CZ401097A3 - Rotor turbogenerátoru s přímým chlazením plynu - Google Patents

Description

Rotor turbogenerátoru s přímým chlazením plynu θΐ? i É*® Τ _ t e chni ky

Vynález se týká rotoru turbogenerátoru s přímým chlazením plynu, jak je to popsáno v předvýznakové části první ho patentového nároku.

2252yadní_stav_techniky

Rotor turbogenerátoru s přímým chlazením plynu je známý například z DD 120 981.

U generátorů, které jsou provozovány na principu tlakového chlazení, umožňuje hlavní ventilátor šroubovité prou dění chladicího vzduchu do prostoru vlnicí hlavy polově oblasti rotoru. To znamená, že zbytkové otáčení vzduchu na výstupu z hlavního ventilátoru zabezpečuje, že vzduch rotu* je před polovou oblastí rotoru téměř bez prokluzu. Proudění chladicího vzduchu do k tomu účelu upravených, převážně axiálních chladicích kanálů rotoru a rotorového vlnění je tak u principu tlakového chlazení bez problémů.

Aby se přídavně zvýšil průtok chladicího prostředí v rotoru, tak se v DD 120 981 navrhuje, aby se u generátorů chlazených na principu tlakového chlazení zvýšilo chlazení rotoru a jeho vinutí prostřednictvím přídavné mřížky oběžných lopatek pod rotorovou výztuží. Tato mřížka oběžných lopatek může snížit navzdory zbytkovému otáčení chladicího vzduchu, tak zvaným rázovým ztrátám při vstupu chladicího vzduchu do v podstatě axiálně upravených chladicích kanálů rotoru, čímž se optimalizuje chlazení rotoru a redukují se

Μ · 9 · 9 * 9 · » · 9 9

9 • · · celkové ztráty.

Na rozdíl od toho vedou hlavní ventilátory u generátorů, které pracují na principu sacího chlazení, chladicí vzduch nejprve ke chladiči, přičemž zbývající víření proudu chladicího vzduchu se zvětšuje. Obecně má sací chlazení proti tlakovému chlazení tu výhodu, že je možné chladič opouš tějící vzduch bezprostředně přivádět do chladicích kanálů v celém generátoru a eliminuje se ventilátorem stroje způsobené zvýšení teploty. V každém případě se tak přivádí do rotoru chladicí vzduch bez požadovaného víření. Rotor musí nejdříve urychlit chladicí vzduch na obvodovou rychlost, než může vstoupit do chladicích kanálů. Rotor tak musí vykonat veškerou práci, aby překonal zmíněné rázové ztráty. Přitom může dojít k uvolnění, proudění chladicího plynu a vstupy rotorového děliče mohou být napadeny chybným prouděním. V důsledku toho se potom vytváří omezené rozdělování chladicího vzduchu s odpovídajícím ohrožením celého rotorového vinutí.

Využití mřížky oběžných lopatek podle DD 120 981 se sice snaží zmenšit tento problém u chlazení rotoru, který vzniká zejména při sacím chlazení, avšak není schopno vyhovět současným požadavkům při chlazení rotorů u strojů s mezním výkonem. Přitom je totiž nutné vychýlení proudu chladicího plynu až o 80° při axiálním vychýlení, což by u řady lopatek navržené podle stavu techniky vedlo k uvolnění mezní vrstvy proudu na stěně lopatek.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol vytvořit rotor turbogeneráto•· 9 9 99

999 9 99 ··· · · · · · · · · • · · · · · · • 9 9 9 999999

9 9 9 9 9

999 9999 999 9999 99 9

- 3 ru s přímým chlazením plynu v úvodu uvedeného typu, který je provozován například sacím chlazením a který může být optimálně chlazen.

Vytčený úkol se podle vynálezu řeší znaky prvního patentového nároku.

Výhody podle vynálezu spočívají mimo jiné v tom, že prostřednictvím dvoustupňové průtokové mřížky se jednak v prvním stupni dosáhne požadovaného zvýšení tlaku proudu chla dicího prostředku β jednak se ve druhém stupni provede požadované vychýlení proudu chladicího prostředku. Teprve takové funkční oddělení mezi zvýšením tlaku a mezi vychýlením proudění chladicího prostředku zajistí optimální, s nejmenšími. rázovými ztrátami opatřeného proudění do chladicích kanálů, upravených v tělese rotoru a ve vinutí rotoru, při použití principu sacího chlazení.

Podle zvláště výhodného provedení se předpokládá, že první stupeň průtokové mřížky s tlak vytvářejícími vlastnost mi je přivrácen k hlavnímu ventilátoru elektrického stroje a druhý stupeň průtokové mřížky s vychylujíčími vlastnostmi je přivrácen k rotorové vlnicí hlavě. Přitom jsou průtokové mřížky v axiálním směru od sebe navzájem odděleny, to znamená, že se navzájem v axiálním směru nepřekrývají.

Zvláště výhodného působení zdokonaleného vedení proudění chladicího prostředku a tím i chlazení rotoru se dosáhne, když proud studeného vzduchu omezující stěny mezi vnitřním okrajem rotorové výztužné desky a mezi hřídelem rotoru mají ve směru k vlnicí hlavě rotoru kuželovité se sbíhající obrys.

• · · · · ·

2l_2!?£ázků_na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je znázorněn zjednodušený podélný řez vzduchem chlazeného turbogenerátoru s uzavřeným chladicím okruhem na principu sacího chlazení. Na obr. 2 je ve větším měřítku znázorněn v podélném řezu detail X podle obr. 1. Na obr. 3 je znázorněn detail X podle obr. 1 v dalším podélném řezu.

Na obr. 4 je znázorněno dílčí odvinutí rotorové výztužné desky s průtokovými mřížkami.

Na výkresech jsou znázorněny jen ty elementy, které jsou podstatné pro porozumění vynálezu,,

Příklad_provedení_vynálezu

Na obr. 1 znázorněný, vzduchem chlazený turbogenerátor má skříň stroje, která zahrnuje z dílčích plechových těles 2 sestávající plechové těleso statoru. V plechovém tělesu statoru jsou mezi jednotlivými dílčími plechovými tělesy 2 upraveny radiální větrací štěrbiny 3. V bočních uloženích 5, 6 je uložen rotor 4, přičemž tato boční uložení 5, 6 jsou upevněna na základu 7 prostřednictvím tažných základových šroubů 8.

Základ 7 má základovou jámu 10, která je axiálně upravena po celé délce skříně 1. stroje a Zaujímá téměř celou šířku skříně JL stroje. V této základové jámě 10 je uspořá• · · · · ·

dáno chladicí uspořádání 11 stroje. Vstupní otvory tohoto chladicího uspořádání 11>jsou .přitom spojeny s výstupními prostory hlavních ventilátorů 12, které jsou uspořádány po obou stranách rotoru 4, a výstupní otvory tohoto chladicího uspořádání 11 vyústují do kompenzačního prostoru 13. Chladicí plyn, který protéká skrz chladicí uspořádání 11, je znázorněn šipkami, přičemž je zde patrný vstupní horký vzduch 18 a výstupní studený vzduch 19. Všechny další blíže neoznačené šipky znázorňují chladicí okruh chladicího plynu. Chladicí okruh je přitom šipkami vyznačen jen v jedné polovině stroje, protože z hlediska chlazení má stroj symetrickou konstrukci.

U principu chlazení se jedná o tak zvané reverzní nebo sací chlazení, u kterého se horký plyn nebo horký vzduch 18 přivádí prostřednictvím hlavních ventilátorů 12 do chladicího uspořádání 11. Proud chladicího plynu se rozděluje v kompenzačním prostoru 13 do komor 14 a 16 studeného plynu, přičemž se vytvářejí dílčí proudění. První dílčí proud protéká mezi usměrňovacími plechy 26 a mezi vnitřním pláštěm 21 přímo k rotoru 4, druhý dílčí proud proudí skrz vlnicí hlavu 27 do vzduchové mezery 25 a třetí proud chladicího plynu prochází skrz komory 16 studeného plynu a větrací štěrbiny 3 do vzduchové mezery 25. Z ní je proud chladného plynu nasáván hlavními ventilátory 12 skrz větrací štěrbiny 3 a skrz komory 15 a 17 teplého plynu mezi vnitřním pláštěm 21 a vnějším pláštěm 20 a návazně je veden skrz základovou jámu 10 k chladicímu uspořádání 11♦

Na obr. 3 je ve větším měřítku a tím také detailněji znázorněn řez oblastí přívodu studeného plynu k rotoru 4. Studený vzduch 19 proudí mezi usměrňovacím plechem 26 a me-

• · · · · ·

- 6 zi vnitřním pláštěm 21 ke vstupnímu kanálu studeného vzduchu 19, který je vytvořen mezi hřídelem 28 rotoru 4 a mezi prstencovým unášečem 23 s přírubou. Tento průtokový kanál má ve směru proudění k rotorové vlnicí hlavě 29 dvoustupňovou průtokovou mřížku 30a, 30b, přičemž každý stupeň průtokové mřížky 30a, 30b má více na vnitřním obvodu prstencového unášeče 23 s přírubou uspořádaných oběžných lopatek. Přitom jsou stupně průtokových mřížek 30a, 30b v axiálním směru rotoru 4 uspořádány v takovém vzájemném odstupu, že se nepřekrývají, viz obr. 4.

K hlavnímu ventilátoru 12 přivrácený stupeň průtokové mřížky 30b je proveden s v podstátě tlak vytvářejícími vlast nostrai, a ve směru proudění následný, k rotorové vlnicí hlavě 29 přivrácený stupeň průtokové mřížky 30a je proveden jako zpožďovací stupeň s v podstatě vychylu jícími vlastnostmi. Pro další optimalizaci proudění chladicího prostředku do rotoru 4 je průtokový kanál vytvarován ve směru k rotorové vlnicí hlavě 29 s kuželovité se sbíhajícím obrysem, přičemž hřídel 28 rotoru 4 je k tomuto účelu příslušně zesílen. Přitom je třeba uvést, že tento obrys představuje příkladné pro vedení. Tak je podle vynálezu také možné uskutečnit přídavné nebo výlučné vytvoření obrysu prstencového unášeče 23 s přírubou .

Jak je to patrno z částečného ovinutí vnitřního obvodu prstencového unášeče 23 s přírubou na obr. 4, jsou ve zde pravidelných odstupech upraveny mezi sousedními oběžnými lopatkami jednotlivých stupňů průtokových mřížek 30a, 30b plnicí kusy 24, přičemž tyto plnicí kusy 24 jsou vytvarovány v souladu s lopatkovým obrysem stupňů průtokových mřížek 30a 30b. Podélný řez plnicím kusem 24 podle odstupňované čáry ře ·· ··· ·

- 7 zu A - A na obr. 4 je znázorněn na obr. 2.

Prstencový unášeč 23 se přírubo» dosedá v axiálním směru přírubou na rotorovou výztužnou desku 22 a je s ní spojen prostřednictvím šroubů j9, jak je to znázorněno na obr. 2. Aby se zajistila jednoduchá montáž a případně demontáž prstencového unášeče 23 s přírubou, je tento vytvořen dvoudílný, tedy jako dva polokroužky.

Využitím popsaných stupňů lopatkových průtokových mřížek 30a, 30b se dosáhne podstatného snížení rázových ztrát při vstupu chladicího prostředku do rotorů 4, přičemž vyšším tlakem chladicího prostředku se dosáhne optimálního proudění do všech rotorových chladicích kanálů. Ve srovnání se stavem techniky se přitom dosáhne o 40 % zvýšený průchod chladicího prostředku.

Podle vynálezu je však také možné uskutečnit například lopatkové mřížkové uspořádání se třemi stupni lopatkových průtokových mřížek.

ři/

9« * 99 ·9 9999

9 · 9 9 9 9 9 9 9 9 · 9 9 9 9 9

9 9 · ·»····

9 9 9 9 9

9999999 999999» 99 9

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Rotor turbogenerátoru s přímých chlazením plynu, který má v prstencové štěrbině mezi vnitřním okrajem rotorové výztužné desky a mezi hřídelem rotoru průtokovou mřížku, vyznačující se tím, že průtoková mřížka (30a, 30b) je vytvořena nejméně dvoustupňová, přičemž první stupen průtokové mřížky (30b) je zpomalující mřížka s převážně tlak vytvářejícími vlastnostmi a druhý stupeň průtokové mřížky (30a) je zpomalující mřížka s převážně vychylujícími vlastnostmi.
2. 2. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že první stupeň průtokové mřížky (30b) s tlak vytvářejícími vlastnostmi je přivrácen k hlavnímu ventilátoru (12) a druhý stupen průtokové mřížky (30a) s vychylujícími vlastnostmi je přivrácen k rotorové vlnicí hlavě (29).
3. 3. Rotor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se t í m „ že první stupeň a druhý stupeň průtokové mřížky (30a, 30b) se v axiálním směru rotoru (4) nepřekrývají.
4. 4. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že proud studeného vzduchu (19) omezující stěny mezi vnitřním okrajem rotorové výztužné desky (22) a mezi hřídelem (28) rotoru (4) mají ve směru k vlnicí hlavě (27) rotoru (4) kuželovité se sbíhající obrys.