CN107968506A - 径向逆流式喷射冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种径向逆流式喷射气体冷却系统。所述径向逆流式喷射气体冷却系统可包括：定心销；数个轴向进气管道；数个径向排气管道，其与所述轴向进气管道连通；轴向子槽，其定位在所述轴向进气管道周围；以及径向逆流式管道，其与所述轴向子槽连通且沿着所述定心销延伸。

Description

径向逆流式喷射冷却系统
技术领域
本发明大体上涉及例如用于产生电力的发电机的电机，且更明确地说涉及使用径向-轴向喷射冷却系统(radial-axial jet cooling system) 来改进对电机转子的冷却。
背景技术
一般来说，用于产生电力的大型涡轮驱动式发电机等可包括转子和定子。转子充当由卷绕在其上的线圈产生的磁通量线的源。转子在定子内旋转。定子可包括可在其中诱发交流电的数个导电体。具体来说，此旋转在转子与定子之间的狭窄气体间隙中产生磁场。
归因于定子部件和/或转子部件中堆积的热量，发电机的整个电力输出可由于不能提供额外电流而受限。应将此所产生的热量消散到冷却气体或其它介质，以便避免绝缘失效等。此外，缺少充分冷却可能引起转子绕组热点。举例来说，典型的转子绕组热点可在转子的中心线周围发现。具体来说，许多转子设计可具有沿着定心线定位的非有效冷却定心销。因此，减少定心销和别处周围的热点温度可能增加对转子绕组和发电机的整个电力输出的使用。
发明内容
因此，本发明提供一种用于电机转子的径向逆流式喷射气体冷却系统(radialcounter flow jet gas cooling system)。所述径向逆流式喷射气体冷却系统可包括：定心销；数个轴向进气管道；数个径向排气管道，其与所述轴向进气管道连通；轴向子槽，其定位在所述轴向进气管道周围；以及径向逆流式管道，其与所述轴向子槽连通，且沿着所述定心销延伸以为所述定心销提供冷却。
其中，所述径向逆流式管道包括径向组合管道；所述定心销包括多个交叉式狭槽，且所述多个轴向进气管道包括多个流分离器。
其中，所述径向逆流式管道包括一个或多个倾斜的径向逆流式管道。所述径向逆流式喷射气体冷却系统还包括与所述径向逆流式管道连通的专用径向排气管道。
其中，所述轴向子槽包括连续轴向子槽；所述定心销包括与所述连续轴向子槽连通的定心销子槽孔径。所述多个轴向进气管道中的一对与所述径向排气管道中的一个连通。
其中，所述多个轴向进气管道和所述多个径向排气管道定位在多个棒形导电体周围。
其中，所述多个轴向进气管道包括第一大小，所述轴向子槽包括第二大小，且所述第二大小为所述第一大小的约一半。
本发明还提供一种对电机转子进行冷却的方法。所述方法可包括以下步骤：使冷却气体流过数个轴向进气管道和数个径向排气管道以对数个棒形导电体进行冷却，使冷却气体流过轴向子槽和径向逆流式管道以对定心销进行冷却，以及使所述冷却气体从所述径向逆流式管道流到所述轴向进气管道中和所述径向排气管道中的一个或多个中。
本发明还提供一种电机转子。所述转子可包括：定心销；数个轴向进气管道，其具有一个或多个气流分离器；数个径向排气管道，其与所述轴向进气管道连通；轴向子槽，其定位在所述轴向进气管道周围；以及径向逆流式管道，其与所述轴向子槽连通、沿着所述定心销延伸且与所述轴向进气管道连通。
对于结合若干附图和所附权利要求书审阅过以下详细描述的本领域的普通技术人员来说，本发明的这些和其它特征和改进将变得显而易见。
附图说明
图1是具有径向轴向冷却方案的转子的一部分的示意图。
图2是具有如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统的转子的一部分的示意图。
图3是如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统的替代实施例的示意图。
图4是如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统的替代实施例的示意图。
图5是如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统的替代实施例的示意图。
图6是如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统的替代实施例的示意图。
图7是如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统的替代实施例的示意图。
图8是如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统的替代实施例的示意图。
具体实施方式
现参看图式，其中贯穿若干视图相同数字指代相同元件，图I是电机100的一部分的实例的示意图。具体来说，示出转子20的一部分。转子20可包括绕定心销40轴向地定位的数个棒形导电体30。转子20可包括气体冷却系统50。气体冷却系统50可包括数个轴向进气管道60。在此实例中，示出具有第一轴向进气管道61、第二轴向进气管道62、第三轴向进气管道63……和第十轴向进气管道70的十个 (10)轴向进气管道60。每对轴向进气管道60可通往至径向排气管道 80。在此实例中，第一径向排气管道81从第一轴向进气管道61和第二轴向进气管道62延伸，第二径向排气管道82从第三轴向进气管道 63和第四轴向进气管道64延伸，…且第五径向排气管道85从第九轴向进气管道69和第十轴向进气管道70延伸。可以使用任何数量的轴向进气管道60和径向进气管道80。轴向进气管道60可包括在每一径向排气管道80周围或别处的一个或多个气流分离器90(即，阻断器或卷曲(crimping))，以便阻断气流55。
气流55可延伸到轴向进气管道60中，并且经由径向排气管道80 朝向气隙向外延伸。如所示出，仅第一轴向进气管道61和第二轴向进气管道62可在定心销40周围延伸。结果，定心销40的剩余长度可能未经有效冷却，且因此可导致热点(hot spot)等。本说明书中所描述的转子20仅是出于实例的目的。可已知许多其它和不同类型的转子和转子部件。
图2是如本说明书中可描述的电机100的一部分的实例的示意图。具体来说，示出转子1 10的一部分。转子1 10可包括绕定心销 40定位的棒形导电体30。转子1 10还可包括径向逆流式喷射气体冷却系统120。径向逆流式喷射气体冷却系统120可包括轴向进气管道60和径向排气管道80。可在本说明书中使用呈任何合适的大小、形状或构型的任何数量的轴向进气管道60和径向排气管道80。在此实例中，径向逆流式喷射气体冷却系统120可包括径向逆流式喷口 130。径向逆流式喷口130可包括轴向子槽140。轴向子槽140可定位在轴向进气管道60下方。轴向子槽140可通向径向逆流式管道150。径向逆流式管道150可与轴向进气管道60和第一径向排气管道81连通。轴向子槽140可为现有轴向进气管道60的约一半大小，但轴向子槽140和径向逆流式管道150可具有任何合适的大小、形状或构型。本说明书中可以使用其它部件和其它构型。
在使用中，径向逆流式喷射气体冷却系统120可经由径向逆流式喷口130的轴向子槽140和径向逆流式管道150提供接近于定心销40 的冷却气体55。具体来说，冷却气体55可沿着定心销40的长度延伸通过径向逆流式管道150，以为定心销提供冷却。冷却气体55接着可沿着轴向进气管道60以逆流式方向排出，并经由第一径向排气管道 81或以其它方式向外排出。本说明书中也可以使用其它部件和构型。
图3示出径向逆流式喷射气体冷却系统160的替代实施例。在此实例中，气体冷却系统160可包括径向交叉式冷却喷口170。径向交叉式冷却喷口170可包括轴向子槽140。轴向子槽140可通向径向交叉式管道180。径向交叉式管道180可与定位在定心销40内的数个交叉式狭槽(cross over slots)190连通。冷却气体55因此可穿过轴向子槽140、进入径向交叉式管道180，且经由交叉式狭槽190交叉穿过定心销40。冷却气体55接着可经由轴向进气管道60和径向排气管道 80在定心销40的另一侧上离开。径向交叉式管道180和交叉式狭槽 190可具有任何合适的大小、形状或构型。本说明书中也可以使用其它部件和其它构型。
图4示出如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统 200的又一替代实施例。径向逆流式喷射气体冷却系统200可包括组合型径向逆流式与交叉式冷却喷口210。组合型径向逆流式与交叉式气流冷却喷口(combination radial counter flow andcross over flow cooling jet) 210可包括通向径向组合管道220的轴向子槽140。定心销40中可具有数个交叉式狭槽190，而数个轴向进气管道60中可具有流分离器 (flowseparator)90。鉴于此，冷却气体55可进入径向组合管道220，其中冷却气体55的一部分在一个方向上交叉穿过定心销40，且冷却气体55的一部分以交叉流向朝向第一径向排气管道81或以其它方式返回延伸。径向组合管道220和交叉式狭槽190可具有任何合适的大小、形状或构型。本说明书中也可以使用其它部件和构型。
图5和6示出如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统230的又一实施例。径向逆流式喷射气体冷却系统230可包括一个或多个倾斜的径向逆流式喷口240。倾斜的径向逆流式喷口240可包括轴向子槽140。轴向子槽140可通向一个或多个倾斜的径向逆流式管道250。倾斜的径向逆流式管道250可朝向定心销40在气体间隙的方向上倾斜。结果，较多冷却气体55可朝向定心销40的那个末端。图5示出使用单个倾斜的径向逆流式管道250。图6示出使用两个或两个以上倾斜的径向逆流式管道250。本说明书中可以使用呈任何合适的大小、形状或构型的任意数量的倾斜的径向逆流式管道250。本说明书中可以使用其它部件和其它构型。
图7示出如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统 260的又一实施例。径向逆流式喷射气体冷却系统260可包括专用径向逆流式喷口(dedicated radialcounter flow jet)270。专用径向逆流式喷口270可使用轴向子槽140和径向逆流式管道150。专用径向逆流式喷口270还可包括专用径向排气管道280。专用径向排气管道280可提供冷却气体55的额外离开路径。专用径向排气管道280可具有任何合适的大小、形状或构型。本说明书中也可以使用其它部件和其它构型。
图8示出如本说明书中可描述的径向逆流式喷射气体冷却系统 290的又一实施例。如上文图2中示出，轴向子槽140在定心销40的两侧上在径向逆流式管道150周围终止。在图8的实例中，径向逆流式喷射气体冷却系统290可使用连续轴向子槽300。连续轴向子槽300可延伸通过定心销子槽孔径310。子槽孔径310因此允许冷却气体55在定心销400的两侧上延伸。连续轴向子槽300可具有任何合适的大小、形状或构型。本说明书中可以使用其它部件和其它构型。
因此，本说明书中所描述的径向逆流式喷射气体冷却系统可明显降低定心销40周围的温度，以便减少或消除其周围的热点(hot spots)。此有效冷却可借助到热点的最优冷却气流而减少热点。可如所示出和/或与其它实施例组合来使用上文所描述的径向逆流式喷射气体冷却系统中的每一个。
应了解，前文仅涉及本发明和所得专利的某些实施例。在不脱离如由以下权利要求书和其等效物限定的本发明的一般精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可对本说明书做出许多改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于电机转子的径向逆流式喷射气体冷却系统，包括：
定心销；
多个轴向进气管道；
多个径向排气管道，其与所述多个轴向进气管道连通；
轴向子槽，其定位在所述多个轴向进气管道周围；以及
径向逆流式管道，其与所述轴向子槽连通且沿着所述定心销延伸。
2.根据权利要求1所述的径向逆流式喷射气体冷却系统，其中，所述多个轴向进气管道中包括一个或多个流分离器。
3.根据权利要求1所述的径向逆流式喷射气体冷却系统，其中，所述径向逆流式管道与所述多个轴向进气管道连通。
4.根据权利要求1所述的径向逆流式喷射气体冷却系统，其中，所述径向逆流式管道包括径向交叉式管道。
5.根据权利要求4所述的径向逆流式喷射气体冷却系统，其中，所述定心销包括与所述径向交叉式管道连通的多个交叉式狭槽。
6.一种对电机转子进行冷却的方法，包括：
使冷却气体流过多个轴向进气管道和多个径向排气管道以对多个棒形导电体进行冷却；
使冷却气体流过轴向子槽和径向逆流式管道以对定心销进行冷却；以及
使所述冷却气体从所述径向逆流式管道流到所述多个轴向进气管道中和所述多个径向排气管道中的一个或多个中。
7.一种电机转子，包括：
定心销；
多个轴向进气管道；
一个或多个流分离器，其定位在所述多个轴向进气管道内；多个径向排气管道，其与所述多个轴向进气管道连通；
轴向子槽，其定位在所述多个轴向进气管道周围；以及
径向逆流式管道，其与所述轴向子槽连通、沿着所述定心销延伸，且与所述多个轴向进气管道连通。
8.根据权利要求7所述的转子，其中，所述径向逆流式管道包括径向交叉式管道，且所述定心销包括与所述径向交叉式管道连通的多个交叉式狭槽。
9.根据权利要求7所述的转子，其中，所述径向逆流式管道包括一个或多个倾斜的径向逆流式管道。
10.根据权利要求7所述的转子，其中，还包括与所述径向逆流式管道连通的专用径向逆流式喷口；其中，所述轴向子槽包括连续轴向子槽，且所述定心销包括与所述连续轴向子槽连通的定心销子槽孔径。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10326335B2 (en) * 2016-10-20 2019-06-18 General Electric Technology Gmbh Radial counter flow jet cooling system
EP4106152A1 (en) 2021-06-17 2022-12-21 General Electric Company Magnetic mass for a rotor, associated rotor and rotating electric machine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50146005U (zh) * 1974-05-21 1975-12-03
US4634910A (en) * 1984-08-27 1987-01-06 Bbc Brown, Boveri & Company Limited Rotor of an electrical machine having a directly cooled rotor winding
US20100096937A1 (en) * 2008-10-21 2010-04-22 General Electric Company Heat transfer enhancement of dynamoelectric machine rotors
US20150162804A1 (en) * 2013-12-05 2015-06-11 General Electric Company Rotor with cooling manifolds

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE534929A (zh) * 1954-01-19
JPS56118564U (zh) * 1980-02-12 1981-09-10
JPS634140U (zh) * 1986-06-23 1988-01-12
DE4337628A1 (de) * 1993-11-04 1995-05-11 Abb Management Ag Rotor eines Turbogenerators mit direkter Gaskühlung der Erregerwicklung
GB2393584B (en) * 2002-09-26 2006-06-21 Alstom Gas-cooled generator
GB2399231A (en) * 2003-03-07 2004-09-08 Alstom Multi-path cooling of a turbo-generator rotor winding
US7462962B2 (en) 2005-06-13 2008-12-09 General Electric Company Cooling system for an electrical machine with center rotor cooling dusts
ES2379191T3 (es) 2006-02-17 2012-04-23 Ansaldo Energia S.P.A. Rotor ventilado de un turbogenerador de alta potencia para la producción de electricidad
EP2120314A1 (de) 2008-05-16 2009-11-18 Siemens Aktiengesellschaft Rotorkühlung für eine dynamoelektrische Maschine
US7816825B2 (en) * 2008-07-23 2010-10-19 General Electric Company Heat transfer enhancement of ventilation chimneys for dynamoelectric machine rotors
US8049379B2 (en) * 2009-04-23 2011-11-01 General Electric Company Dynamoelectric machine rotors having enhanced heat transfer and method therefor
US7893576B2 (en) 2009-05-05 2011-02-22 General Electric Company Generator coil cooling baffles
US20120101768A1 (en) 2010-10-26 2012-04-26 General Electric Company Diagnosis of stator thermal anomalies in an electrical machine
EP2768120A1 (en) 2013-02-15 2014-08-20 Alstom Technology Ltd Rotor of an electric machine
US10326335B2 (en) * 2016-10-20 2019-06-18 General Electric Technology Gmbh Radial counter flow jet cooling system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50146005U (zh) * 1974-05-21 1975-12-03
US4634910A (en) * 1984-08-27 1987-01-06 Bbc Brown, Boveri & Company Limited Rotor of an electrical machine having a directly cooled rotor winding
US20100096937A1 (en) * 2008-10-21 2010-04-22 General Electric Company Heat transfer enhancement of dynamoelectric machine rotors
US20150162804A1 (en) * 2013-12-05 2015-06-11 General Electric Company Rotor with cooling manifolds

Also Published As

Publication number Publication date
US10326335B2 (en) 2019-06-18
EP3312974B1 (en) 2021-09-01
US11349373B2 (en) 2022-05-31
CN107968506B (zh) 2022-03-29
EP3312974A1 (en) 2018-04-25
US20180115218A1 (en) 2018-04-26
JP7106260B2 (ja) 2022-07-26
JP2018099018A (ja) 2018-06-21
US20190260268A1 (en) 2019-08-22

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