CN113014038A - 半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统 - Google Patents

半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴‑径向通风冷却系统，它涉及电机领域。本发明为了解决现有大容量半速汽轮发电机内构件温度高的问题，由沿轴向交替排布的静风叶和动风叶构成的逆流式多级风扇安装在半速汽轮发电机两侧，定子铁芯开设有齿部轴向通风孔，定子铁芯直线段区域开设有定子铁芯径向通风沟，风室固定在机壳上并与定子铁芯相接触，将定子铁芯直线段区域划分为多个风区，转子绕组开设有转子径向通风孔，转子铁芯开设有转子双凸型副槽通风道并位于转子绕组下方，可调节式环形导风板固定在机壳上，端部构件均开设有端部轴向通风孔，磁屏蔽内部开设有径向通风道。本发明增强了汽轮发电机构件的冷却效果，结构简单，便于实现。

Description

半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统
技术领域
本发明涉及半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统，属于电机领域。
背景技术
电能已经成为人们日常生活中不可缺少的一部分，在今天的中国仍然存在着大量的火电厂，火电厂以燃烧煤炭等不可再生能源发电，污染环境且效率低下。而核电厂与火电厂相比，其具有占地面积小、能量密度高、可以大功率稳定供电等优点，因此核电厂未来大有逐步取代火电厂的趋势。在国家能源发展“十四五”规划中提出，确保实现新增新能源装机7000-8000万千瓦，根据国家的规划，大量沿海地区三代核电项目正在建设中，核电站中的核心设备超大容量半速汽轮发电机容量较大，核电半速汽轮发电机单机容量越大，其经济性能越好，发电机容量的增大会带来发热等安全问题，从而严重威胁其安全稳定运行。
为了能够有效地降低半速汽轮发电机内定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组和端部构件的温度，可以采用半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统，加快半速汽轮发电机直线段区域和端部区域内高压氢气的流速，增大了冷却气体与定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组和端部构件区域的接触面积，提高了定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组和端部构件表面散热系数，增强了冷却气体带走定子区域和转子区域热量的能力，明显地降低了半速汽轮发电机轴向方向温差和热应力，从而提高了半速汽轮发电机长期安全稳定运行的能力。
发明内容
本发明的目的提供半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统，以解决由于半速汽轮发电机直线段区域和端部区域通风设计不合理而导致的定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组和端部构件温度过高的问题，通过两侧逆流式多级高效风扇将加热后的高压氢气从半速汽轮发电机内部抽出，提高了半速汽轮发电机内冷却流体的利用率，有效地降低了半速汽轮机内部各构件的温度，减小了轴向方向的温差和热应力，提高了半速汽轮发电机安全稳定运行的能力。
本发明的半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统，它包括风室入口、冷却器、可调节式环形导风板、逆流式多级风扇、机壳、风室出口、定子铁芯径向通风沟、静风叶、动风叶、风室、定子铁芯、齿部轴向通风孔、定子绕组、转子、端部磁屏蔽径向通风道、磁屏蔽、压圈、压指、定子端部绕组、水管、小定位筋、屏蔽压板、大定位筋、端部轴向通风孔、楔下垫条、转子径向通风孔、转子绕组、转子双凸型副槽通风道、转子铁芯轴向通风道。逆流式多级风扇由静风叶和动风叶组成，动风叶由第一级动风叶和第二级动风叶组成，静风叶由第一级静风叶、第二级静风叶和第三级静风叶组成。第一级动风叶、第二级动风叶安装在转轴上，第一级静风叶、第二级静风叶和第三级静风叶固定在机壳上，由沿轴向交替排布的静风叶和动风叶构成的逆流式多级风扇安装在半速汽轮发电机两侧，定子铁芯开设有齿部轴向通风孔，定子铁芯直线段区域开设有定子铁芯径向通风沟，风室固定在机壳上并与定子铁芯相接触，将定子铁芯直线段区域划分为多个风区，转子绕组开设有转子径向通风孔，转子铁芯开设有转子双凸型副槽通风道并位于转子绕组下方，可调节式环形导风板固定在机壳上，端部构件均开设有端部轴向通风孔，磁屏蔽内部开设有径向通风道。
定子铁芯径向通风沟宽度为3mm至8mm；定子铁芯齿部轴向通风孔直径为20mm至40mm；磁屏蔽内部轴向通风孔直径为5mm至10mm；端部磁屏蔽径向通风道宽度为3mm至8mm；转子径向通风孔直径为10mm至30mm；水管内冷却水流速为1m/s至3m/s；机壳内部氢气的压力为2个大气压至5个大气压。
作为优选，所述的半速汽轮发电机定子铁芯齿部轴向通风孔的截面形状由圆形改为长方形，增大了定子铁芯齿部和冷却流体的接触面积，进一步降低了定子铁芯齿部的温度。
作为优选，所述的半速汽轮发电机端部轴向通风孔沿径向方向交错排布，使得端部构件和冷却流体更加均匀地接触，可以明显地降低端部构件温度。
作为优选，所述的半速汽轮发电机转子铁芯开设有转子铁芯轴向通风道，增大了转子铁芯和冷却流体接触面积，进一步降低转子铁芯的温度。
本发明的优点：半速汽轮发电机内定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组和端部构件温度较高，而且半速汽轮发电机内冷却气体的利用率较低，本发明专利创新性地采用两侧多级高效风扇将加热后的氢气从半速汽轮发电机内部抽出，避免冷风经过风扇加热的问题，两侧多级高效风扇通过第一级动风叶和第二级动风叶的加压作用提高了冷却气体的压力和冷却流体的流量。在定子铁芯开设有定子铁芯径向通风沟、定子铁芯齿部开设有轴向通风孔，增强了定子铁芯和定子绕组的冷却效果，进一步减小了定子铁芯和定子绕组轴向方向的温差，在端部构件开设有端部轴向通风孔和磁屏蔽内部开设有径向通风道，可以有效地增大了端部构件和冷却气体的接触面积，提高了端部构件表面散热系数，有效地降低了端部构件的温度。在转子绕组开设有径向通风孔，转子铁芯开设有双凸型副槽通风道，增大了转子铁芯与冷却流体的接触面积，提高了转子铁芯和转子绕组的冷却效果，进一步降低了转子铁芯和转子绕组的温度，从而形成了两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统。通过两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统可以提高半速汽轮发电机内总流体流量，明显地加快半速汽轮发电机内冷却流体的流动速度，提高了冷却气体带走定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组和端部构件热量的能力，明显地降低了定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组和端部构件的最高温度，减小了半速汽轮发电机轴向方向温差和热应力，降低了半速汽轮发电机内部的风摩损耗，提高了半速汽轮发电机长期安全可靠运行的能力。
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为本发明所述半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统流体流动图；
图2为本发明所述半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统定子直线段区域(①位置处)局部放大图；
图3为本发明所述半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统端部区域(②位置处)局部放大图；
图4为本发明所述半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统直线段区域M-M处局部截面图；
图5为本发明所述半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统端部区域N-N处截面图；
图6为本发明所述半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统转子区域B-B处局部截面图；
图7为本发明具体实施方式二所述半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统直线段区域M-M处局部截面图；
图8为本发明具体实施方式三所述半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统端部区域N-N处截面图；
图9为本发明具体实施方式四所述半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统转子区域B-B处局部截面图。
图中：1-风室入口、2-冷却器、3-可调节式环形导风板、4-逆流式多级风扇、5-机壳、6-风室出口、7-定子铁芯径向通风沟、8-静风叶、9-动风叶、10-风室、11-定子铁芯、12-齿部轴向通风孔、13-定子绕组、14-转子、15-端部磁屏蔽径向通风道、16-磁屏蔽、17-压圈、18-压指、19-定子端部绕组、20-水管、21-小定位筋、22-屏蔽压板、23-大定位筋、24-端部轴向通风孔、25-楔下垫条、26-转子径向通风孔、27-转子绕组、28-转子双凸型副槽通风道、29-转子铁芯轴向通风道、30-转子铁芯。图中箭头所示为半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统内部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、图3、图4、图5和图6说明本实施方式，它包括风室入口1、冷却器2、可调节式环形导风板3、逆流式多级风扇4、机壳5、风室出口6、定子铁芯径向通风沟7、静风叶8、动风叶9、风室10、定子铁芯11、齿部轴向通风孔12、定子绕组13、转子14、端部磁屏蔽径向通风道15、磁屏蔽16、压圈17、压指18、定子端部绕组19、水管20、小定位筋21、屏蔽压板22、大定位筋23、端部轴向通风孔24、楔下垫条25、转子径向通风孔26、转子绕组27、转子双凸型副槽通风道28、转子铁芯轴向通风道29、转子铁芯30。逆流式多级风扇4由静风叶8和动风叶9组成，动风叶9由第一级动风叶9-1和第二级动风叶9-2组成，静风叶8由第一级静风叶8-1、第二级静风叶8-2和第三级静风叶8-3组成。第一级动风叶9-1、第二级动风叶9-2安装在转轴上，第一级静风叶8-1、第二级静风叶8-2和第三级静风叶8-3固定在机壳5上，由沿轴向交替排布的静风叶8和动风叶9构成的逆流式多级风扇4安装在半速汽轮发电机两侧，定子铁芯11开设有齿部轴向通风孔12，定子铁芯11直线段区域开设有定子铁芯径向通风沟7，风室10固定在机壳5上并与定子铁芯11相接触，将定子铁芯11直线段区域划分为多个风区，转子绕组27开设有转子径向通风孔26，转子铁芯30开设有转子双凸型副槽通风道28并位于转子绕组27下方，可调节式环形导风板3固定在机壳5上，端部构件均开设有端部轴向通风孔24，磁屏蔽内部开设有径向通风道15。
定子铁芯径向通风沟7宽度为3mm至8mm，本实施例取为6mm；定子铁芯齿部轴向通风孔12直径为20mm至40mm，本实施例取为30mm；磁屏蔽内部轴向通风孔24直径为5mm至10mm，本实施例取为7mm；端部磁屏蔽径向通风道15宽度为3mm至8mm，本实施例取为6mm；转子径向通风孔26直径为10mm至30mm，本实施例取为20mm；水管20内冷却水流速为1m/s至3m/s，本实施例取为2m/s；机壳5内部氢气的压力为2个大气压至5个大气压，本实施例取为3个大气压。
半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统将原来的汽轮发电机定子区域单路轴向通风冷却系统改为定子区域轴-径向多风区冷却系统，原来实心定子铁芯11内部开设有齿部轴向通风孔12，实心端部构件内部开设有端部轴向通风孔24，实心磁屏蔽16内部开设有径向通风道15，原来两侧压入式单级风扇改为两侧抽出式多级风扇。新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统内高压氢气经过冷却器2冷却后进入到半速汽轮发电机的内部，一部分冷却气体通过可调节式环形导风板3进入到半速汽轮发电机的内部。在半速汽轮发电机的端部区域，一路冷却气体通过磁屏蔽径向通风道15和端部轴向通风孔24冷却定子端部构件后进入到靠近定子端部的风室10，增大了端部构件与冷却气体的接触面积，有效地降低端部构件的最高温度，另一路氢气通过定子铁芯11与转子14之间气隙进入到靠近定子端部的风室10，最后一路氢气依次通过转子双凸型副槽通风道28和转子径向通风孔26冷却转子铁芯30和转子绕组27，减小了转子铁芯30和转子绕组27轴向方向的温差和热应力，并沿径向方向进入到定子风室10。半速汽轮发电机直线段区域由定子铁芯11和风室10组成，在半速汽轮发电机直线段区域，另一部分冷却气体从多个风区入口1进入到定子径向通风沟7，依次冷却定子铁芯11和定子绕组13后通过定子铁芯11开设有的齿部轴向通风孔12和定转子之间气隙进入到相邻的风室10，并依次冷却定子绕组13和定子铁芯11且同时冷却了半速汽轮发电机定子铁芯11的齿部，有效地降低了定子铁芯11的齿部和定子绕组13的温度。半速汽轮发电机直线段区域和端部区域内的氢气均从多个风室出口6流出最后被两侧逆流式多级风扇4抽出，从而完成整个多风区轴-径向冷却循环。半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统可靠性高，能高效地带走半速汽轮发电机直线段区域和两侧端部区域的热量，避免进入到半速汽轮发电机内部的冷风经过风扇加热的问题，还降低风摩损耗以及减小半速汽轮发电机轴向方向的温差和热应力，提高了半速汽轮发电机的安全稳定运行能力。
具体实施方式二：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半速汽轮发电机定子铁芯11齿部轴向通风孔12的截面形状由圆形改为长方形，增大了定子铁芯11齿部和冷却流体的接触面积，进一步降低了定子铁芯11齿部的温度。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8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半速汽轮发电机端部轴向通风孔24沿径向方向交错排布，使得端部构件和冷却流体更加均匀地接触，可以明显地降低端部构件温度。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9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半速汽轮发电机转子铁芯30开设有转子铁芯轴向通风道29，增大了转子铁芯30和冷却流体接触面积，进一步降低转子铁芯30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 (5)

1.半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统，其特征在于：它包括风室入口(1)、冷却器(2)、可调节式环形导风板(3)、逆流式多级风扇(4)、机壳(5)、风室出口(6)、定子铁芯径向通风沟(7)、静风叶(8)、动风叶(9)、风室(10)、定子铁芯(11)、齿部轴向通风孔(12)、定子绕组(13)、转子(14)、端部磁屏蔽径向通风道(15)、磁屏蔽(16)、压圈(17)、压指(18)、定子端部绕组(19)、水管(20)、小定位筋(21)、屏蔽压板(22)、大定位筋(23)、端部轴向通风孔(24)、楔下垫条(25)、转子径向通风孔(26)、转子绕组(27)、转子双凸型副槽通风道(28)、转子铁芯轴向通风道(29)、转子铁芯(30)，逆流式多级风扇(4)由静风叶(8)和动风叶(9)组成，动风叶(9)由第一级动风叶(9-1)和第二级动风叶(9-2)组成，静风叶(8)由第一级静风叶(8-1)、第二级静风叶(8-2)和第三级静风叶(8-3)组成，第一级动风叶(9-1)、第二级动风叶(9-2)安装在转轴上，第一级静风叶(8-1)、第二级静风叶(8-2)和第三级静风叶(8-3)固定在机壳(5)上，由沿轴向交替排布的静风叶(8)和动风叶(9)构成的逆流式多级风扇(4)安装在半速汽轮发电机两侧，定子铁芯(11)开设有齿部轴向通风孔(12)，定子铁芯(11)直线段区域开设有定子铁芯径向通风沟(7)，风室(10)固定在机壳(5)上并与定子铁芯(11)相接触，将定子铁芯(11)直线段区域划分为多个风区，转子绕组(27)开设有转子径向通风孔(26)，转子铁芯(30)开设有转子双凸型副槽通风道(28)并位于转子绕组(27)下方，可调节式环形导风板(3)固定在机壳(5)上，端部构件均开设有端部轴向通风孔(24)，磁屏蔽内部开设有径向通风道(15)。
2.根据权利要求1所述的半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统，其特征在于：定子铁芯径向通风沟(7)宽度为3mm至8mm；定子铁芯齿部轴向通风孔(12)直径为20mm至40mm；磁屏蔽内部轴向通风孔(24)直径为5mm至10mm；端部磁屏蔽径向通风道(15)宽度为3mm至8mm；转子径向通风孔(26)直径为10mm至30mm；水管(20)内冷却水流速为1m/s至3m/s；机壳(5)内部氢气的压力为2个大气压至5个大气压。
3.根据权利要求1所述的半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统，其特征在于：所述的半速汽轮发电机定子铁芯(11)齿部轴向通风孔(12)的截面形状由圆形改为长方形。
4.根据权利要求1所述的半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统，其特征在于：所述的半速汽轮发电机端部轴向通风孔(24)沿径向方向交错排布。
5.根据权利要求1所述的半速汽轮发电机新型两侧多级逆流式轴-径向通风冷却系统，其特征在于：所述的半速汽轮发电机转子铁芯(30)开设有转子铁芯轴向通风道(29)。
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