3的灯泡式发电机，其特征是，在垫入紧固板(15)的情况下，托板(16)间接固定到定位件(14)上。
6．按权利要求5的灯泡式发电机，其特征是，托板(16)装在中间板(151)上带有径向间隙，但可在圆周方向运动，中间板(151)与紧固板(15)牢固连接。
7．按权利要求6的灯泡式发电机，其特征是，中间板(151)具有一个径向向里的燕尾形槽(152)，托板(16)的一半位于此槽中，而托板(16)则具有一个径向向外的矩形槽(161)，中间板(151)上构成的一个凸缘(154)啮合在此槽中。
8．按权利要求1、2或3的灯泡式发电机，其特征是，在以中间板的形式插入径向的弹性件(25)的情况下，托板固定在紧固板(15)上，从而也固定在定位件(14)上。
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