CN110571961A - 具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机 - Google Patents

具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，它涉及电机领域。本发明为了解决现有汽轮发电机转子区域温度高的问题，转子槽楔内开设有转子阶梯式径向通风孔、转子渐宽式径向通风道和转子“正梯形”径向通风道，转子绝缘垫条内开设有转子枢纽式轴向通风道，转子绝缘垫条下方安装有转子内冷式绕组，转子强迫冷却式轴向通风沟和转子绕组单双混合式径向通风孔位于转子内冷式绕组内部，转子绕组表贴式轴向通风孔与转子内冷式绕组相接触，转子双副槽位于转子内冷式绕组下方，转子双副槽与转子绕组单双混合式径向通风孔相连通，渐变式导风板位于转子双副槽的内部。本发明增强了汽轮发电机转子区域的冷却效果，结构简单，便于实现。

Description

具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机
技术领域：
本发明涉及具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，属于电机领域。
背景技术：
随着大容量汽轮发电机单机容量不断提升，转子的轴向尺寸逐渐加长，转子绕组的电磁负荷逐渐增大，导致转子区域内的磁密和损耗明显增大，转子区域的温度也显著增加，不合理的转子通风冷却系统的设计，会导致转子区域内的热量不能及时被冷却气体带走，超过转子区域的容许温升，直接烧毁汽轮发电机的转子绕组、转子铁心和转子槽楔，严重威胁到大容量汽轮发电机的安全稳定运行。
为了能够有效地降低大容量汽轮发电机转子区域内转子绕组、转子铁心和转子槽楔的温度，减小转子区域轴向方向温差和热应力，可以采用一种具有双副槽交叉内冷式的新型转子通风冷却系统，加快汽轮发电机转子区域内冷却气体的流速，增加了冷却气体与转子区域的接触面积，增大了转子绕组、转子铁心和转子槽楔的表面散热系数，提高了冷却气体带走转子区域热量的能力，明显地降低了转子区域内转子绕组、转子铁心和转子槽楔的温度，从而增强了大容量汽轮发电机长期安全运行的能力。
发明内容：
本发明的目的是提供具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，以解决由于大容量汽轮发电机转子区域内通风冷却设计不合理而导致的转子绕组、转子铁心和转子槽楔温度过高的问题，提高了冷却气体带走转子区域热量的能力，确保大容量汽轮发电机可以长期安全可靠地运行。
本发明的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，它包括转子槽楔、转子阶梯式径向通风孔、转子渐宽式径向通风道、转子枢纽式轴向通风道、转子绝缘垫条、转子内冷式绕组、转子强迫冷却式轴向通风沟、转子绕组表贴式轴向通风孔、转子绕组单双混合式径向通风孔、转子双副槽、转子“正梯形”径向通风道、渐变式导风板、转子铁心、转子辅助冷却式轴向通风孔、强化冷却式径向通风道、“矩形”轴向通风道、转子散热凹槽和引风片；转子绕组单双混合式径向通风孔由转子单路径向通风孔和定子双路径向通风孔组成；转子槽楔内开设有转子阶梯式径向通风孔、转子渐宽式径向通风道和转子“正梯形”径向通风道，转子绝缘垫条内开设有转子枢纽式轴向通风道，转子绝缘垫条下方安装有转子内冷式绕组，转子强迫冷却式轴向通风沟和转子绕组单双混合式径向通风孔位于转子内冷式绕组内部，转子绕组表贴式轴向通风孔与转子内冷式绕组相接触，转子双副槽位于转子内冷式绕组下方，转子双副槽与转子绕组单双混合式径向通风孔相连通，渐变式导风板位于转子双副槽的内部。
转子强迫冷却式轴向通风沟径向高度为转子内冷式绕组径向高度的1/3-1/2；转子绕组表贴式轴向通风孔径向高度为转子内冷式绕组径向高度的1/4-1/2；转子双副槽径向高度为转子内冷式绕组径向高度的1.5倍-3倍；渐变式导风板径向高度小于转子双副槽径向高度的一半；转子槽楔的材料为铝合金材料或不锈钢材料。
作为优选，所述的转子槽楔内开设有转子辅助冷却式轴向通风孔，增强了转子槽楔的冷却效果，增大了转子槽楔的表面散热系数，进一步降低了转子槽楔的温度。
作为优选，所述的转子内冷式绕组内开设有强化冷却式径向通风道，转子双副槽内较高流速的冷却气体进入到强化冷却式径向通风道中，增大了冷却气体与转子内冷式绕组的接触面积，有效地带走了转子内冷式绕组的热量，进一步降低了转子内冷式绕组的温度。
作为优选，所述的转子铁心内开设有“矩形”轴向通风道，增大了转子铁心的表面散热系数，有效地带走了转子铁心的热量，进一步降低了转子铁心的温度。
作为优选，所述的转子铁心表面处开设有转子散热凹槽，增加了冷却气体与转子铁心的接触面积，增大了转子铁心的表面散热系数，进一步降低了转子铁心的温度。
本发明的优点：大容量汽轮发电机转子绕组、转子铁心和转子槽楔的温度较高，并且大容量汽轮发电机内冷却气体的利用率较低。本发明通过在原来大容量汽轮发电机实心转子槽楔内开设有转子阶梯式径向通风孔、转子渐宽式径向通风道和转子“正梯形”径向通风道，转子内冷式绕组内开设有转子强迫冷却式轴向通风沟和转子绕组单双混合式径向通风孔，紧挨着转子内冷式绕组开设有转子绕组表贴式轴向通风孔和转子双副槽，形成了具有双副槽交叉内冷式转子的通风冷却系统。具有双副槽交叉内冷式转子的通风冷却系统能够加快转子区域内冷却气体的流动速度，有效地增加了冷却气体与转子绕组、转子铁心和转子槽楔的接触面积，增大了转子绕组、转子铁心和转子槽楔的表面散热系数，提高了冷却气体带走转子绕组、转子铁心和转子槽楔热量的能力，明显地降低了转子绕组、转子铁心和转子槽楔的最高温度，减小了汽轮发电机转子区域轴向方向的温差和热应力，节省了材料，降低了生产成本，有效地提高了大容量汽轮发电机转子区域内冷却气体的利用率，明显地降低了转子区域的温度，提高了大容量汽轮发电机安全稳定运行的能力。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明所述具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机的转
子圆周方向局部剖视图；
图2为本发明所述具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机在A-A处的转子轴向方向局部剖视图；
图3为本发明所述具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机在B-B处的转子轴向方向局部剖视图；
图4为本发明具体实施方式二所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机在A-A处的转子轴向方向局部剖视图；
图5为本发明具体实施方式三所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机在B-B处的转子轴向方向局部剖视图；
图6为本发明具体实施方式四所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的转子圆周方向局部剖视图；
图7为本发明具体实施方式五所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的转子圆周方向局部剖视图。
图中：1-转子槽楔、2-转子阶梯式径向通风孔、3-转子渐宽式径向通风道、4-转子枢纽式轴向通风道、5-转子绝缘垫条、6-转子内冷式绕组、7-转子强迫冷却式轴向通风沟、8-转子绕组表贴式轴向通风孔、9-转子绕组单双混合式径向通风孔、10-转子双副槽、11-转子“正梯形”径向通风道、12-渐变式导风板、13-转子铁心、14-转子辅助冷却式轴向通风孔、15-强化冷却式径向通风道、16-“矩形”轴向通风道、17-转子散热凹槽和18-引风片。图中箭头所示为具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机中冷却气体的流动方向。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，它包括转子槽楔1、转子阶梯式径向通风孔2、转子渐宽式径向通风道3、转子枢纽式轴向通风道4、转子绝缘垫条5、转子内冷式绕组6、转子强迫冷却式轴向通风沟7、转子绕组表贴式轴向通风孔8、转子绕组单双混合式径向通风孔9、转子双副槽10、转子“正梯形”径向通风道11、渐变式导风板12、转子铁心13、转子辅助冷却式轴向通风孔14、强化冷却式径向通风道15、“矩形”轴向通风道16、转子散热凹槽17和引风片18；转子绕组单双混合式径向通风孔9由转子单路径向通风孔9-1和定子双路径向通风孔9-2组成；转子槽楔1内开设有转子阶梯式径向通风孔2、转子渐宽式径向通风道3和转子“正梯形”径向通风道11，转子绝缘垫条5内开设有转子枢纽式轴向通风道4，转子绝缘垫条5下方安装有转子内冷式绕组6，转子强迫冷却式轴向通风沟7和转子绕组单双混合式径向通风孔9位于转子内冷式绕组6内部，转子绕组表贴式轴向通风孔8与转子内冷式绕组6相接触，转子双副槽10位于转子内冷式绕组6下方，转子双副槽10与转子绕组单双混合式径向通风孔9相连通，渐变式导风板12位于转子双副槽10的内部。
转子强迫冷却式轴向通风沟7径向高度为转子内冷式绕组6径向高度的1/3-1/2，本实施例取为1/2；转子绕组表贴式轴向通风孔8径向高度为转子内冷式绕组6径向高度的1/4-1/2，本实施例取为1/2；转子双副槽10径向高度为转子内冷式绕组6径向高度的1.5倍-3倍，本实施例取为2倍；渐变式导风板12径向高度小于转子双副槽10径向高度的一半；转子槽楔1的材料为铝合金材料或不锈钢材料。
在原来大容量汽轮发电机实心转子槽楔1内开设有转子阶梯式径向通风孔2、转子渐宽式径向通风道3和转子“正梯形”径向通风道11，转子内冷式绕组6内开设有转子强迫冷却式轴向通风沟7和转子绕组单双混合式径向通风孔9，紧挨着转子内冷式绕组6开设有转子绕组表贴式轴向通风孔8和转子双副槽10，渐变式导风板12位于转子双副槽10的内部。当汽轮发电机额定运行时，在转子轴流式风扇的作用下冷却气体分三路进入到转子区域的内部，一路冷却气体进入到转子强迫冷却式轴向通风沟7后沿着转子轴向方向流动，有效地增大了转子内冷式绕组6表面散热系数，带走了转子内冷式绕组6的热量，有效地降低了转子内冷式绕组6的温度，冷却完转子内冷式绕组6后这部分冷却气体进入到转子阶梯式径向通风孔2的内部，转子阶梯式径向通风孔2中冷却气体的流速较快，有效地带走了转子槽楔1和转子绝缘垫条5的热量，明显地降低了转子槽楔1和转子绝缘垫条5的温度；另一路冷却气体进入到转子双副槽10后沿着转子轴向方向流动，在渐变式导风板12的作用下冷却气体沿着径向方向进入到定子双路径向通风孔9-2后再进入到转子单路径向通风孔9-1中，进一步带走转子内冷式绕组6的热量，明显地降低转子内冷式绕组6的温度，从转子单路径向通风孔9-1流出的冷却气体进入到转子枢纽式轴向通风道4后一部分冷却气体直接进入到转子渐宽式径向通风道3，进一步增大了转子槽楔1的表面散热系数，有效地降低了转子槽楔1的温度，另一部分冷却气体沿轴向方向流动后进入到转子“正梯形”径向通风道11，在转子“正梯形”径向通风道11内的冷却气体流速沿着径向方向逐渐地增加，有效地带走了转子槽楔1的热量，进一步降低了转子槽楔1的温度；最后一路冷却气体沿轴向方向进入到转子绕组表贴式轴向通风孔8，转子绕组表贴式轴向通风孔8内冷却气体的流速较高，增大了转子内冷式绕组6和转子铁心13的表面散热系数，增加了冷却气体与转子内冷式绕组6和转子铁心13的接触面积，进一步带走了转子内冷式绕组6和转子铁心13的热量，明显地降低了转子内冷式绕组6和转子铁心13的温度。通过双副槽内冷交叉式转子通风冷却系统可以有效地提高汽轮发电机转子区域内冷却气体的利用率，明显地降低了转子区域的温度，增强了大容量汽轮发电机安全可靠运行的能力。
具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于转子槽楔1内开设有转子辅助冷却式轴向通风孔14，增强了转子槽楔1的冷却效果，增大了转子槽楔1的表面散热系数，进一步降低了转子槽楔1的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于转子内冷式绕组6内开设有强化冷却式径向通风道15，转子双副槽10内较高流速的冷却气体进入到强化冷却式径向通风道15中，增大了冷却气体与转子内冷式绕组6的接触面积，有效地带走了转子内冷式绕组6的热量，进一步降低了转子内冷式绕组6的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图6说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于转子铁心13内开设有“矩形”轴向通风道16，增大了转子铁心13的表面散热系数，有效地带走了转子铁心13的热量，进一步降低了转子铁心13的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图7说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于转子铁心13表面处开设有转子散热凹槽17，增加了冷却气体与转子铁心13的接触面积，增大了转子铁心13的表面散热系数，进一步降低了转子铁心13的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，其特征在于：它包括转子槽楔(1)、转子阶梯式径向通风孔(2)、转子渐宽式径向通风道(3)、转子枢纽式轴向通风道(4)、转子绝缘垫条(5)、转子内冷式绕组(6)、转子强迫冷却式轴向通风沟(7)、转子绕组表贴式轴向通风孔(8)、转子绕组单双混合式径向通风孔(9)、转子双副槽(10)、转子“正梯形”径向通风道(11)、渐变式导风板(12)、转子铁心(13)、转子辅助冷却式轴向通风孔(14)、强化冷却式径向通风道(15)、“矩形”轴向通风道(16)、转子散热凹槽(17)和引风片(18)，转子绕组单双混合式径向通风孔(9)由转子单路径向通风孔(9-1)和定子双路径向通风孔(9-2)组成，转子槽楔(1)内开设有转子阶梯式径向通风孔(2)、转子渐宽式径向通风道(3)和转子“正梯形”径向通风道(11)，转子绝缘垫条(5)内开设有转子枢纽式轴向通风道(4)，转子绝缘垫条(5)下方安装有转子内冷式绕组(6)，转子强迫冷却式轴向通风沟(7)和转子绕组单双混合式径向通风孔(9)位于转子内冷式绕组(6)内部，转子绕组表贴式轴向通风孔(8)与转子内冷式绕组(6)相接触，转子双副槽(10)位于转子内冷式绕组(6)下方，转子双副槽(10)与转子绕组单双混合式径向通风孔(9)相连通，渐变式导风板(12)位于转子双副槽(10)的内部。
2.根据权利要求1所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，其特征在于：转子强迫冷却式轴向通风沟(7)径向高度为转子内冷式绕组(6)径向高度的1/3-1/2；转子绕组表贴式轴向通风孔(8)径向高度为转子内冷式绕组(6)径向高度的1/4-1/2；转子双副槽(10)径向高度为转子内冷式绕组(6)径向高度的1.5倍-3倍；渐变式导风板(12)径向高度小于转子双副槽(10)径向高度的一半；转子槽楔(1)的材料为铝合金材料或不锈钢材料。
3.根据权利要求1所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，其特征在于：所述的转子槽楔(1)内开设有转子辅助冷却式轴向通风孔(14)。
4.根据权利要求1所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，其特征在于：所述的转子内冷式绕组(6)内开设有强化冷却式径向通风道(15)。
5.根据权利要求1所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，其特征在于：所述的转子铁心(13)内开设有“矩形”轴向通风道(16)。
6.根据权利要求1所述的具有双副槽交叉内冷式转子通风冷却系统的汽轮发电机，其特征在于：所述的转子铁心(13)表面处开设有转子散热凹槽(17)。
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