CN1168193C - 直接气冷的涡轮发电机转子 - Google Patents

Abstract

在闭式冷却循环中具有逆向冷却装置的空气冷却式发电机中，在转子盖板(22)和转子轴(28)之间设两级的动叶片气流叶栅，以优化冷却空气进入转子(4)和转子绕组(29)的入流。沿流动方向的第一个动叶片气流叶栅极(30b)是具有增压特性的减速叶栅，沿流动方向后续的动叶片气流叶栅级(30b)是具有转向特性的减速叶栅。

Description

直接气冷的涡轮发电机转子

技术领域

本发明涉及一种直接气冷的涡轮发电机转子。

背景技术

在按加压冷却原理运行的发电机中，主风扇可以在转子极区的绕组端部间隙中提供旋转的冷却空气入流。这意味着在主风扇出口处的空气剩余扭转，保证空气几乎无滑动地在转子极区前旋转。

在按加压冷却原理运行的发电机中，主风扇可以在转子极区的绕组端部间隙中提供旋转的冷却空气入流。这意味着在主风扇出口处的空气剩余涡动，保证空气几乎无滑动地在转子极区前旋转。冷却空气在为之所设的基本上沿轴向的转子和转子绕组的冷却通道中的这种入流，在按加压冷却原理运行时不会带来问题。

为了进一步增大转子中的冷却介质流量，在DD 120981中建议，在按照加压冷却原理冷却的发电机中，转子及其绕组的冷却借助于转子盖板下方的动叶栅来强化。尽管冷却空气有剩余涡动，这种动叶栅能够进一步降低在冷却空气进入基本上沿轴向延伸的转子冷却通道时所谓的冲击损失，从而优化了转子的冷却，降低了总损失。

与之相反，按抽吸冷却原理工作的发电机的主风扇首先将冷却空气引入冷却器，在那里冷却空气流的剩余扭转产生涡流。通常抽吸式冷却与加压式冷却相比具有的优点是，离开冷却器的空气能直接供入整个发电机的冷却通道中，并因而避免了通过机器的风扇引起的温度升高。当然，以此方式供入转子的冷却空气没有所要求的涡动。在冷却空气能进入冷却通道前，转子必须首先将冷却空气以圆周速度加速。因此转子必须作功，以克服已提及的冲击损失。在这种情况下可能导致冷却气流分离，并可能使转子绕组的进口缺乏入流。其结果是严重限制了冷却气流的分布并相应地危及整个转子绕组。

采用按DD 120981所述的叶栅尽管可以减轻在转子冷却时主要在抽吸式冷却中产生的问题，但是没有能力满足当今在极限功率发电机中冷却转子的要求。也就是说在轴流式转向装置中冷却气流必须转向达80°，这在按先有技术建议的叶栅中导致在叶片壁面的气流附面层分离。

发明内容

本发明的目的是提出一种直接气冷的涡轮发电机转子，它最好通过抽吸冷却进行运行，并能有最佳冷却效果。

按本发明此目的通过将转子盖板内边缘与转子轴之间的环形间隙内的动叶片气流叶栅设计为两极而实现的，其中第一极是主要具有增压特性的减速叶栅，第二极是主要具有转向特性的减速叶栅。

本发明的优点主要在于，通过一个两级的动叶片气流叶栅，一方面在第一级中迫使冷却介质流按所期望的增压，另一方面在第二级中实施冷却介质流所要求的转向。只有在冷却介质流的增压和转向之间存在这种功能上的分离，才能保证在应用抽吸冷却原理时，存在于转子体内和转子绕组内的冷却通道有最合理的冲击损失最小的入流。

在本发明的一种最佳实施例形式中规定，具有增压特性的动叶片气流叶栅第一级面向发电机的主风扇，而具有转向特性的动叶片气流叶栅第二级面向转子绕组端部。在这种情况下动叶片气流叶栅沿轴向彼此分开，换句话说，它们沿轴向互不重叠。

若在转子盖板内边缘与转子轴之间构成冷却介质流边界的壁具有一种朝转子绕组端部之间呈锥形收缩的轮廓形状，则对于改善冷却介质流的导引并因而改善转子的冷却带来最佳效果。

下面借助于实施例详细说明本发明。在附图中表示：

附图说明

图1通过一台按轴吸冷却原理具有闭式冷却循环的空气冷却涡轮发电机纵剖面的简化视图；

图2是图1中细节X纵剖面图，比例略有放大和表示得更加详细；

图3是图1中细节X的另一个纵剖面图；

图4是转子盖板和气流叶栅的局部展开。

附图中只表示了对于理解本发明的重要的构件。

具体实施方式

图1中表示的空气冷却式涡轮发电机有一个机器外壳1，它围绕着由部分金属板件2组成的定子板件。在定子板体内的各个部分金属板体2之间设径向通风槽3。转子4支承在轴承座5、6中，后者借助于锚杆8固定在基体7上。

基体7有一个基坑10，它沿轴向沿机器外壳1的整个长度延伸，并几乎占外壳1的全部宽度。在此基坑10内装有机器的冷却装置11。其中，冷却装置11的进口与设在转子4两端的主风扇12的排气腔连通，以及，冷却装置11的出口通入平衡腔13。流过冷却装置11的冷却气体用箭头表示，其中流入的热气体用18表示，流出的冷气体用19表示。其它所有没有进一步标注的箭头说明了冷气体的冷却循环。冷却循环仅在机器的半部内用箭头明示，因为鉴于机器的冷却是设计为对称的。

在冷却原理涉及所谓逆向式或抽吸式冷却的情况下，热气体18借助于风扇12供入冷却装置11。冷却气流在平衡腔13内分布到冷气体腔14和16，在那里形成一些分流。第一股分流在导流板26与内衬板21之间直接流向转子4，第二股分流经绕组端部27流入发电机气隙25中，以及，第三股冷气流通过冷气体腔16和通风槽3到达气隙25中。冷气流从气隙25流出，被风扇12通过通风槽3以及在内衬板21与外衬板20之间的热气体腔15和17抽吸，并紧接着经基坑10送往冷却装置11。

图3在一个放大并因而更详细的视图中表示了冷气体供入转子4的区域。冷空气19在导流板26与内衬板21之间流往冷却空气入流通道，后者在转子轴28与环形支架23之间构成。此气流通道具有沿着朝转子绕组29的气流方向的两级动叶片气流叶栅30a、30b，其中，每一个气流叶栅备有一些装在环形支架23内圆周上的动叶片。在这种情况下，这两个动叶片气流叶栅极30a、30b沿转子4的轴向这样互相隔开距离，即，使它们互相不重叠(参见图4)。

面朝风扇12的动叶片气流叶栅级30b设计为主要具有增压特性的减速级，以及沿气流方向后续的面朝转子绕组29的动叶片气流叶栅级30a设计为主要具有转向特性的减速级。为了进一步优化冷却介质在转子4中的入流，气流通道设计为朝转子绕组29的方向呈锥形延伸，在这种情况下，转子轴4为此目的相应地加粗。在这里应当指出，这种轮廓造型意味着是一种作为举例的设计。例如按本发明还可以设想，同样对环形支架23作附加的或仅对环形支架28作此轮廓设计。

现在来研究图4所示的环形支架23内圆周局部展开图，图中表示在各气流叶栅级相邻叶片之间按有规律的距离设置填决24，这些填块24设计为有相应于动叶片气流叶栅级30a、30b的叶片形状。图2表示沿图4阶梯式剖切线A-A通过填块24的纵剖面图。

环形支架23沿轴向通过法兰贴靠在转子盖板22上，并如图2所示用螺钉9与它连接。为保证环形支架23便于装配和必要时便于折卸，它设计为分成两部分的，亦即设计为两个半环。

通过采用所介绍的叶栅级，决定性地减小了在冷却介质入流转子中时的冲击损失，与此同时由于提高了冷却介质压力，实现了所有转子冷却通道的最佳入流。因此与先有技术相比，冷却介质流量提高了约40％。

在本发明的范围内还例如可以设想一种具有三个叶栅级的叶栅装置。

符号表

1     机器外壳            2      部分金属板体

3     通风槽              4      转子

5、6  轴承座              7      基体

8     锚杆                9      螺钉

10    基坑                11     冷却装置

12    主风扇              13     平衡腔

14、16冷气体腔            15、17 热气体腔

18    11前的热空气        19     11后的冷空气

20    外衬板              21     内衬板

22    转子盖板            23     带法兰的环形支架

24    模块                25     气隙

26    导流板              27     绕组端部

28    转子轴              29     转子绕组端部

30a、b动叶片气流叶栅

Claims (4)

1.直接气冷的涡轮发电机的转子(4)，它在转子盖板(22)内边缘与转子轴(28)之间的环形间隙内有动叶片气流叶栅(30a、30b)，其特征为：动叶片气流叶栅(30a、30b)设计为两极，其中动叶片气流叶栅的第一级(30b)是主要具有增压特性的减速叶栅，以及，动叶片气流叶栅的第二级(30a)是主要具有转向特性的减速叶栅。

2.按照权利要求1所述的转子，其特征为：具有增压特性的动叶片气流叶栅第一级(30b)面向主风扇，以及，具有转向特性的动叶片气流叶栅第二级(30a)面向转子绕组端部(29)。

3.按照权利要求1或2所述的转子，其特征为：动叶片气流叶栅的第一级和第二级(30a、30b)沿转子(4)的轴向不重叠。

4.按照权利要求1所述的转子，其特征为：在转子盖板(22)内边缘与转子轴(28)之间构成冷却气流(19)边界的壁具有一种朝转子绕组端部(27)方向呈锥形收缩的轮廓形状。

Images