CN1145546A

CN1145546A - 垂直轴水力发电机

Info

Publication number: CN1145546A
Application number: CN 96105645
Authority: CN
Inventors: J·施旺达
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1997-03-19
Also published as: DE19515260A1; EP0740402A1; BR9602055A; NO961598D0; CA2169520A1; NO961598L

Abstract

垂直轴水力发电机具有一个设有轴套(3)的转子星辐，在转子星辐的外圆设有转子轮圈(7)。为使发电机气隙(17)与绕组端头空间(39，40)隔开，在转子极(14)的两端侧上固定有密封板(24)，它伸入到发电机气隙中，直至伸至定子孔附近，并沿圆周方向上看，在至多留有很小缝隙(34)的情况下逐个密排布置。据此，密封板(24)构成了一个密封环。由此使绕组端头(41，42)及绕组连接线处于冷却器(23)后面的新鲜空气流中并得到最佳冷却。

Description

垂直轴水力发电机

本发明涉及一种垂直轴水力发电机，它具有一个设有轴套的转子星辐，在星辐的外圆周上设有转子轮圈，该轮圈支承着由极叠片叠形成的转子极及磁极绕组，它还具有一个设在转子外围的并通过空气隙与转子隔开的定子，该定子具有一个内叠片层叠形成的并在内圆周上具有容纳定子绕组的槽的定子叠片体，定子绕组在其叠片体两端侧具有定子绕组端头及绕组连接线，其中，不仅在转子轮圈中而且在定子叠片体中均设有径向伸展的冷却槽，来自轴套的冷却空气可经由转子轮圈中的所述槽，极之间的间隔，空气隙及定子叠片体中的槽进入到围绕着定子叠片体的设有冷却器的环形空间并从这里起再被导回到轴套，其中，转子本身起到冷却空气推进及建压部件的作用。

本发明涉及这样一种现有技术，例如是由BBC公司(Brown Boveri & Company，Ltd CH-5401Baden/Switzerland)的名为“卡拉卡(Karakaya)，土耳其的一个水电厂公司刊物”(发表号为CH-T130213E，未注日期)中，尤其是第6页上图6给出的。

在开始部分描述的这类垂直轴水力发电机中，冷却空气在转子轴套的区域中进入转子，从那里起经过斜轮辐之间的间隔进入到转子轮圈。轮圈上设有径向槽，它与极缝相连通。斜轮辐起到通风机的作用，转子轮圈中的槽及极缝起到压力发生器的作用。冷却空气通过极缝流入发电机气隙，并由此经过定子叠片体中的同样是径向伸展的槽进入一个环形空间，该环形空间包围着定子叠片体，并在外部由地基沟或钢结构封闭。在该环形空间中均匀地设置着空气-水冷却器。在这些冷却器后面冷却空气将掉头被导回转子轴套，并且流经转子轮圈上方及下方的自由空间。

为了冷却定子绕组端头，流经转子轮圈的空气中的一个分气流被引到转子轮圈的端侧上并流过绕组端头及绕组连接线，然后同样地流到所述的空气-水冷却器。为此目的，绕组端头空间及转子轮圈端侧的一部分由固定在定子叠片体上的一个大空间的壳板覆盖。该壳板在转子侧区段中具有一个转动密封件，它与转子端侧上的一个密封件共同作用。以此方式使所述的分气流到达空气-水冷却器，而不致于和已冷却的、朝着轴套流动的冷空气相混合。

除去壳板及转动密封件的结构成本以外，这种实施形式的缺点还在于，为了冷却绕组端头及绕组连接线需用空气，该空气在经由转子轮圈的冷却槽及极缝的路径中已被加热。

从现有技术出发，本发明的任务在于：在导言部分所述类型的垂直轴水力发电机上开发一种冷却空气的导向装置，该导向装置可结构简单地及经济地得以实施，并可实现对定子绕组端头及绕组接线的最佳冷却。

根据本发明，该任务在导言部分所述类型的垂直轴水力发电机上这样地被解决，即在转子极的两端侧上设有由非磁性材料制作的密封板，这些密封板伸入到发电机气隙中直到定子孔的附近，并在圆周方向上在至多留有很小间隙的情况下逐个密排，并据此构成一个密封环，它使发电机空气隙与绕组端头空间隔开。

在发电机端侧区域中这样一种密封环结构大大简化了空气的导向，因为整个冷却空气流量在不换向的情况下基本上径向向外地通过转子及定子被导往冷却器。将不需要使冷却气分流导向到绕组端头空间中的绕组端头及绕组连接线。这些绕组端头及绕组连接线现在处于从冷却器向转子套筒回流的新鲜冷却空气之中。

本发明特别适用于具有所谓无端板磁极的是CH-A-675799中的主题的水力发电机。这种极仅是由同样是相同类型及相同厚度的极叠片构成的。除去在近轴的区域中的传统夹持部件外，在远离轴的区域上设有穿过整个极的带有端侧的组合夹持及压力分配构件的夹紧螺栓，该压力分配构件具有朝外突出部分，用于支承磁极绕组。在这种极上，故可以延长及展宽两个外端的极叠片使其同时用作本发明构思的密封板。但是密封板构成单独的构件更为经济并借助于螺栓将其固定在极的端面上。

在附图中描绘了本发明的一个优选的实施例，附图所示为：

图1：垂直轴水力发电机的一个简化的纵剖面图，

图2：图1中所示发电机的具有转子极的转子轮圈一部分的透视图，

图3：图1所示发电机的转子及定子的一部分的简化横剖面图，

图4：图3中所示转子极的简化俯视图，

图5：具有插入的排气体及极缝封板的极缝的放大详细俯视图，

图6：极上密封板的固定点的横截面图。

在图1中以截面图表示的垂直轴水力发电机的基本结构基本上相当于在导言中引证的公司刊物第6页图6所示的发电机。

在该例中的水力发电机整个地被安装在具有壁2及底1的地基坑中。转子结构包括一个转子轴套3，倾斜的轮辐4起始于轴套，轮辐的上方及下方被盖环5及6覆盖着。这些部件构成了转子星辐。在其外围上设有转子轮圈7。轮圈由叠片段8组成，叠片段以层状方式彼此交错地在圆周方向上叠放。其中，一层上相邻的叠片段8彼此隔有距离，由此形成了多个径向伸展的并完全穿过转子轮圈的冷却槽9，冷却空气可径向向外地在沿箭头方向穿过这些槽流动，斜幅4及转子轮圈7之间的机械连接是以公知方式通过条板10，楔11及转子轮圈7内周上的轴向槽12来实现的。

在转子轮圈7的外圆周上设有轴向伸展的燕尾形槽，它用于固定设有相应燕尾构型的极爪13的转子极14。该转子极支承着一个磁极绕组15。该转子极的结构基本上相当于如在导言部分提到的CH-A-675799中所描述的无端板的转子极，在这里强调对这种无端板的转子极的引用，以避免重复赘述。如从图2中清楚地看到的，转子轮圈7中的每个径向冷却槽9分别通入两个相邻转子极14之间的空间中，即通入所谓的极缝16中，该极缝16又通向发电机气隙17。

包围着转子的定子(图1)包括一个由相互隔开的部分叠片体构成的定子叠片体18，如转子轮圈7那样，定子叠片体同样由分段的叠片构成，并在相邻的部分叠片体之间具有径向延伸的冷却槽19。

定子叠片体18被一个定子支承结构20包围着，该定子支承结构的下方支承在地基底面1上。定子支承结构20的上方被固定在轴承星架21上。在轴承星架上设有一个完，全覆盖着地基沟的盖22，它一直延伸到发电机的支承及导向轴承(未示出)。在定子支承结构的外围上设有分布在该外周面的多个空气-水冷却器23。

至此所述的结构相当于现有技术中的结构。为了实施本发明的冷却空气导向装置，在转子极14的两个端侧上具有由非磁性材料制作的密封板24，在图1中仅示意地示出了这些密封板14，而在图3至5中详细地描绘了它们。这些密封板24例如由一种铝合金(铝基硅镁合金)或玻璃纤维增强的塑料作成，在此例中，它们与磁极线圈15的夹持及支承构件无关的借助直立的螺栓25被固定在极14的远离轴的部分上(图5及6)。在图3中仅看到穿过极的螺栓26，并表示出在定子叠片体18的槽中借助于槽楔27固定的定子绕组28，而在图6中可以看出磁极线圈15的支承部件29及阻尼绕组的导体30，31。

密封板的一种特别简单的固定措施在于，如在该例中，最后的三张极叠片具有一个相当于螺栓直径的圆孔，用以容纳螺栓杆，并在紧靠最后三张极叠片的那张极叠片上具有一个相应于螺帽外轮廓的，如六角形的凹槽，用以阻止螺栓扭转。这些螺栓25在叠放最后三张叠片以前被放置在凹槽中，再将最后三张叠片套放在上面。这种安装形式，因为与极的夹持及支承部件无关，非常经济及简单。这种密封板在维修时也易于更换。

如从图6中最清楚地看到的，密封板24伸入到发电机气隙17中直到定子孔的附近，并留有一个相对电机气隙17来说很小的间隙32。如果需要的话，为了减少该间隙32，可以附加地将通常为浸渍了人造树脂的玻璃绳结构的槽楔保持件33(图6)拉过来。

在圆周方向上，除相邻的密封板24之间的小间隙34外，这些密封板相互密靠地伸展并以此方式形成了一个密封环，该密封环在转子两端侧上将发电机气隙17与绕组端头空间隔开。

发电机内部相对于绕组端头空间的进一步隔离可以这样实现，即，在极缝16的端侧的径向向外处附加地被一个图5中所示的极缝封板35盖住(图5是图3中由虚线划界的、标以A的区段的放大俯视图)。该板35最好由一种铝合金或玻璃纤维增强塑料作成，并在径向内端具有一个圆形加宽部分36并用该部分保持在转子轮圈7上的轴向延伸的圆孔37中。它的径向外部可拆地固定在密封板上。该极缝封板35最好与极缝16中的一个排气体38相组合。在具有凸极的发电机中，这种排流体是公知的。它沿极缝的整个轴向长度伸展，并且其任务是用于填充相邻的极绕组15之间的空隙，以使得冷却空气尽可能密集地及以高速度从极绕组15旁流过。

极缝封板35与排流体38的这种组合件包括一个径向向内敞开的中空体，它的两端侧各固定在一个极缝封板35上。在密封板24组装前，该组合件被推入并再与密封板一起安装。

利用本发明可以实现一种完全新型的用于垂直轴水力发电机的冷却空气导向装置：

(新鲜)的冷却空气通过轴套区域内的盖环5，6的开口到达转子支承结构内，从那儿径向向外地到达转子轮圈7，再流过转子轮圈7中的冷却槽9，接着流经极缝16进入发电机气隙17，并然后再流经定子叠片体18中的径向冷却槽19。至此被强烈加热的空气在空气-水冷却器23中被冷却并在掉头后通过发电机上方及下方的空间39及40回到发电机中心部分。在此路径上，冷空气流经定子绕组28的绕组端头41，42并也流经绕组连接线及端引线43并强力地冷却这些关键部分。

实现本发明的冷却方案所需的构件在体积上远小于传统的盖板。所需的“密封件”具有简单的构型并能经济地制造。它在转子上的固定可通过采用所谓的无端板转子极简单地实现。

Claims

1.垂直轴水力发电机，具有一个设有轴套(3)的转子星辐，在星辐的外圆周上设有转子轮圈(7)，该轮圈支承着由极叠片层叠形成的转子极(14)及磁极绕组(15)，该发电机还具有一个设在转子外围的并通过空气隙(17)与转子隔开的定子，该定子具有一个由叠片层叠形成的并在其内圆周上具有容纳定子绕组(28)的槽的定子叠片体(19)，定子绕组在叠片体两侧是有定子绕组端头(41，42)及绕组连接线，其中，不仅在转子轮圈(7)中而且在定子叠片体(18)中均设有径向延伸的冷却槽(9、19)，来自轴套(3)的冷却空气经由转子轮圈中的所述槽(9)、极(14)之间的间距(16)、空气隙(17)及定子叠片体(18)中的槽(19)进入到围绕着定子叠片体的、设有冷却器(23)的环形空间并从这里起再被导回到轴套(3)，其中，转子本身起着冷却空气推进及建立压力部件的作用，其特征在于，在转子极(14)的两端侧上设有由非磁性材料制作的密封板(24)，密封板伸入到发电机气隙(17)中，直到定子孔的附近，并从圆周方向上看，它逐个密排地设置并以此方式构成一个密封环，该密封环将发电机气隙(17)与绕组端头空间(39，40)分隔开。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，密封板(24)直接地固定在转子极(14)的外叠片上。

3.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于，密封板借助直立的螺栓(25)固定，该螺栓被防扭转地保持在转子极(14)的内部。

4.根据权利要求1至3中一项所述的发电机，其特征在于，在两个相邻的转子极(14)之间的极缝(16)的两端侧上设有极缝封板(35)。

5.根据权利要求4所述的发电机，其特征在于，极缝封板(35)的径向外部固定在密封板(24)上，其径向内部固定在转子轮圈(7)上。

6.根据权利要求5所述的发电机，其特征在于，在转子轮圈(7)中的极缝(16)的区域内设有一个圆柱形的孔(37)，在其中固定极缝封板(35)。

7.根据权利要求4至6中一项所述的发电机，其特征在于，在极缝(16)中设有一个排气体(38)，它沿极缝的整个轴向长度伸展，并且其端部固定在极缝封板(35)上。