CN1209674A - 汽轮发电机 - Google Patents

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Abstract

在一汽轮发电机中,具有一转子和一个同心地围绕着转子并与转子隔着一个气隙的定子,另外还有一冷却装置,其中有一主风机吸入一气态的冷却介质流经转子和定子中的相应冷却通道,并通过一冷却器而回到冷却通道中,冷却介质以轴向流过转子,受热后流入气隙,并从气隙送回到主风,转子的冷却效果能这样来改善,即由转子加热的冷却介质从气隙通过定子中的流出通道以径向引出并在定子外部通过一冷却空气回输通道而引回到主风机。

Description

汽轮发电机
本发明所涉及的领域是发电机，它涉及一种汽轮发电机，它具有一转子和一个同心地围绕着转子并与转子之间有一气隙隔开的定子，以及具有一冷却装置，其中有一主风机吸入气态的冷却介质流经转子和定子中相应的冷却通道，并通过一冷却器把它压回冷却通道，这里冷却介质以轴向流经转子，受热后送到气隙内，再从气隙送回到主风机。
这种汽轮发电机例如可从专利文献US-A4,379,975中获知。
大型汽轮发电机为了保证无故障的运行和充分利用其输出容量起见，必须进行冷却以便把定子和转子中的绕组和铁芯所产生的热耗散发掉。大多情况是采用如空气或氢气的一种气态冷却介质来进行冷却，它们是通过在转子和定子中相应的孔道或缝道而进入的，然后再在一冷却器中予以冷却。特别需要注意的是：定子绕组端部由于导线的几何形状以及同它相连系的漏磁场的缘故，会产生特别大量的热耗，如果流经转子和定子的冷却介质被设置在转子端部的主风机吸出并通过一后继的冷却器而重新送入冷却区，则这一过程称为“逆流冷却”。
在转子中，冷却介质从端部以轴向流经转子导体的相应孔道而流向内部，在吸收了转子热耗之后以径向流出到转子与定子之间的气隙内，并在气隙中以轴向再向外流出到主风机。从转子中流出的冷却介质，特别是转子端部，其温度远比定子为高。
转子与定子之间的气隙是设计得相当小的，因此对转子的冷却形成一较大的气流阻力而阻碍冷却介质的循环，使冷却作用受到限制。另外在转子中受到强烈加热的冷却介质在经过或碰到定子孔壁时将向定子输给热量，从而影响定子的冷却。
在开头所述的专利文献中建议：在定子端部的气隙中附设一短的环形气隙圆筒件，它在后部承受来自定子中许多径向缝的冷却气体，而在前部阻挡来自转子端部区域的温度较高的气流冲向定子孔的内表面，或使该气流转变方向。通过把气隙圆筒件局限于定子端部区域虽然能防止或减少来自转子绕组端部区域的被强烈加热的冷却气体对定子的不利影响，但是定子的其余区域仍然承受在气隙内流动的较热的冷却介质，因此在定子绕组所在轴线位置附近冷却作用将受到损害。特别是通过这种措施，冷却介质的循环与其说是得到改善，不如说是受到恶化。
本发明的任务在于提供一种汽轮发电机，它的特征是具有一改进的转子冷却，同时以简单的方法使转子和定子的冷却在热的方面相互隔离。
此任务在开头所述的一种汽轮发电机上是这样来解决的，即被转子加热的冷却介质从气隙经过定子中的流出通道而以经向引向外部，并在定子外部通过一冷却空气回输而送回到主风机。通过按本发明的把从转子流出的冷却介质从气隙通过定子中的径向流出通道的回输，能使冷却介质通过转子的循环实现优化而与气隙无关。
按照本发明的汽轮发电机的一个首先推荐的实施方案的特点在于：在流出通道内部设有隔离装置，它能防止从流出通道向外引导的被加热的冷却介质同定子相接触，而且隔离装置是与汽轮发电机轴垂直定位的隔离叠片，它还包括位于隔离叠片之间的垂直于汽轮发电机轴的隔板。通过此隔离装置能防止来自转子的较热的冷却介质的气流在其回输到主风机时向定子散发热量而影响定子的冷却。采用隔离叠片作为隔离装置，在结构上相当简单，因为它可像定子叠片本身一样地制作，并作为磁路的一个组成部分。通过把构成流出通道反正需要的隔板同时用作隔离装置还能实现进一步的简化。
按照本发明的汽轮发电机的第二个推荐的实施方案的特点在于：在定子中的流出通道之问设有径向的流入缝道，通过它能使来自外部的冷却介质流入定子内部进行冷却。还在于：在定子轭部设有孔道和在定子齿部设有冷却通道，它们与流入缝道和流出通道成垂直地设置，并各与相邻的流入缝道和流出通道互相连接。以此方式，作为把冷却介质从转子中回输用的流出通道能同时以简单的方式作为流经定子的冷却介质从内部向外部回输之用。如果在流出通道中没有隔离措施的话，那么来自转子和定子的两股冷却介质便在那里进行结合。
但在此实施方案的一个优选改进结构中，在流出通道内设置了隔离装置，它能防止从转子通过流出通道向外引出的受热的冷却介质同定子相接触，并且它包括与汽轮发电机轴垂直的隔离叠片。隔离叠片与定子侧壁有一距离，并在它与侧壁之间形成一冷却缝道。定子轭部的孔道和定子齿部的冷却通道在其面对流出通道的端部被引入到冷却缝道中。这样，来自转子和定子的冷却介质流能在流出通道中互相分离地进行回输，从而能以很少的结构费用使相互的热影响减到最小。
按照本发明的汽轮发电机的另一推荐实施方案，其特征在于：冷却缝道和流入缝道在靠近轴的端部是与前置定子槽相连接；还在于：前置定子槽借闭合装置对气隙平滑地封闭，并构成冷却通道，使冷却介质流过；还在于：引向气隙的流入缝道各通过一第一种插入件而平滑地封闭；以及在于：各流出通道通向气隙的冷却缝道借助一具有敞开的矩形轮廓并其边缘向里倒圆的第二种插入件而予以封闭。通过采用前置定子槽来作为冷却通道能使定子在其齿部的冷却进一步改善。同时通过对气隙的平滑封闭可使转子的表面摩擦损耗减到最少。
下面根据实施例结合附图对本发明作详细说明，其中：
图1按本发明的汽轮发电机的第一优选实施例的部分纵向截面的示意图；
图2图1的放大截面图，用以更好地表示定子中的不同冷却通道；
图3在按本发明的汽轮发电机中所用的作为一个优选例在定子齿部区域内的以局部纵向截面表示的流入缝道的结构。
图4在按本发明的汽轮发电机中所用的作为一优选例子的以与图3相对应的以局部纵向截面表示的流出通道的结构，
图5通过图4所示的流出通道的局部横截面，在隔离叠片中设有附加的开口以使气流更为均匀，
图6对图5的一个变形的横截面，其中通过隔离叠片的适当加工，设有用以把冷却介质引导到导线附近的附加缝道。
在图1中以示意的纵向截面表示了作为本发明第一优选实施例的汽轮发电机的一部分。汽轮发电机10包括一围绕着轴而可旋转地设置的转子11，它被一定子12同心地所包围。转子的内部结构和绕组在这里未表示出，在转子端部装有一主风机33，它通过冷却通道30吸入流经转子11和定子12而循环的气态的冷却介质(空气或氢气)，并通过冷却通道25而流经一连串冷却器22,23和24，使冷却介质在转子11和定子12中所吸收的热量重新被吸走。然后经过冷却的冷却介质被分支而以不同的途径送往转子11和定子12，以便吸走当汽轮发电机10在运行中在绕组和铁芯中所产生的热耗。
冷却介质的第一个支流是通过一冷却空气喂送通道29而引到转子11，并在那里沿轴向而引入，以便对转子绕组端部和转子绕组进行冷却(详见在开头所述的专利文献US-A4,379,975)。在转子11中受热的冷却介质以径向散发在转子11与定子12之间的气隙14内，并通过许多沿着定子长度而分布的流出通道15以径向而向外引入位于定子外部的冷却空气回输通道21内进行汇合，并通过回输通道30引回到主风机33。冷却介质从流出通道15转移到冷却空气回输通道21是借助一在图1中未详细表示的腔室系统来实现的。
冷却介质的第二个支流从冷却器22～24中之一流入到有定子绕组32的绕组端部31自由伸出的定子空间内，并借助一隔壁27把该空间分成一喂送区26和一排放区28。冷却介质进入喂送区26而围绕着定子绕组端部31而流动，并分成3个支路(见所示的气流箭头)。其中第一支流从侧面进入定子轭部13，并通过一边缘部分冷却缝道19在定子轭部13中径向地向外引出。第二支流进入气隙14，并同从转子11送出的冷却介质一起通过流出通道15而向外引出，而第三支流注入排放区28再次围绕着定子绕组端部31而流动，并引回到冷却空气回输通道21。
来自冷却器22～24的其他支流通过冷却空气喂入通道20的一个未表示的腔室系统分布在许多流入缝道18上，它从外部以径向引入定子12中，并设置在流出通道15之间。在流入缝道18内的冷却介质向气隙14方向流动，但不能进入气隙14，因为流入缝道18对气隙14是封产的，所以气流只能在定子12中与流入缝道18成横向设置的冷却通道中流到相邻的流出通道15内并从那里向外回到冷却空气回输通道21。这里在流出通道15中，从转子11和定子12来的冷却介质流的引导是分开进行的。为了实现分离作用，采用了隔离叠片16,17，它们的结构和设置在后面还要作详细说明。
冷却介质流在定子12中的引导可从图2中来看出，它是从图1中定子区域的一个放大视图。图示的截面中包括一个流出通道15和两个与它相邻的流入缝道18。流出通道15包括两个隔离叠片16和17，它们各与流出通道15的侧壁以及它们相互之间具有一距离。因此在流出通道15中形成了一个中央通道15C和两个在其两侧相邻的冷却缝道15a和15b。中央通道15c对气隙14是开启的，来自转子11的经过强烈加热的冷却介质通过中央通道15c而向外流出，但不与定子12的壁相接触。
在定子轭部13中设有围绕着发电机轴而分布的孔道34,35。在定子齿部，也就是在定子12上含有用来容纳定子绕组32的槽子和前置定子槽的区域，在定子槽之间设有冷却通道36,37，它们像孔道34,35一样也是垂直于流入缝道18和流出通道15而分布的，并各与相邻的流入缝道18和流出通道中的15a,15b相互连接。在定子轭部13上的孔道34,35和在定子齿部的冷却通道36,37在面对流出通道15的端部各注入在冷却缝道15a,15b中。冷却缝道15a,15b借一向里倒圆的插入件40对气隙进行封闭。流入缝道18则借助相应的插入件39而对气隙进行平滑封闭。因此能获得一平滑的定子孔45，它能减少转子11在气隙14内的表面摩擦损耗。按照图2的结构，用以冷却定子12的冷却介质从流入缝道18进入，流经孔道34,35和冷却通道36,37而进入相邻的冷却缝道15a,15b，并在那里从定子12向外流出。孔道34,35和冷却通道36,37的安排、数量和截面大小应这样来选择，即定子12在受热程度不同的区域应采用不同强度的冷却。另外为了附加的冷却作用，还设置了前置定子槽38，它不仅与流入缝道18相连，而且也与冷却缝道15a,15b相连。
在图3中所示的其中一个流入缝道(图2中的18)的纵截面图表示对这种流入缝道结构的一个优选实施例。为了隔开定子轭部的相邻叠片，在安放定子绕组32,32a的定子槽54,55的两侧各设置了隔板41，它在定子槽54,55之间构成流入缝道18的两个侧壁。冷却通道36,37和36a,37a从流入缝道18向侧面分岔，为了优化冷却作用，它们具有一加长的截面。前置定子槽38实际上是被隔板41与流入缝道18相隔开的，通过在隔板上相应的开口46，前置定子槽与流入缝道18相连通。用来把绕组32,32a固定在定子槽54,55内的槽楔42上设有倒角43，以免阻碍冷却介质从流入缝道18通过开口46以及从定子槽54,55向前置定子槽38的流通。前置定子槽38借闭合件44对气隙14保持封闭，它一方面保证定子孔45有一平滑的表面，另一方面由于其截面积的减小而使冷却介质在前置定子槽38中的流速增高，从而提高冷却效果。
在图4中重新给出了冷却缝道(例如图2中的15b)与图3相对应的纵截面图。这里在流出通道15或定子12的侧壁与第一隔离叠片之间，在每一定子槽54,55的两侧设有隔板49来构成定子槽54,55之间的冷却缝道15b的侧壁。冷却通道36,37和36a,37a通到冷却缝道15b内。这里为了实现冷却缝道15b与前置定子槽38之间的连接起见，同样在隔板49上设有开口50。在图4中清楚地可见插入件40的边缘也是向里倒圆的，以保证冷却介质以较低的损耗从气隙14进入冷却缝道15b。另外还清楚可见，冷却缝道15b向外(顶部)具有一增大的截面，从而能获得一扩散的效果，它导致一所需的压力增高。
图4所示的流出通道15的横截面如图5和6所示。在构成冷却缝道15a,b的侧壁的隔板49旁边还设有隔板48，它位于隔离叠片16，17之间并构成中央通道15c的侧壁。在这两图中(对于一相邻的流出通道)所示的例子中都表示了插入件40。在图5的实施例中，在隔离叠片16,17上设有冷却介质能通过的开口51来使气流更均匀。在图6的实施例中，隔离叠片16,17在定子绕组32的导线53的区域内设有能穿过导线53的槽子，它的宽度应这样来选择，使在导线53与隔离叠片16,17之间对用于冷却介质循环的缝道52保持畅通。因此隔离叠片与定子12的其他铁芯叠片有所不同，它有机械、电气、特别是在热方面与定子绕组32的导线53完全隔离。冷却介质能通过所形成的狭缝52而额外地使导线53得到冷却。另外在隔离叠片16,17中可能出现的较高电气损耗也不会转移到导线53上。

Claims (11)

1．汽轮发电机(10)，具有一转子(11)和一个同心地围绕着转子(11)并与转子(11)隔开一个气隙(14)的定子(12)，以及具有一冷却装置，其中有一主风机(33)吸入一气态的冷却介质流过转子(11)和定子(12)中的相应冷却通道，并通过一冷却器(22,23,24)而返回冷却通道；这里冷却介质以轴向流过转子(11)，受热后流入气隙(14)并从气隙(14)送回到主风机(33)，其特征在于，由转子(11)加热后的冷却介质从气隙(14)通过定子(12)中的流出通道(15)以径向引出，并在定子(12)外部通过一冷却空气回输通道(21)引回到主风机(33)。
2．根据权利要求1的汽轮发电机，其特征在于，在流出通道(15)内部设有隔离装置(16,17)用以防止经过流出通道(15)向外引出的受热的冷却介质同定子(12)相接触。
3．根据权利要求2的汽轮发电机，其特征在于，隔离装置包括与汽轮发电机(10)的转轴相垂直的隔离叠片(16,17)和与汽轮发电机(10)的转轴相垂直的隔板(48)。
4．根据权利要求1～3中之一的汽轮发电机，其特征在于，流出通道(15)是设计成具有向外增大的截面积。
5．根据权利要求1～4中之一的汽轮发电机，其特征在于，在定子(12)中的流出通道(15)之间设有径向的流入缝道(18)，通过它向定子内送入来自外部的用以冷却定子(12)的冷却介质；在定子轭部(13)中设有孔道(34,35)和在定子齿部设有冷却通道(36,37)，它们与流入缝道(18)和流出通道(15)垂直地分布，并各与相邻的流入缝道(18)和流出通道(15)互相连接。
6．根据权利要求5的汽轮发电机，其特征在于，在流出通道(15)内部设有隔离装置(16,17；48,49)用来防止从转子(11)通过流出通道(15)向外引出的受热的冷却介质同定子(12)相接触，隔离装置包括与汽轮发电机(10)的轴成垂直的隔离叠片(16,17)；隔离叠片(16,17)离定子(12)的壁有一距离，并在它与侧壁之间构成冷却缝道(15a,b)；定子轭部(13)中的孔道(34,35)和定子齿部中的冷却通道(36,37)在其面向流出通道(15)的端部各注入冷却缝道(15a,b)内。
7．根据权利要求6的汽轮发电机，其特征在于，冷却缝道(15a,b)和流入缝道(18)在其靠近轴的一端与前置定子槽(38)相连；前置定子槽(38)借闭合装置(44)对气隙(14)平滑地封闭，并构成一冷却通道使冷却介质流过；流入缝道(18)对气隙(14)各借助第一种插入件(39)予以平滑地封闭；流出通道(15)的冷却缝道(15a,b)对气隙(14)各借助第二种插入件(40)予以封闭，它具有一边缘向里倒圆的开启的矩形轮廓。
8．根据权利要求7的汽轮发电机，其特征在于，流出通道(15)的隔离叠片(16,17)借助第一种隔板(49)与定子(12)的壁保持一距离，该隔板(49)限定了相邻定子槽之间的冷却缝道(15a,b)的侧面边界；在流入缝道(18)中设有第二种隔板(41)，它限定了相邻定子槽之间的流入缝道(18)的侧面边界；在第一种和第二种隔板(49或41)上设有开口(50或46)，通过它们使流出通道(15)和流入缝道(18)与相邻的前置定子槽(38)相连接。
9．根据权利要求7和8之一的汽轮发电机，其特征在于，封闭装置包括偏移体(44)，它突入在前置定子槽(38)内，并且它使前置定子槽(38)内的流动截面变小。
10．根据权利要求6～9中之一的汽轮发电机，其特征在于，在隔离叠片(16,17)中设有开口(51)用以使流动更加均匀。
11．根据权利要求6～10中之一的汽轮发电机，其特征在于，隔离叠片(16,17)在定子绕组(32,32a)的导线(53)的区域内设有沟槽使导线(53)穿过；沟槽的宽度是这样来选择的，即在导线(53)与隔离叠片(16,17)之间留有用于冷却介质循环的缝道(52)。
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