CN1102916A - 电机转子中的激磁电流导线 - Google Patents

Abstract

在电机尤其是涡轮发电机的转子中，转子绕组对 滑环或旋转激磁装置的连接是经由激磁电流导体实 现的，后者成对地分布在转子的中心轴孔中。滑环装 置或激磁装置通常分布在与转子轴相连的轴段上。 中心轴孔中设置螺栓侧连接部件，其中可分离地连接 径向延伸的电流供给螺栓，激磁电流导体做成具有圆 形横截面的金属管，其另一端持久地连接到实心联轴 器侧连接部件上。密封板相对于转子轴及连接部件 的端部的密封是由密封环实现的。

Description

本发明涉及在电机尤其是涡轮发电机转子中的中心轴孔内的用于连接激磁电流导体的激磁电流导线，激磁电流导体集中成对地并沿轴向伸延地布置和较子中并在导体的纵向设有冷却通道，该通道一方面通到径向地布置在转子轴中的转子绕组的电流供给螺栓，另一方面通到布置在轴段上的激磁电流源，该轴段借助于一个可分离的联轴器连接在转子的非驱动侧轴端上。

在这方面本发明涉及到例如由US-A-3，457，440-例中所获知的现有技术。

在涡轮发电机中，在转子上的激磁导线通常在一个中心轴孔中被引导到转子绕组上。在轴孔中的导体通常是具有半圆形横截面的实心体并且四周及彼此是绝缘的。这些中心导向的实心导体通常利用径向地旋入实心导体的电流供给螺栓连接到转子绕组上。所述电流供给螺栓又连接到转子的激磁绕组上。

激磁电流导线成对地构成并在非驱动侧轴承下方延伸到激磁电流源。激磁电流源可以是滑环装置。但是该电流源也可以是如在开始引证的US-A-3，457，440中的例中的旋转整流装置，这个整流装置由一旋转变压器供电。这两种形式的激磁电流源在下文中简称为激磁装置。在大型电机的情况下，激磁装置通常借助于可分离的联轴器连接到主电机上。

流经激磁导体的激磁电流可为数百安倍。此外在大型涡轮发电机中激磁导体具有相当长的长度，通常为数米长。为此理由，必须是有大的激磁导体横截面积。迄今，最佳的考虑是将横截面积设计成两个导体互补地形成具有圆形横截面的导体布置。在用流体冷却的激磁绕组的电机中，冷却介质（气体或液体）通过冷却通道供给到激磁电流导线中并通过中心轴孔附近的单独通道被导走。在气冷式电机中，冷却气体通过与电机风扇排风空间相连接的径向轴孔供给。冷却气体流经激磁导体中的冷却通道并在电流供给螺栓处再离开转子。

在空气冷却的电机中，该技术没有出现任何问题。至多，可能出现的漏气影响了冷却效果。相反地，在用氢冷却的电机中情况完全不同，最关键的区域是主电机或激磁电机的联轴器：激磁导体的电绝缘，支承，拆卸的可能性及气体密封仅可能利用使激磁导体具有复杂的几何结构的有关措施才能实现。此外，这种类型的激磁导线非常昂贵，因为它们不是标准的型材。

因此，从现有技术出发，本发明的目的是提供一个新型的激磁导线，它是在导言中所述的普通类型的并能满足涉及激磁导体的电绝缘，支承，折卸的可能性及气体密封的所有工作要求。

根据本发明，该目的是这样实现的：激磁电流导体的联轴器侧端持久地与联轴器侧连接部件相连接;并且所述连接部件具有基本上圆形的横截面并用它们的端部轴向延伸地穿过一个密封板中的通孔并相对密封板电绝缘，密封板在联轴器的区域中被用螺杆拧在轴端上;以及设置了密封板相对于转子轴及相对于穿过密封板的联轴器侧连接部件端部的气密式密封装置。

本发明的一个最佳实施例规定将螺栓侧连接部件设置在中心轴孔中，所述电流供给螺栓可拆卸地连接到这些连接部件中;激磁电流导体作为具有圆形横截面的金属管来实施并被持久地连接到螺栓侧连接部件上;这些管的另一端持久地连接到用其端部穿过密封板的实心联轴器侧连接部件上。

本发明是基于使密封面作成几何构型简单设计的思想，因此最好提供平面状或圆形的密封面，只要在那里技术上需要及适合的话。因为不仅要提供密封的措施而且也要提供电绝缘的措施，由于平面状及圆形的物体比具有复杂几何形状的物体更便于绝缘，因此由综合的作用产生了绝缘的简化。本发明的另一优点是有关部件的制造也简化及变得经济了，并在一定程度上可使用标准化部件。

以下参照附图对本发明的实施例及由此产生的优点作更详细的说明。

当结合以下附图考虑时，参照以下的详细说明将会更完整地了解本发明且更容易得出它们的许多附属优点并对其更好地理解。

附图为：

图1表示通过涡轮发电机非驱动侧端的简化纵向截面图;

图1a表示通过图1中的涡轮发电机激磁导体的一个放大横截面图;

图2表示通过在远至密封板的电流供给螺栓区域中所述端部的更详细纵向截面图;

图2a表示通过图2轴孔沿剖线AA的一个放大横截面图;

图3表示图2的一个放大部分;

图3a表示图2的放大部分，它具有另一种激磁电流导体的联轴器侧端实施例;

图4表示密封板的顶视图;

图5表示通过图3中连接部件沿其剖线BB的横截面图;

图6表示通过具有半圆横截面激磁电流导体的实施变型中密封板区域中轴孔的纵向截面图;

图7表示通过图6中沿剖线CC的激磁电流导体及密封板之间连接区域的一个横截面图。

现在参见附图，其中各图的相同标号表示相同的或对应的部件，在详细地描述本发明前，首先参照图1来说明涡轮发电机的传统设计，该图表示的是通过一台气冷式涡轮发电机非驱动侧端的简化纵剖面图。

转子2的轴1中设有一个中心孔3。在该孔3中成对地布置有激磁电流导体4，5。所述激磁电流导体4，5经过延伸在径向轴孔7a及8a中的径向分布的第一供电螺栓7，8及连接导体9，10并经由也是分布在径向轴孔11a及12a中的第二供电螺栓11，12，将转子绕组6与非驱动侧轴端上的两个滑环13，14相连接。滑环13，14及第二供电螺栓被布置在轴段15上，该轴段15借助一个可分离的联轴器16（具有两联轴对分件17，18）连接到转子轴1上。在这联轴器16的区域中，激磁电流导体4，5通常被分割开并设有电连接器（未示出）。从联轴器16连到第二供电螺栓的激磁电流导体用标号4a及5a表示。

在公知的电机中，激磁电流导体4，5及4a和5a具有半圆形横截面并彼此间及相对于轴1或轴段15电绝缘。这种绝缘在图1及其细节图中用标号19及20表示，对于沿激磁电流导体中导体轴向延伸的冷却通道用标号21表示。

为了完整起见，在图1中示出了轴流式风扇22。转子的支承点用点划线23来表示，而轴段15的支承点用点划线24表示。此外，在氢气冷却的电机中，用于使处于超压状态下的充有氢气的电机内部与外界环境作气密或隔离的轴密封件被设置在风扇22及联轴器16之间的轴区间中（未在图1中示出）。

如在导言中所述的，在较大型及大型电机中的激磁电流导体4，5是需冷却的。为此目的，激磁电流导体具有沿导体轴向延伸的冷却通道21（参见图1的细节部分X）。通过该孔道流过的冷却气体的供给和/或排放在这里可用多种方式进行（参见US-A-2，286，871，或US-A-3，393，333）。然而在这里与激磁电流导体的气密式密封件一起产生的问题无论在那种方式中都是一样的。

在这方面本发明将起到作用。基于使密封面作成简单几何构型的思想，因而最好是采用平面状或球形状的密封面，并同时尽可能地使用标准型材来作实际的激磁电流导线，只是技术上需要并许可时即可。例如根据这些构思实施的一个实施例被表示在图2至图5中，只要是与图1中部件相同的部件使用相同的标号。

通常在中心轴孔9中几米长的实际激磁电流导线是由各被薄绝缘管27及28包围着的铜管25及26组成的。这些铜管25，26的内部形成了冷却通道29及30。铜管25，26的螺栓侧端通向到螺栓侧连接部件31及32中，这些连接部件是由钢制的并通常为半圆形横截面，铜管被硬钎焊接到连接部件上。一个绝缘板33用来对处于不同电位的这两个连接部件提供电绝缘。绝缘管34则使这两个连接部件相对轴1绝缘。连接部件31及32设有径向延伸的螺丝孔，供电螺栓7及8的带丝扣端部拧入到这些螺丝孔中。供电螺栓7及8从其中穿出到外部的径向轴孔中的绝缘管34及35用于同样的目的。连接部件还设有孔31a及32a，它们使冷却通道29，30与供电螺栓7，8的杆和所述绝缘管34及35之间的环形空间之间形成自由连通。

图3表示激磁电流导线联轴器侧端部的纵向截面放大图。铜管25，26被硬钎焊接到具有圆形横截面的联轴器侧连接部件36及37上。后者的外径与铜管25及26的外径相对应。连接部件36，37设有通向铜管的盲孔38及39。所述盲孔38及39形成了冷却通道29及30的延续部分。连接部件36，37被布置在一个绝缘部件40中，后者除了两侧向扁平部分外均被填满在轴孔3中。横向通孔41，42起始于所述扁平部分并穿过两个联轴器侧的连接部件36，37。以此方式，在冷却通道29，30与铜管25及26间的空间之间形成自由连通，借助这种连通就使冷却气体能直接地以如下将要描述的方式通过冷却通道。

与铜管25，26相连接的连接部件36，37也可以与这些管25，26作成一体，例如图3a中所示的。铜管25，26使用它们的端部25a、26a穿出密封板43。插入件36b，37b被焊在管的内部，用以形成管的内部也即冷却通道29，30相对外部的环境的气体密封。

联轴器侧连接部件36，37及（被密封）管端25a，26a在绝缘部件40的联轴器侧端面上伸出。它们的端部36a，37a及25a，26a穿过一个金属的盘状密封板43并在轴向上伸出来。套在所述连接部件36，37端部及管端25a，26a的绝缘管44，45使这些端部与金属密封板43相绝缘。

正如图2中表明的，轴1的端侧设有台阶凹座46。密封板43借助于螺杆47被拧在圆形后凹座46a上。前凹座46b用于接纳激磁导体4及5和4a及5a的电连接器（未更详细地表示）。

在其中镶入所谓O型环的密封环50及51的同心环形槽48，49被设在密封板43的螺栓侧端面中，用于使密封板43相对于轴形成气密形式的密封。伸出绝缘部件40的联轴器侧连接部件36及37的端部36a，37a及管端25a，26a相对绝缘管44及45的密封和绝缘管44及45相对密封板43的密封同样是借助密封环52，53及54，55和56，57及58，59来实现的，这些密封环也是成对分布的。这里，密封环52至55各自设在连接部件36，37的端部36a及37a或管端25a，26a中的环形槽内;而密封环56至59设在密封板43的两个轴向通孔的内壁中的环形槽内。

所有的这些密封面或是平面或是圆形面，因此可用简单方式进行可靠的密封。正如从图3中可清楚看到的，以此方式就获得了轴孔3相对于联轴器的完好密封。此外，所述结构允许简便地拆下激磁导线：在将两个联轴器对分件17，18分离及拧下螺杆47并拆下供电螺栓7，8以后，整个激磁导线便可轻易地被从轴孔中抽出。

由图2中清楚表明并从图6中轴孔3中心部分的横截面可更清楚地看到，激磁电流导体（铜管25及26）用以抵抗离心力的作用被支承及集中在这里。为此目的，将一个双组件式X形状的铝部件60插入到轴孔3中，该铝部件由分件60a及60b组成。这两个分件用螺栓61及螺母62彼此拧在一起，并同时使（相绝缘的）铜管25及26固定住。为了避免铝部件60及轴孔3的壁之间的摩擦侵蚀，在其腿端部中设置了轴向延伸的槽，在这些槽中插入塑料条63。

此外，所提出的激磁导线的结构也是使用圆形横截面的铜管25，26，该结构使得传导大电流的这些导体得到最佳冷却效果。来自风扇22后方排气空间的、更精确地说来自转子绕组端头下方的冷气室的冷却气体经由通道60，61（图5）被传导到轴孔3中并流入轴孔壁与（相绝缘的）铜管25，26之间的空间中再到达联轴器侧连接部件36及37。这里，气体经由横向孔41，42进入铜管25及26的内部，流经其内部并经过螺栓侧连接部件31，32中的孔及用于供电螺栓7，8的径向轴孔7a，8a离开转子进入到也是位于绕组端头下方的热气室中。这些冷气室及热气室在EP-A-0    547    360及美国专利申请07/988，192（申请日：1992年9月12日由该申请人以同样内容提交的）中有详细的描述，它们将专门用在这里作为参考。在这里重要的是存在着压力差，所以才会产生气流。

除作为由圆形横截面的管实现的激磁导体的最佳实施例外，本发明也可用具有半圆横截面的激磁导体来实现。例如在图7及8中所描绘的那样，其中与图1至6中相同的部件或以同样方式工作的部件使用同样的标号。

激磁导体4及5的联轴器侧端4′及5′设有螺栓形状的连接部件36′及37′，它们与图2及3中所示实施例的连接部件36及37相对应。所述连接部件被焊接或拧在激磁电流导体端4′，5′的端面中的孔70，71中。连接部件36′，37′中的孔38及39与激磁电流导体4及5中的冷却通道21对齐。连接部件36′，37′在密封板43中的密封及密封板43相对于轴1的密封是以与结合图2至5已描述的完全相同的方式实现的。也可取代螺栓形状的连接部件36′，37′，在激磁电流导体4及5的端4′及5′设置与激磁电流导体4及5构成一体的销。在这个变型中也可省支绝缘部件40。

显然，根据上述的指导对本发明可能作出各种改进及变型。因此，可以理解，在附设权利要求书的范围内，本发明可以与这里具体描述的不同方式予以实施。

Claims (10)

1、一种在电机尤其是涡轮发电机的转子中的中心轴孔内的用于连接激磁电流导体的激磁电流导线，激磁电流导体集中成对地并沿轴向伸延地分布在转子中并在导体的纵向设有冷却通道，该通道一方面通到径向地分布在转子轴中的转子绕组的电流供给螺栓，另一方面通到布置在轴段上的激磁电流源，该轴段借助于一个可分离的联轴器连接在转子的非驱动侧轴端上，其中激磁电流导体的联轴器侧端持久地与联轴器侧连接部件相连接，其中所述连接部件具有基本上圆形的横截面并用它们的端部轴向延伸地穿过一个密封板中的通孔并相对密封板电绝缘，密封板在联轴器的区域中被用螺杆拧在轴端上，及其中设置了密封板相对于转子轴及相对于穿过密封板的联轴器侧连接部件的端部的气密式密封装置。

2、根据权利要求1所述的激磁电流导线，其特征是螺栓侧连接部件设置在中心轴孔中，所述电流供给螺栓可拆卸地连接到这些连接部件中，其中激磁电流导体作为具有圆形横截面的金属管来实施并被持久地连接到螺栓侧连接部件上，其中这些管的另一端持久地连接到联轴器侧连接部件上并用其端部穿过密封板。

3、根据权利要求2所述的激磁电流导线，其特征是金属管与联轴器侧连接部件是整体结构，金属管在密封板的区域中利用一个插入件作气密形式的密封。

4、根据权利要求2或3所述的激磁电流导线，其特征是金属管及连接部件的联轴器侧端固定在一个共同的绝缘部件中，该绝缘部件除两个侧向的扁平部分外完全地被填满在轴孔中。

5、根据权利要求1所述的激磁电流导线，其特征是激磁电流导体除去它们的联轴器侧端外具有半圆形的横截面，及其中用于激磁绕组的电流供给螺栓直接地拧的激磁电流电体中。

6、根据权利要求5所述的激磁电流导线，其特征是激磁电流导体在其联轴器侧端具有一个圆柱形销形式的连接部件，它作为单独的部件连接在所述端上，或者与激磁电流导体构成一体。

7、根据权利要求2，3或4所述的激磁电流导线，其特征是螺栓侧连接部件具有半圆横截面并相对轴孔电绝缘，这两个部件彼此互补并与分布在它们之间的一绝缘板一起形成了一个外径相当于轴孔内径的圆形横截面的布置。

8、根据权利要求1至5中任一项的激磁电流导线，其特征是螺栓侧连接部件设有通道，及其中联轴器侧连接部件设有亦穿过绝缘部件的通孔，因此就形成了从电流供给螺栓经由金属管内部进入到轴孔及所述金属管之间的空间中的自由连通。

9、根据权利要求1至8中任一项的激磁电流导线，其特征是在密封板的螺栓侧端面中及密封板的轴向通孔中设有镶入密封环的环形槽。

10、根据权利要求1至9中任一项的激磁电流导线，其特征是设置了绝缘管用以使联轴器侧连接部件的端部绝缘，及其中所述端部在这里设有环形槽，在槽中镶有密封环。

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