KR100269999B1

KR100269999B1 - 발전기용 에어 갭 배플 링

Info

Publication number: KR100269999B1
Application number: KR1019930004442A
Authority: KR
Inventors: 글렌더글라스쿠퍼; 해리스튜어트로우2세
Original assignee: 드폴 루이스 에이; 웨스팅하우스 일렉트릭 코포레이션
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 2000-10-16
Also published as: US5177385A; DE69301483T2; EP0562534B1; CA2092132A1; KR940022981A; EP0562534A1; ES2083213T3; JP3464805B2; DE69301483D1; JPH0638411A

Abstract

터어빈 발전기와 같은 발전기를 냉각하는 쉽게 제거 가능한 가스용 에어 갭 배플 링을 단순화한 것으로서, 배플링은 시일 물질이 사이에 끼워진 2개의 합성 링을 포함하며 단일 링 구조로 결합한다. 시일링은 발전기 코어의 일체부인 손가락 형상의 판 연장부에 부착하며, 로터 리테이닝 링과 고정자 코일 슬롯에서 연장하는 단부 웨지 사이에서 에어 갭 시일을 이룬다. 본 발명의 에어 갭 배플 조립체는 발전기 로터와 고정자 사이에 위치한 저압의 반경 방향의 에어 갭 영역에서 발전기의 여자기 단부의 고압 영역을 시일하며, 그것에 의해서 로터와 고정자 안으로 냉각제 가스를 흐르도록 힘을 가한다.

Description

발전기용 에어 갭 배플 링

제1도는 전기 터빈 발전기와 같은 대형 발전기의 부분 단면도.

제2도는 본 발명의 장치를 도시하며 코어 영역의 여자기 단부를 확대한 도면.

제3도는 발전기의 여자기 단부에서 본 발명의 에어 갭 배플 링을 도시한 도면.

제4도, 제5도 및 제6도는 본 발명을 발전기 코어에 부착하는 전형적인 수단을 도시한 도면.

제7도 및 제8도는 코어내에 삽입된 슬롯 웨지에 대해서 본 발명의 장착을 도시한 코어의 아치형 단면도.

제9도는 전형적인 종래의 에어 갭 배플 조립체를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 발전기 13 : 고정자 코어

16 : 로터 26 : 고정자 권선

32 : 에어 갭 35 : 에어 갭 배플 링

38 : 지지 링 41 : 연장 돌기부

44 : 고정자 권선 웨지

본 발명은 에어 갭 배플 조립체(air gap baffle assembly)를 갖는 발전기, 특히 제거 가능하게 부착할 수 있는 에어 갭 배플 조립체에 관한 것이다.

터빈 발전기와 같은 대형 기계식 발전기에서 잘 알려져 있는 바와 같이 정상 작동시 그안에서 열이 발생하며, 바람직한 한계 온도내에서 발전기를 작동시키기 의해서, 수소와 같은 냉각제 가스가 발전기에 가해지며 발생한 열을 냉각한다. 대부분의 대형 터빈 발전기는 허용 범위내에서 발전기가 작동하는 동안 발전기의 온도를 유지하는 냉각제 가스의 적절한 순환을 위해서 필요한 송풍 장치와, 열 교환기와, 통로가 발전기의 장치들에 설치되어 있다. 로터 권선과, 고정자 코어 및 고정자 권선의 냉각을 위해서, 이러한 영역내에 있는 통로를 통해서 가스가 송풍되어야 한다.

내부 냉각식 발전기에서는, 양 단부에서 로터로 향하는 가스는 로터의 축 중앙에 있는 에어 갭으로 방출한다. 그 다음에 로터의 한쪽 단부에 있는 송풍기로 흐르며 여기에서 재순환된다. 내부 냉각식 고정자에서 권선은 단부에 가스를 수용하며 다른 단부에 있는 송풍기로 이 가스를 방출한다. 고정자 코어는 코어내의 구멍을 통해서 축방향으로 흐르는 가스 또는 코어내의 반경방향 구멍을 통하여 외경부에서 내경부까지 반경방향으로 흐르는 가스에 의해서 냉각될 수 있다. 모든 경우에 있어서, 가스가 이런 경로에서 바이패스하고 직접 에어 갭으로 흐르는 것을 방지하여야 한다. 이것은 발전기의 한 단부에 있는 에어 갭 배리어(barrier)에 의해서 이루어 진다.

전형적으로, 에어 갭 배플 조립체는 발전기의 여자기 단부내에서 발전기의 고정자에 고정된다. 그러한 에어 갭 배플 조립체의 예로는 본 양수인에게 양도된 미국 특허 제 4,118,645 호, 동 제 4,315,173 호 및 동 제 4,654,550 호에 개시되며, 여기 본원에서 참고로 인용된다. 전형적으로, 이러한 배플 조립체는 확장된 설치 과정을 필요로 하는 하나 이상의 부품을 포함한다. 아울러 예를 들면, 제9도는 2 개의 장치를 포함하는 종래의 장치이며, 여기에서 제 1 링 또는 부재는 단부 영역에서 고정자 권선에 고정되며, 제거가능한 요소는 외측 링에 볼트로 조립한다. 전형적으로 이러한 종래의 장치에 있어서는 로터의 제거를 위해서 로터의 삽입 또는 제거 이전에 하나 이상의 배플 조립체를 제거할 필요가 있다. 따라서 각 로터를 발전기 코어에서 삽입하거나 제거할 때마다 이러한 종래 방법의 설치 및 제거 과정은 시간을 소비한다. 게다가 로터를 제거하는 동안에 그 자리에 남아 있는 에어 갭 배플 조립체의 하나 이상의 세그먼트가 손상되므로 그런 세그먼트들을 수리 및/또는 교환해야 할 필요성은 흔하게 있다.

그때, 필요한 것은 로터의 삽입과 제거를 용이하게 하기 위해서 고정자 코어에 제거 가능하게 부착할 수 있도록 에어 갭 배플 조립체를 단순화하는 것이다.

상기의 목적 및 다른 목적이 본 발명에 의해서 이루어진다. 본 발명에 따라서 간단히 설명하면, 복수의 축방향 슬롯을 내부에 가지며 이를 관통하는 축방향 구멍을 가진 대체로 원통형의 고정자 코어와, 상기 고정자 코어의 축방향 구멍내에 회전 가능하게 장착되며 이로부터 반경방향으로 이격되어 상기 고정자 코어와의 사이에 축방향 에어 갭을 규정하는 대체로 원동형의 로터를 포함하는 발전기로서, 상기 각 슬롯은 고정자 코어로부터 축방향으로 연장하는 단부 권선을 구비하는 고정자 권선을 포함하며, 상기 각 슬롯은 그 내에 고정자 권선을 고정하기 위해 그 내에 삽입된 웨지를 구비하며, 상기 웨지는 상기 슬롯으로부터 외측으로 연장하는 횡단 부재를 구비하는, 상기 발전기에 있어서, 상기 고정자 코어의 단부에 부착되며 갭내로 그리고 상기 웨지의 횡단 부재사이로 돌출하는 연장부를 각기 포함하는 다수의 손가락 형상의 판과, 상기 손가락 형상의 판에 제거가능하게 고정되어 상기 에어 갭을 통한 냉각제 가스의 유동을 제어하는 배플 수단을 더 포함하며, 상기 배츨 수단은 상기 횡단 부재와 상기 손가락 형상의 판과 부착 관계로 되어 에어 갭을 밀봉하는 것을 특징으로 하는 발전기가 제공된다.

에어 갭 배플 링은 180°인 2개의 세그먼트로 구성되며, 세그먼트는 분리 상태에서 로터 위에 맞춤으로써, 에어 갭 배플 링의 설치를 위해서 로터를 제거할 필요가 없다.

본 발명의 여러 가지 다른 목적과, 특성 및 장점은 예로서 도시한 첨부 도면을 참조한 하기의 상세한 설명을 읽음으로써 더 명확해 질 수 있다.

이제 도면을 상세히 참고하는데 있어서, 여기에서 동일한 참조 번호는 전적으로 유사한 요소로 동일시한다. 제1도는 베어링(18)상의 구멍(17)내에서 회전 가능하게 장착된 로터(16)를 갖는 고정자 코어(13)를 포함하는 대형 터빈 발전기와 같은 전형적인 발전기(10)의 부분 단면도이다. 고정자 코어는 박판안의 구멍을 관통하는 길다란 종방향 볼트(19)에 의해서 고정되는 복수의 박판(도시되지 않음)으로 이루어 진다. 전형적으로 고정자 코어(13)의 강한 고정을 용이하게 하도록 단부판(22)과 손가락 형상의 판(23)이 제공된다. 고정자 코어 권선(26)은 고정자 코어를 따라 축방향으로 연장하는 슬록(도시되지 않음)내로 지나간다. 코어의 단부 영역에서 권선은 고정자 코어를 지나 돌출하여 발전에 필요한 전기적 접속을 제공한다. 일반적으로 원통 형상의 로터(16)와 고정자 코어(13)의 구멍(17) 사이에서 방사상 공간은 발전기(10)의 축방향 길이로 연장하는 에어 갭(32)으로 표시한다.

에어 갭(32)의 영역으로의 개구를 한정하기 위해서 본 발명의 에어 갭 배플링(35)을 고정자 코어에 고정하는데, 이 에어 갭 배플 링은 수소와 같은 냉각제 가스의 순환이 에어 갭(32)을 통해서 가스가 흐르기 전에 발전기 고정자 코어(13)와, 고정자 권선(26) 및 로터(16)를 통해서 가스가 흐르도록 확실하게 제공한다. 전형적으로, 냉각제 가스는 발전기(10)의 여자기 단부(29)에서 고압으로 되는데, 에어 갭 배플을 이용하여 저압 영역인 에어 갭 영역에서 이 고압부를 분리한다. 이런 방법에 있어서, 고압 가스는 발전기에 적절한 냉각을 제공하기 위해서 발전기 내에 있는 모든 구성 요소를 통해서 확실하게 흐른다. 로터(16)에 권선(도시되지 않음)이 제공되기도 하며, 권선의 단부는 로터 지지 링(38)에 의해서 로터에 고정된다.

제2도의 확대도에 더 상세히 도시된 바와 같이, 전형적인 대형 발전기에서 8 개 또는 9 개 일 수 있는 손가락 형상의 판(23)은 고정자 코어 영역에서 로터 본체쪽의 반경방향으로 연장하여 에어 갭(32)으로 확장하는 연장 돌기부(41)를 갖는다. 게다가, 코어 영역내에서 권선(26)을 고정하기 위해서 이용되는 고정자 권선 웨지 (44)는 코어에서 손가락 형상의 판 연장 돌기부(41)쪽의 축방향으로 연장하며, 시일 링(35)에 접촉한다. 본 발명의 에어 갭 배플 링(35)은 손가락 형상의 판 연장부에 제거 가능하게 고정되는데, 에어 갭 배플 링을 부착하기 위해서 연장부를 관통하는 나사식 스터드(threaded stod)(65)를 갖는다.

특히, 제3도 내지 제6도를 참고하면, 터빈 발전기(10)내에 있는 에어 갭 배플 링(35)의 조립체를 상세히 설명할 수 있다. 에어 갭 배플 링은 그 사이에 시일 재료(50)가 끼워져 시일 링에 접촉된 2 개의 복합 링(47)으로 구성하는 것이 바람직하다. 시일 재료는 로터 지지 링(38)과 에어 갭 배플 링(35)사이의 마찰 경우에 있어서 로터(16)의 지지 링을 긁거나 과열시키는 것보다 오히려 마모할 수 있는 플루오로카본 중합체(예로 Teflon)와 같은 물질이 바람직하다. 시일 재료(50)의 양측에 고정되는 제 1 및 제 2 링 요소는 글라스 에폭시(glass epoxy) 또는 다른 적합한 비금속 합성 물질이 바람직하다.

로터(16)가 자리에 위치하고 있는 상태에서 지지 링(38) 주위에 조립체를 수용하기 위해서 에어 갭 배플 링(35)은 180° 인 2 개의 세그먼트(53a, 53b)를 이루는 것이 바람직하다. 2 개의 세그먼트중 한쪽 측면(56)은 핀 연결하지만 다른 측면 (59)은 웨지(62)를 수용하도록 테이퍼져 있다. 웨지(62)는 에어 갭(32) 안으로 연장하여, 에어 갭 배플 링(35)을 로터와 코어 축 중앙선에 대해서 위치시키기 위한 다수의 손가락 형상의 판 돌기부(41)(또는 태브)와 반경방향의 접촉을 할 때까지 링을 그 상태로 팽창시키기 위해서 이용된다. 본 발명의 에어 갭 배플 링이 제 위치에 있으며 팽창할 때, 손가락 형상의 판 연장 태브의 내경부에 대해서 강한 반경방향의 접촉과 태브의 가공 면(63)에 대해서 밀접하게 접촉을 제공한다.

링(35)은 링에 있는 축방향 구멍을 통해서 태브 연장부에서 축방향으로 돌출하는 스텐인레스 강의 스터드(65)에 의해서 그 위치에 유지되는 것이 바람직하다. 비금속 너트(68)는 태브 면에 대해서 링(35)을 압축하기 위해서 스터드에 조여진다. 이러한 너트(제5도 와 제6도 참조)중 하나는 링에 연장하여 조립체의 일체부로 그 곳에 있는 분할 웨지(62)를 압축한다. 글 자리에 에어 갭 배플 링을 갖는 Teflon시일 재료(50)의 링은 로터 지지 링(38)에 마련된 간극을 형성하기 위해서 고정자 코어(13)의 구멍(17)과 동심의 구멍을 갖는다.

에어 갭(32)의 영역의 시일은 고정자 권선 웨지 슬롯에서 시일 링까지 외측의 축방향으로 연장하는 T 형상의 권선 슬롯 웨지(44)로 구성되는 것이 바람직하다. 그것들은 제2도에 도시된 바와 같이 본질적으로 시일 링에서 허용공차가 0 인 갭(71)을 형성하기 위해서 배치된다. 이 웨지들은 코어 내부 직경을 밀봉하며, 따라서 각 웨지 측면에 있는 반원형의 홈으로 형성된 구멍으로 실리콘 고무 시일재 (74)를 주입하여 인접한 웨지(44) 사이에서 가스를 밀접하게 밀봉한다. 시일은 손가락 형상의 판 태브(41)의 양측면에 있는 웨지 사이에서 마찬가지로 이뤄질 수 있다.

발전기 코어내에 본 발명의 배플 링(35)을 설치하기 위해서 바람직하게는 다음의 단계를 포함하는 방법이 설명된다. 280°인 2 개의 세그먼트(53a,53b)로 된 에어 갭 배플 링은 손가락 형상의 판 연장 돌기부(41)에서 축방향으로 연장하는 스텐인레스 강 스터드(65)상에 조립된다. 링 팽창용 웨지(62)를 설치한다. 이 웨지는 배플 링(35)의 외경부(77)가 거의 모든 손가락 형상의 판 돌기부와 접속하게 될때까지 배플 링(35)의 2개의 세그먼트사이에 설치된다. 예를 들면, 발전기 코어 조립체내에 8 개의 손가락 현상의 판(23)이 있는 경우, 배플 링은 모든 8 개의 손가락 현상의 판 연장 돌기부(41)와 접촉하는 것이 바람직하다. 링이 이렇게 위치 할 때, 너트(68)는 스터드의 나사형성부에서 분할 웨지 후미에 장착되며, 비틀림을 가해서 충분히 팽창된 링(35)을 모든 돌기부에 접촉시킨다. 링 팽창용 웨지가 이렇게 고정될 때 나머지 너트(68)는 손가락 형상의 판 연장 돌기부(41)의 스텐인레스강의 스터드 볼트의 나머지에 끼워진다.

Claims

복수의 축방향 슬롯을 내부에 가지며 이를 관통하는 축방향 구멍을 가진 대체로 원통형의 고정자 코어와, 상기 고정자 코어의 축방향 구멍내에 회전 가능하게 장착되며 이로부터 반경방향으로 이격되어 상기 고정자 코어와의 사이에 축방향 에어 갭을 규정하는 대체로 원통형의 로터를 포함하는 발전기로서, 상기 각 슬롯은 고정자 코어로부터 축방향으로 연장하는 단부 권선을 구비하는 고정자 권선을 포함하며, 상기 각 슬롯은 그내에 고정자 권선을 고정하기 위해 그내에 삽입된 웨지를 구비하며, 상기 웨지는 상기 슬롯으로부터 외측으로 연장하는 횡단 부재를 구비하는, 상기 발전기에 있어서, 상기 고정자 코어의 단부에 부착되며 갭내로 그리고 상기 웨지의 횡단 부재 사이로 돌출하는 연장부를 각기 포함하는 다수의 손가락 현상의 판과, 상기 손가락 형상의 판에 제거가능하게 고정되어 상기 에어 갭을 통한 냉각제 가스의 유동을 제어하는 배플 수단을 더 포함하며, 상기 배플 수단은 상기 횡단 부재와 상기 손가락 형상의 판과 부착 관계로 되어 에어 갭을 밀봉하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제1항에 있어서, 상기 배플 수단은 환상형의 제 1 링 요소와, 환상형의 제 2 링 요소와, 상기 제 1 요소와 제 2 요소사이에 배치되며 상기 제 1 및 제 2 링 요소의 직경보다 작은 내경을 갖는 환상형 시일 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제2항에 있어서, 상기 환상형 시일 재료가 플루오로카본 중합체로 구성된 발전기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배플 수단이 적어도 2 개의 아치형 세그먼트로 구성되며, 상기 아치형 세그먼트는 분리된 상태에서는 로터상을 통과하기에 적합한 것을 특징으로 하는 발전기.
제4항에 있어서, 8개의 손가락 형상의 판이 고정자 코어에 부착되는 발전기.