CN1192075A - 采用气体直接冷却的涡轮发电机的转子 - Google Patents

采用气体直接冷却的涡轮发电机的转子 Download PDF

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Abstract

在采用在闭合冷却回路中换向冷却的气冷电机中,在转子盖板(22)和转子轴(28)间设有一个用于采用冷风对转子(4)和转子绕组(29)最佳导流的两级工作叶栅。在流向上的第一工作叶栅级(30b)是一个带有主要增压性能的减速叶栅,在流向上接着的工作叶栅级(30a)是一个带有主要偏转性能的减速叶栅。导流叶栅在径向内部具有进行密封的包带(32)。

Description

采用气体直接冷却的涡轮发电机的转子
本发明涉及一种采用气体直接冷却的涡轮发电机的转子，该转子在位于转子盖板的内边缘和转子轴之间的成环缝结构的气体通道内具有导流叶栅。
在DD 120981中记载了一种采用气体直接冷却的涡轮发电机的转子。
在采用压力空气冷却原理的发电机中，主风机实现将冷却空气的涡流送入转子极区的绕组端部腔室内。这意味着，主风机出口处的空气的剩余涡旋用于使空气在转子极区前几乎无转差地旋转。因此在采用压力空气冷却原理时，冷却空气可以毫无问题地流入转子和转子绕组的为此预设的基本为轴向的冷却通道内。
为了附加增大在转子中的冷却介质的通流量，在DD 120981中建议，在采用压力空气冷却原理进行冷却的发电机中通过附加设在转子盖下面的工作叶栅加强对转子及其绕组的冷却。这种工作叶栅将进一步减少在冷却空气进入基本轴向伸展的转子冷却通道时尽管有冷却空气的剩余涡旋但仍存在的冲击损耗，因而可以对转子实现最佳冷却并减少总损耗。
与此相反，采用排气冷却原理工作的发电机的主风机首先将冷却空气导入一冷却器内，其中冷却空气流的剩余涡旋被旋转。通常与压力空气冷却对比，排气冷却具有的优点是，离开冷却器的空气可以直接送入整个发电机中的冷却通道内并且可以消除由于电机风机造成的温度升高。当然采用此方式输送给转子的冷却空气不具有必要的涡旋。在冷却空气可以进入冷却通道前，转子必须将冷却空气加速到圆周速度上。所以转子必须承担整个工作，以便克服上述的冲击损耗。其中会出现冷却气体流分离现象，并且会出现转子绕组线段引入端被误吹洗的现象。由此造成冷却气体分配受到很大的制约并相应威胁到整个转子绕组。
采用依照DD 120981的工作叶栅虽然在对转子冷却时可以减少首先是采用排气冷却原理时出现的问题，但不能满足目前对极限功率电机的转子冷却提出的要求。其中可将冷却气体流偏转达70°，这在轴向偏转时是必要的，而该偏转度在采用根据已有技术推荐的叶片列将会导致在叶片壁上气流边界层的分离。
本发明的任务在于提出一种在说明书引言部分中所述方式的采用直接气体冷却的涡轮发电机的转子，该转子优选采用排风冷却并能实现最佳的冷却。
依照本发明，该任务的解决方案是，导流叶栅至少为两级结构，其中第一级导流叶栅是一个主要具有增压性能的减速叶栅，并且第二级导流叶栅是一个主要具有偏转性能的减速叶栅，其中导流叶栅径向内部备有对气流通道限界的包带。
本发明的优点在于，由一个两级导流叶栅一方面在第一级强制实现基本所需的冷却介质流的增压，并且另一方面在第二级实现冷却介质流的偏转，其中包带利用旋转时的离心力密封贴靠在导流叶栅的径向内侧。这样一种对冷却介质流增压和偏转间的功能分隔，加之与包带的密封性能相结合保证了采用排风冷却原理时最佳的、冲击损耗最小的在设在转子体和转子绕组中的冷却通道内的流入。
在本发明的一尤其优选的实施方式中，第一级导流叶栅主要具有增压性能，面向电机的主风机，并且第二级导流叶栅主要具有偏转性能，面向转子绕组端部。其中导流叶栅在轴向上相互分隔开，即它们在轴向上不重叠。
如果在转子盖板和转子轴间的对冷却介质流限界的壁具有一向转子绕组端部成锥形收缩的轮廓，则可实现冷却介质流导向改进并随之对转子冷却的尤其有益的效果。导流通道所谓的子午轮廓在最大增压下可实现所需要的偏转，同时导流损耗也最小。
下面将对照实施例对本发明做进一步的说明。附图中示出：
图1采用排风冷却原理带有闭合冷却回路的空气冷却涡轮发电机的纵剖面简图；
图2图1X部分的纵剖面放大详图；
图3图1X部分的另一纵剖面图；
图4带导流叶栅的气体导向环的局部展开图；
图5带导流叶栅和包带的气体导向环的透视切面图。
图中仅示出为理解本发明必要的器件。
图1中所示的空气冷却的涡轮机具有一个机壳1，该机壳包括一个由分板体2构成的定子板体。在定子板体上的各分板体2间设有径向通风缝3。转子4设置在台架轴承5、6上，台架轴承利用锚栓8固定在地基7上。
地基7具有一个基槽10，该基槽在机壳1的总长度上轴向延伸并且几乎占有机壳1的总宽度。在该基槽10内设有电机的一个冷却装置11。其中冷却装置11的入口孔与设置在转子4两侧的主风机12的排风室相连接并且冷却装置11的排风孔接在平衡室13上。用箭头示出流经冷却装置11的冷却气体，其中用18标示流入的热气并且用19标示流出的冷气。所有其它未进一步标示的箭头表示冷却气体的冷却回路。由于就冷却而言电机为对称结构，所以在图中仅对电机的一半用箭头标示了冷却回路。
就冷却原理而言，涉及的是一种所谓的换向—或排风冷却，其中热气18通过风机12被输送给冷却装置11。冷却气体流在平衡室13分配到冷气室14和16，其中形成分流。第一分流在导向板26和内壳21间直接流向转子4，第二分流经绕组端部27流入电机空气隙25中，并且第三冷却气体流经冷气室16和通风缝3进入空气隙25。由空气隙冷却气体流被风机12经通风缝3和热气室15和17在内壳21和外壳20之间抽出并接着经基槽10送至冷却器11。
图3的剖面放大详图示出冷却气体通向转子4的入口段。冷风19在导流板26和内壳21间流入冷风入流通道31，该通道是在转子轴28和气体导流环23间形成的。该导流通道31在至转子绕组29的流向上具有一个两级导流叶栅30a、30b，每个导流叶栅级分别具有一定数量的设置在气体导流环23的内圆周上的工作叶片。其中导流叶栅级30a、30b在转子4轴向上相互间隔，没有重叠(参见图4)。面向风机12的导流叶栅级30b是一个具有基本增压性能的减速级，并且在流向上接着的、面向转子绕阻29的导流叶栅级30a是一个具有基本偏转性能的减速级。为进一步最佳地实现冷却介质流入31转子4，导流通道31在导流叶栅30a、30b的径向内部配备有一个对应于冷却介质流密封的包带32。该包带32被置入转子28一环围的环槽33内并因此被防轴向移动固定。
另外图3中所示的实施例示出一种包带32的特殊设计，通向转子绕组29的导流通道31为锥形收缩形状。这样一种导流通道31的所谓的子午轮廓在实现两级最大增压和所希望的偏转的同时，也实现了最小导流损耗。
不偏离本发明构思，同样可以考虑附加或仅采取一种气体导向环23的轮廓或也可以预期某种轮廓并从而实现截面恒定不变的导流通道。最后列出的情况在图2中举例示出。
从图4中的气体导向环23的内圆周的局部展开图可见，以均匀的间隔在各导流叶栅级的相邻工作叶片间备有垫片24，其中这些垫片24与导流叶栅级30a、30b的叶片轮廓相符成型。在图2中示出沿图4的阶梯切线A-A的垫片24的纵剖面图。
气体导向环23在轴向上以一凸缘贴靠在转子盖板22上并如图2所示用一螺钉9与后者连接。为保证气体导向环23易于安装和必要时的拆卸，气体导向环由两部分构成，即是两个半环结构。如图5所示，包带32同样也是由两部分构成的。在垫片24范围内，气体导向环23以及包带32a、32b都是沿双切线34上、下分开的。切线34在轴向上有阶，从而对应于轴向的冷却介质流实现了密封效果。垫片24和包带半件32a、32b具有相互对应的孔36和35，在孔内插入诸如螺钉等固定件，以防止包带半件32a、32b在圆周向上的旋扭。
由于采用了所述的叶栅级，加之与密封包带的结合，因而避免了冷却介质流入转子时的冲击损耗，其中以较高的冷却介质压力实现了所有转子冷却通道的最佳流入。对应于已有技术，冷却介质通流量可以提高达40％。
就本发明而言，例如也可以考虑采用一种带有大于两个叶栅级的叶栅配置。
附图标记对照表
1    电机机壳
2    分板体
3    通风缝
4    转子
5、6 台架轴承
7    地基
8    锚栓
9    螺栓
10   基槽
11   冷却装置
12   主风机
13   平衡室14、16    冷气室15、17    热气室18        11前的热风19        11后的冷风20        外壳21        内壳22        转子盖板23        气体导流环24        垫片25        气缝26        导流板27        绕组端部28        转子轴29        转子绕组端部30a、b    导流叶栅31        气流通道32、32a、b包带33        环槽34        切线35、36    槽孔

Claims (6)

1、采用气体直接冷却的涡轮发电机的转子，该转子在位于转子盖板(22)的内边缘和转子轴(28)之间成环状缝结构的气体通道(30)内，并具有导流叶栅(30a、30b)，其特征在于：导流叶栅(30a、30b)至少为两级结构，其中第一级导流叶栅(30b)是一个具有绝对增压性能的减速叶栅，第二级导流叶栅(30a)是一个主要具有偏转性能的减速叶栅，其中导流叶栅(30a、30b)径向内部备有对气流通道(31)限界的包带(32)。
2、依照权利要求1所述的转子(4)，其特征在于：具有绝对增压性能的第一级导流叶栅(30b)面向主风机，并且主要具有偏转性能的第二级导流叶栅(30a)面向转子绕组端部(29)。
3、依照权利要求1或2所述的转子，其特征在于：第一级和第二级导流叶栅(30a、30b)在转子(4)轴向上不重叠。
4、依照权利要求1所述的转子，其特征在于：在转子盖板(22)的内半径和转子轴(28)间的气流通道(31)具有一个向转子绕组端部(27)成锥形收缩的轮廓。
5、依照权利要求4所述的转子，其特征在于：包带(32)为截锥形，从而使通向转子绕阻端部(27)的气流通道(31)具有一个成锥形收缩的轮廓。
6、依照权利要求1所述的转子，其特征在于：包带(32)至少由两部分(32a、b)构成，其中在轴向上两个半包带件(32a、b)间的切线(34)具有一个阶梯形状。
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