CN1109225A - 气体冷却的电机 - Google Patents

Abstract

在一种气体冷却的电机中，使外侧热气室与冷却 机相连接的有效气流横截面积处设有一个可调节的 限流机构(29，31，32，33)。以此方式，可以在不干预 电机本身结构的情况下使电机的内部各个冷却气流 的分配受到影响，以使得在电机纵向方向上达到温升 水准的平衡。

Description

本发明涉及一种电机，它具有一个壳体，一个在该壳体中设有的在其内周面槽中放置了间接冷却的定子绕组导体的定子及一个转子，其中定子叠片铁心是由各个被隔板彼此隔开的铁心叠片部分构成的，并在两个依次相邻的铁心叠片部分之间构成了径向延伸的冷却槽，及这些冷却槽将定子叠片铁心内周面处的空气隙与在定子叠片铁心外周面和壳体之间的各个室相连接，这些室包括进入冷的冷却气体的冷气体室及由所述冷却槽径向向外流入变热的冷却气体的热气体室，这些热气体室与冷却机相连通，并且冷却气体传送装置及冷却气体引导装置设置在两个电动机端部，这些装置将致冷的气体作为冷气导入到冷气室中并将变热的冷却气体再从热气室中抽出。

一个具有这些特征的气体冷却的电机，例如已由“Brown  Boveri  Technik”（“布朗温·博维利（公司）技术”）3/86，第133至138页，尤其是第135页的图3公知了。

所谓间接冷却的原理是使在定子绕组导条中产生的损耗传送给冷却介质（氢或空气）。在该情况下主热流量从导条的铜经由绝缘传递到定子叠片铁心的齿区域。热再从定子齿传送到冷却介质中。

温升的界限在此情况下是由绝缘的温度敏感性及此外由在标准中被不同的绝缘等级（ANSI，IEC）确定的相应最大温度值来预先给定的。

由于在被绝缘包扎的定子铜导体与绝缘外层之间相对大的温度差，使应用传统冷却原理的间接气体冷却的一种涡轮发电机的最大功率受到限制。

因此对于改善冷却不乏有些建议，其中作出的努力主要集中在加强电机中间区域的冷却上。

于是在EP-B-0279064中描述了一种气体冷却电机，其中在电机中间区段的热气室通过绕开端侧热气室的隔离导管直接地与冷却机相连接。用此方式避免了从中间热气室出来的变热的冷却气体与从端侧热气室出来的相应气体相混合，因此存在着这样的可能性，即通过各个冷却槽及对其设置的空气隙与室空间的容积流量作分配，以使得在电机的纵向方向上产生温度断面的几乎完全的平衡。

这种措施在新设计电机的情况下被证明是很好的。但是对已投入运行的电机仅在投入很大费用时才能被实施。

本发明的任务在于提出一种在导言中所述类型的气体冷却的电机，它不用对原来电机结构作出干预即可实现实质上均匀的冷却效果。

这个任务将在导言中所述类型的电机上这样来实现，即根据本发明在端侧的热气室的气流流出横截面中并在该热气室与冷却机之间设置限流机构。

用此方法，可使电机的冷却气流几乎任意地在不同的室中作出分配，并由此使电机纵向方向上的电机温度达到充分的平衡。

限流机构最好由覆盖整个横截面的并设有多个孔道的金属板构成。在此情况下，根据一个特别有利的构型利用一个靠放在金属板上的也设有多个孔道的带孔板来调节有效横截面。通过这两个板彼此相对移动，可得到有效横截面的精细调节。

本发明特别适用于对已经作好的电机的事后冷却技术上的调整，因为不必对电机本身作出任何干预。相反地，在从热气室到通常设在电机下方基坑中的冷却机之间的空气通道中有足够的位置及对于安装人员足够的运动自由度，用于使阻流机构装入及调整。

以下将借助于实施例对本发明详细说明。其附图为：

图1：一个具有敞开的冷却回路的公知类型的气体冷却发电机及在端侧热气室的截面上设有的阻流机构的简化纵向截面图;

图2：用以表明图1中的限流机构位置及结构的一个放大的截面部分;

图3：具有可调节横截面的限流装置顶视图;

图4：具有圆形孔道的限流机构的另一实施形式;

图5：限流机构的另一变型，它由彼此隔开的金属板及一个附属的带槽板组成。

在图1中用标号1表示基座轴承，标号2表示外壳，标号4表示内壳，标号5表示机体。绕组端部6支承在定子压板8的支承板7上。在定子叠片式铁心9中，在各个叠片铁心部分之间设置了径向通风槽。接杆10将定子叠片铁心与定子压板8压聚在一起。在转子11的两端具有转子端盘12。在绕组端部空间中的绕组连接处用标号13表示。相端子及星形连接点端子用标号14表示。在电机的每个端部各设有一个辅助风扇15。内壳4的径向内端构成为空气导入环16。在电机下方的基坑17中设有冷却机18。在冷却机18前方的热空气用箭头19表示，而在冷却机18后方的冷空气用箭头20表示。其它的（未加标号的）箭头表示电机内部的各个冷却气流。在以下仅考虑该电动机的一半，因为该电机对于冷却来说是对称设置的。

由冷却机18发出冷空气并经由外壳2及内壳4之间的空间到达风扇15。然后冷却气流形成分支。第一气流部分流经转子端盘12下方的转子绕组端，第二气流部分流入到电动机气隙21中，第三冷却气流部分经由绕组端部空间到达电动机背部、也就是电动机体5与定子叠片铁心9之间的空间中。

在电机背部，通过壳体肋条22及径向和轴向隔壁构成冷气室及热气室。在该例情况下，在电动机的两端各有一个热气室23，在电机的中部有一个热气室24，以及在每个室23及24之间有一个冷气室25。所述第三冷气流部分从风扇15流入到冷气室25中，并经由定子叠片铁心9的各叠片铁心部分之间的气隙被压入到所述热气室23及24。变热的冷却气体从热气室23及24流经大面积的孔道26及27在电机壳体5的下方进入基坑中，并在那里到达冷气机18。

至此，这种冷却空气的传送及其结构相应于由前文引证的“Brown  Boveri  Technik”中的公知电动机。虽然在设计电机时，对进入及排出于不同室中空气流的布置及分配已考虑到不同的气流阻力，但在后来的运行中仍然表明了：在电机中部的冷却效果比电机两端的冷却效果差一些。在定子背部通过设置和/或改造不同的导流及隔流装置来作补充调整-如果一定要作的话-仅是在一定条件下才是可能的。这就是现在要使用本发明的原因。

本发明对此是基于这种思想，即通过冷气室及热气室的各个容积气流的分配不是在电机壳体内部而是在电机的出口到冷却器18的路径中受到影响的。为此目的，在对两端侧热气室23设置的孔道26中增设了限流机构28（在图1中用虚线表示），它最好是可调节地缩小由热气室23到冷却器18的气流横截面。

在图2中所示的图1的一个放大截面表明了这种限流机构的位置及结构。每个限流机构28由安装在一个框架30上的单件或多件的金属板29组成。该框架30是电机壳体的一部分并且其一侧坐落在地基17的一个基座17a上。在金属板29中均匀分布地设置了多个孔道31。在金属板29的下表面上从下方安装了一个相对于金属板29可水平移动的带孔板32，它同样地设有孔道33。这些孔道33在形状与分布上与金属板29的孔道31相对应。侧边的导轨条34安装在金属板29的下侧用作为组装辅助装置。

金属板29最好是用多件来实施的（图3中部件29a及29b），以便能容易地从下方安放到热气室23中。相反，带孔板32可以用单件来实施。如从图3限流机构的顶视图中直接看到的，通过带孔板32相对于金属板29在导轨34方向上的移动，可使金属板29中孔道31的横截面在精确确定的限界中变化，并由此可使外方两个热气室23到冷却机18去的出口的有效横截面积在预定值中间变化。

从以下在实践中获得的数据可以表明，该限流机构在一个真实电机中是如何对电机纵向上冷却的均匀性作出贡献的。

由测量得到的结果是：大约定子冷却空气量的三分之二流入到端侧的热气室23中，而仅是三分之一流入到中间热气室24中。这样的后果是电机中间区段其发热达到不允许的高值。通过由对真实电机在运行中的计算及测量所支持的估算得出：大约需有60%至80%的总冷却空气量经过中间电机区段（热气室24）导流，才能达到在电机纵向上温度接近恒定。为此目的，在两端侧的热气室23的气流通过横截面必须从约每3m²下降到0.1和0.2m²之间，以便达到这样的空气量分配。利用在两个端侧的热气室23的每个中安装具有总通过面积为0.2m²的孔道31的一个金属板29及一个相应构型的带孔板32，可以使所设的目标直接地被达到。出人意料的是通过热气室中气流横截面的缩小仅使电机的噪音水平无足轻重地提高了一点，这是因为在这里起支配作用的是相对小的气流速度。

也可以用具有其它横截面，例如图4中所示圆形横截面的孔道来代替具有矩形横截面的孔道31、33。此外这些孔道也无需一定要分布在金属板29的整个面上，也可以譬如集聚在其中间区域上。也可以使用多个金属板，其中每个之间留有间隙，将它们作为限流板来取代一个或多个彼此紧密靠放的并设有孔道的金属板29或29a，29b。这样一种技术解决方案也可与一个改型的带孔板相结合地实施，如从图5中看到的。

金属板由多个部分29c，29d及29e组成，它们彼此由间隙S隔开。在带孔板33的位置上用一个带槽板35取代，该板具有与间隙边缘相平行延伸的槽36。

此外也可不需要一个设有孔道的金属板及一个附属的带孔板或带槽板。即一旦通过试验确定了最佳横截面值时，则可安装一个具有与此相同大小的整个流通面积的相应构型的金属板或相应间隔放置的各个板部分。

以上借助于具有三个热气室及二个冷气室的空气冷却电机对本发明作出了说明。当然，本发明也可以在多于三个热气室及多于两个冷气室的电机上被实现。必要时，不仅在外侧的热气室中而且也可在外侧与中间热气室之间的其它热气室中装设上述类型的限流机构。

Claims (6)

1、一种电机，具有设置在带有一个基坑的地基(17)上的壳体(5)，在该壳体中设有在其内周面槽中放置了间接冷却的定子绕组导体的定子叠片铁心(9)及一个转子(11)，其中定子叠片铁心(9)是由各个被隔板彼此隔开的铁心叠片部分构成的，并在两个依次相邻的铁心叠片部分之间构成了径向延伸的冷却槽，及这些冷却槽将电机空气隙(21)与在定子叠片铁心外周面和壳体之间的各室相连接，这些室包括进入冷的冷却气体的冷气体室(25)及由所述冷却槽径向向外流入变热的冷却气体的热气体室，这些热气室与冷却机(18)相连通，并且冷却气体传送装置(15)及冷却气体引导装置(4)设置在两个电机端部，这些装置将致冷的气体作为冷气导入到冷气室中并将变热的冷却气体再从热气室中抽出，其特征在于：在端侧的热气室(23)的气流流出横截面(26)中并在该热气室与冷却机(18)之间设置了限流机构(28)。

2、根据权利要求1的电机，其特征在于：该限流机构是由一个，最好是由多个金属板（29）构成的，这些金属板设有孔道（31）。

3、根据权利要求2的电机，其特征在于：金属板（29）与一个带孔板（32）共同作用，带孔板的孔道（33）这样地设置与分配，即通过带孔板（32）相对于金属板（29）的移动可达到预定的有效横截面的缩小。

4、根据权利要求2或3的电机，其特征在于：为了简化组装/解体，至少该金属板（29）分成多个部分板（29a，29b）。

5、根据权利要求2或3的电机，其特征在于：金属板由多个彼此隔开的部分板（29c，29d，29e）组成，在它们之间留有一个间隙（S）。

6、根据权利要求5的电机，其特征在于：部分板（29c，29d，29e）与一个带槽板（35）其同作用，它的槽（36）是这样设置与分配的，即通过带槽板（36）相对于部分板的移动，可以达到预定的有效横截面的缩小。

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