KR19980063841A

KR19980063841A - 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자

Info

Publication number: KR19980063841A
Application number: KR1019970066321A
Authority: KR
Inventors: 헤스스테판; 히르쉬크리스토프; 융미카엘; 슈베르트요한; 짐머만한스
Original assignee: 바이벨베; 아세아브라운보베리악티엔게젤샤프트
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1998-10-07
Also published as: DE59705068D1; CN1166047C; HU9702520D0; US5894178A; DE19653839A1; EP0849859A1; BR9706456A; EP0854559A1; ATE207669T1; CN1192075A; CN1186373A; EP0849859B1; JPH10201176A; CN1168193C; CZ401097A3; PL323852A1; RU97122095A

Abstract

밀폐 냉각순환에 있어 역냉각 방식을 갖는 공냉식 전기기계에서, 회전자 뚜껑판 (22) 과 회전자 축 (28) 사이에는 회전자 (4) 와 회전자 와인딩 오버행 (29) 으로 냉각공기를 최적하게 유입시키기 위한 2 단의 날개 익렬이 설치된다. 유동방향의 제 1 날개 익렬 단 (30b) 은 압력발생 특성을 갖는 감속 익렬이며, 유동방향의 다음의 날개 익렬 단 (30a) 은 전향 특성을 갖는 감속 익렬이다.

Description

직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자

본 발명은 회전자 뚜껑판의 내부 여백과 회전자 축간의 환형 틈새에 플로우 익렬을 갖는 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자에 관한 것이다.

직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자에 관한 것으로서는, 예컨대 DD 120 981 호에 기재된 것이 있다.

압력-냉각 원리에 따라 작동되는 발전기에 있어서는, 회전자의 폴 영역의 오버행 공간으로 냉각공기가 와류 유입되는 것이 메인 팬 (main fan) 에 의해 이루어진다. 즉, 메인 팬의 출구에서의 공기의 잔존 와류에 의해 회전자의 폴 영역의 전방에서의 슬립없이 사실상 공기가 순환된다. 그러므로, 압력-냉각 원리의 경우에서는, 이러한 목적으로 설치된 회전자와 회전자 와인딩의 주요한 축방향 냉각로에 냉각공기를 유입시키는 것은 문제가 되지 않는다.

회전자에서의 냉각액 유량을 추가로 증가시키기 위해, DD 120 981 호에서는, 압력-냉각 원리에 의해 냉각된 발전기의 경우, 회전자 뚜껑 아래의 추가의 가동-날개 익렬에 의해 회전자와 회전자 와인딩의 냉각을 증강시키는 것을 제안하고 있다. 이러한 가동-날개 익렬에 의하면, 실질적으로 축방향으로 진행하는 회전자 냉각로에 냉각공기가 진입할때에, 냉각공기의 잔존 와류에도 불구하고 남게 되는 소위 쇼크 손실을 추가로 줄일 수가 있어서, 회전자의 냉각을 최적화하고 총 손실을 줄이는 것이 가능하다.

이와 반대로, 흡입-냉각 원리에 의해 작동하는 발전기의 메인 팬은, 냉각공기 기류의 잔존 와류가 난류로 되는 과정에, 냉각공기를 우선적으로 냉각기에 보낸다. 일반적으로, 압력냉각에 비하여 흡입냉각은 냉각기를 벗어나는 공기를 전체 발전기의 냉각로에 직접 공급할 수 있고 기계 팬에 기인한 온도증가를 회피할 수 있는 이점을 갖고 있다. 하지만, 이에 의하면, 냉각공기가 필수적인 와류발생없이 회전자에 공급된다. 회전자는 냉각공기가 냉각로에 진입하기 이전에 우선적으로 냉각공기를 주속도로 가속해야한다. 그러므로, 회전자는 전술한 쇼크 손실을 극복하기 위해 모든 작업을 수행해야 한다. 과정중에, 냉각가스 기류의 분리가 발생할 수도 있으며, 회전자 컨덕터 요소의 입구로 흐르는 기류의 유입이 부정확하게 될 수도 있다. 따라서, 전체 회전자 와인딩에 대응하는 위험이 따르는 대단히 제한된 냉각공기 분포가 이루어진다.

DD 120 981 호에 따른 가동-날개 익렬을 사용함으로써 회전자 냉각에 있어서의 이러한 문제점, 특히 흡입냉각중에 발생하는 문제점을 줄일 수 있다고는 하지만, 이는 제한-정격 기계의 회전자의 냉각에 대해서 오늘날의 요구에 부응하지 못한다. 그 이유는, 여기서는 축방향 전향중에 냉각가스 기류를 80˚까지 전향시켜야 하고, 종래기술에 따라 제안된 날개 열 (blade row) 의 경우, 날개 벽에서 유동 경계층의 분리를 초래하는 요인이 되기 때문이다.

본 발명의 목적은 서두에 언급한 타입의 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자로서, 바람직하게는 흡입냉각하에 작동되고 최적하게 냉각될 수 있는 신규한 회전자를 제공하는 것에 있다.

도 1 은 흡입-냉각 원리에 따른 밀폐 냉각순환을 갖는 공냉식 터빈 발전기의 단순 종단면도 ;

도 2 는 도 1 의 X 부분을 확대한 상세 종단면도;

도 3 은 도 1 의 X 부분의 추가의 상세 종단면도;

도 4 는 플로우 익렬을 갖는 회전자 뚜껑판의 부분 전개도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

4 : 회전자 19 : 하류 냉각공기 (냉각가스 기류)

22 : 회전자 뚜껑판 28 : 회전자 축

29 : 회전자 와인딩 오버행 30a,30b : 플로우 익렬

상기 목적은, 본 발명에 따르면, 회전자 뚜껑판의 내부 여백과 회전자 축간의 환형 틈새에 플로우 익렬을 갖는 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자로서, 상기 플로우 익렬이 2 개 이상의 단으로 구성되고, 상기 플로우 익렬의 제 1 단이 우세한 압력발생 특성을 갖는 감속 익렬이며, 상기 플로우 익렬의 제 2 단이 우세한 전향 특성을 갖는 감속 단인 것을 특징으로 하는 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자에 의해 달성된다.

본 발명의 이점은, 특히, 2 단의 플로우 익렬로 인해, 한편으로는 제 1 단에서 냉각액 유동의 소망하는 압력증가가 강제되고, 다른 한편으로는 제 2 단에서 냉각액 유동의 필요한 전향이 실시된다는 점에서 찾아볼 수가 있다. 냉각액 유동의 압력증가와 전향이라는 기능적인 분리만으로도, 흡입-냉각 원리의 적용시에 회전자 와인딩과 회전자 본체의 냉각로에의 최적한 유입이 최소의 쇼크 손실로 실현된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 있어서는, 압력발생 특성을 갖는 플로우 익렬의 제 1 단이 전기기계의 메인 팬에 대면하도록 구성되고, 전향 특성을 갖는 플로우 익렬의 제 2 단이 회전자 와인딩 오버행에 대면하도록 구성된다. 여기서, 플로우 익렬은 축방향에 있어 서로 이격되는데, 바꾸어 말하면 축방향으로 겹치지 않도록 구성된다.

회전자 뚜껑판의 내부 여백과 회전자 축간에서 냉각액 유동을 제한하는 벽이 회전자 와인딩 오버행 쪽으로 원뿔꼴로 수렴하는 형상을 갖는다면, 냉각액 유동의 안내가 개선되고 이에 따른 회전자의 냉각이 특히 유리해지는 이점이 있다.

이하, 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 본 발명에 대한 완전한 이해를 구하고 이에 따른 본 발명의 이점을 설명하고자 한다.

먼저, 도면들을 통해 동일하거나 대응하는 부분들에 대해서는 동일 도면부호를 사용하였으며, 이들 도면에는 본 발명을 이해하는데 도움이 되는 필수 구성요소만을 도시하였다. 도 1 에 도시된 공냉식 터빈 발전기는 적층 본체부 (2) 로 이루어진 적층 고정자 본체를 에워싸는 기계 하우징 (1)을 갖는다. 적층 고정자 본체에 있어서, 개별의 적층 본체부 (2) 사이에는 반경방향의 환기 구멍 (3) 이 설치된다. 회전자 (4) 는 이음 로드 (8) 에 의해 기초부 (7) 에 고정된 스러스트 블록 (5,6) 내에 장착된다.

상기 기초부 (7) 는, 기계 하우징 (1) 의 전체 길이에 걸쳐 축방향으로 신장하며 사실상 상기 기계 하우징 (1) 의 전체 폭을 차지하는 기초 하부 (10)를 갖는다. 이 기초 하부 (10) 에는 기계의 냉각 배열부 (11) 가 배치된다. 이 경우, 냉각 배열부 (11) 의 입구 구멍은 회전자 (4) 의 양측에 배치된 메인 팬 (12) 의 유출 공간에 연결되고, 냉각 배열부 (11) 의 출구 구멍은 보상 공간 (13) 에 유도된다. 냉각 배열부 (11)를 통해 흐르는 냉각가스가 화살표로 도시되어 있는데, 도면부호 18 은 유입 고온가스이고, 도면부호 19 는 유출 냉각가스이다. 상세하게 도시되지 않은 모든 추가 화살표는 냉각가스의 냉각순환을 나타낸다. 냉각순환은, 기계가 냉각과 관련하여 대칭적으로 구성되기 때문에, 기계의 절반 부분에 대해서만 나타내었다.

냉각 원리는 고온가스 (18)를 팬 (12) 에 의해 냉각 배열부 (11) 에 보내는 역냉각 또는 흡입냉각과 관련이 있다. 냉각가스 기류는 부분적인 기류의 형성중에 보상 공간 (13) 에서 냉각가스실 (14,16) 에 할당된다. 제 1 의 부분기류는 배플판 (26) 과 내부 케이싱 (21) 사이에서 직접 회전자 (4) 로 흐르고, 제 2 의 부분기류는 와인딩 오버행 (27)을 통해서 기계 공기틈새 (25) 로 흐르며, 제 3 의 냉각가스 기류는 냉각가스실 (16) 과 환기 구멍 (3)을 통해서 공기틈새 (25) 로 흐른다. 후자로부터는 내부 케이싱 (21) 과 외부 케이싱 (20) 사이에서 환기 구멍(3) 과 고온가스실 (15,17)을 통해 냉각가스 기류가 팬 (12) 에 의해 배출되어, 기초 하부 (10)를 통해 냉각기 (11) 로 향한다.

확대 상세 단면도인 도 3 은 회전자 (4) 에의 냉각가스 공급영역을 나타낸 것이다. 냉각공기 (19) 는, 배플판 (26) 과 내부 케이싱 (21) 사이에서, 회전자축 (28) 과 환형 지지부 (23) 사이에 형성된 냉각공기 유입도관으로 흐른다. 이 유입도관은 회전자 와인딩 오버행 (29) 쪽으로 유동방향으로 2 단의 플로우 익렬 (30a,30b)을 갖는데, 이 경우에 있어서 각각의 플로우 익렬 단은 상기 환형 지지부 (23) 의 내주에 배치된 다수의 가동 날개를 갖는다. 이러한 배치형상에 있어서, 플로우 익렬 단 (30a,30b) 은 서로 겹치지 않도록 회전자 (4) 의 축방향으로 이격되어 배치된다 (도 4 참조).

팬 (12) 에 대면하는 플로우 익렬 단 (30b) 은 실질적으로 압력발생 특성을 갖는 감속 단으로서 구성되고, 유동방향에 있어 다음이고 회전자 와인딩 (29) 에 대면하는 플로우 익렬 단 (30a) 은 실질적으로 전향 특성을 갖는 감속 단으로서 구성된다. 추가로 냉각액을 회전자 (4) 에 최적하게 유동시키기 위해, 흐름 도관은 회전자 와인딩 오버행 (29) 쪽으로 원뿔꼴로 점점 가늘어지도록, 즉 수렴하도록 형상화되며, 따라서 회전자축 (28) 은 이를 위해 넓어진다. 여기서, 이러한 외형은 본보기적인 실시예일 뿐이다. 따라서, 본 발명에 따르면, 환형 지지부 (23) 의 추가적인 또는 전면적인 외형구성을 실시하는 것도 생각해볼 수가 있다.

도 4 의 환형 지지부 (23) 의 내주의 부분 전개도를 고려하면, 개별의 플로우 익렬 단의 인접 가동 날개들간에 일정 간격의 충전편 (24) 이 설치되는데, 이들 충전편 (24) 은 플로우 익렬 단 (30a,30b) 의 날개 외형에 따라 형상화된다. 도 2 는 도 4 의 단이 진 단면선 A-A를 따라 나타낸 충전편 (24) 의 종단면도이다.

환형 지지부 (23) 는 플랜지로 회전자 뚜껑판 (22)을 축방향으로 지지하며, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 나사 (9) 에 의해 회전자 뚜껑판에 연결된다. 조립의 단순화를 위해, 그리고 환형 지지부 (23) 의 분해가 필요한 경우, 이는 2 개의 부분으로, 즉 2 개의 절반-링으로서 구성된다.

전술한 날개 익렬 단을 사용함으로써, 회전자내에서의 냉각액의 유입중에 쇼크 손실이 결정적으로 저감되고, 모든 회전자 냉각로에의 최적한 유입이 높은 냉각액 압력으로 실현된다. 이 경우, 종래기술에 비하여 40％ 까지 증가된 냉각액 유량이 달성된다.

본 발명의 범위내에서, 예컨대 3 개의 날개 익렬 단을 갖는 날개 익렬 배열을 생각해볼 수가 있다.

상기의 교시에 비추어 볼 때, 본 발명의 여러 가지 수정과 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 그러므로, 부속 청구항의 범위내에서, 여기에 특별히 기재한 것과 다르게 본 발명을 실시할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 2 단의 플로우 익렬로 인해, 한편으로는 제 1 단에서 냉각액 유동의 소망하는 압력증가가 강제되고, 다른 한편으로는 제 2 단에서 냉각액 유동의 필요한 전향이 실시되므로, 냉각액 유동의 압력증가와 전향이라는 기능적인 분리만으로도, 흡입-냉각 원리의 적용시에 회전자 와인딩과 회전자 본체의 냉각로에의 최적한 유입이 최소의 쇼크 손실로 실현된다.

Claims

회전자 뚜껑판 (22) 의 내부 여백과 회전자 축 (28) 간의 환형 틈새에 플로우 익렬 (30a,30b)를 갖는 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자 (4) 에 있어서, 상기 플로우 익렬 (30a,30b) 이 2 개 이상의 단으로 구성되고, 상기 플로우 익렬 (30b) 의 제 1 단이 우세한 압력발생 특성을 갖는 감속 익렬이며, 상기 플로우 익렬 (30a) 의 제 2 단이 우세한 전향 특성을 갖는 감속 단인 것을 특징으로 하는 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자.
제 1 항에 있어서, 압력발생 특성을 갖는 상기 플로우 익렬 (30b) 의 제 1 단이 메인 팬에 대면하고, 전향 특성을 갖는 상기 플로우 익렬 (30a) 의 제 2 단이 회전자 와인딩 오버행 (29) 에 대면하는 것을 특징으로 하는 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자.
제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 플로우 익렬 (30a,30b) 의 제 1 단 및 제 2 단이 회전자 (4) 의 축방향으로 겹치지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자.
제 1 항에 있어서, 상기 회전자 뚜껑판 (22) 의 내부 여백과 회전자 축 (28) 간에서 냉각가스 기류 (19)를 제한하는 벽은 상기 회전자 와인딩 오버행 (29) 쪽으로 원뿔꼴로 수렴하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 직접 가스 냉각식 터빈 발전기의 회전자.