KR910000391B1 - 가스냉각식 발전기에서의 냉각제 가스유동 제어방법 및 냉각제 가스유동 제어용 배플 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가스냉각식 발전기에서의 냉각제 가스유동 제어방법 및 냉각제 가스유동 제어용 배플

제1도는 본 발명에 따른 가스냉각시 발전기 부분의 부분 측단면도.

제2도는 제1도의 단부 부분을 확대하여 도시한 부분 측단면도.

제3도는 본 발명에 따른 배플(baffle)의 실시예를 포함한 것으로, 제2도의 고정자 단부 코어부를 확대한 측면도.

제4도는 제3도 선4-4화살표 방향에서 본 제3도 기계의 축방향 부분 단면도.

제5도는 본 발명에 따른 배플의 다른 실시예를 포함한 것으로, 제2도의 고정자 단부 코어부를 확대한 측면도.

제6도는 제5도의 선6-6 화살표 방향에서 본 제5도의 기계의 축방향 부분 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 회전자 30 : 고정자

32 : 고정자 출구 통로 33 : 적층부 계단

34 : 고정자 입구 통로 40 : 갭부

60 : 단부 공간부 70, 80 : 배플

75, 85 : 구멍 86 : 기준선

본 발명은 가스냉각식 발전기의 갭부에서의 냉각제 가스유동 분배의 향상에 관한 것으로서, 특히 배플 하류에서 갭부와 가스유동 연결되어 배치되는 고정자 통기덕트에의 냉각제 가스유동을 향상시키기 위한 배플에 관한 것이다.

본 발명은 특히 300㎾ 또는 그 이상의 정격을 가지는 대형 터어빈 발전기와 같은 수소 냉각식 발전기에 적용될 수 있지만, 이러한 기계는 전형적으로는 저 정격 기계보다 방출되어야할 열을 더 많이 내기 때문에 보통 냉각제 가스로서 공기를 사용하는 가스냉각식 발전기에 적용될 수 있다. 본 명세서 및 청구범위를 통해 반경방향, 축방향, 접선방향, 원주방향등 및 그 미분과 같은 물리적 관계의 용어는 다른 언급이 없는 한 발전기 회전자의 회전축에 대해 취해지는 것으로 한다.

전형적인 가스냉각식 발전기는, 이격되고 원주상으로 회전자를 둘러싸는 고정자를 가지는 회전 가능하게 설치된 회전자를 포함한다. 발전기의 회전자와 고정자간의 공간은 보통 갭부로 불리운다. 고정자는 갭부와 가스유동 연결되는 원주방향 연장의 각 고정자 코어 통기 덕트에 의해 예정된 간격으로 분리되는 다수의 축방향 금속 적층부를 포함한다. 냉각제 가스를 회전자가 회전하는 동안 발전기의 단부 공간부로부터 갭부로 강제로 보내도록, 즉 최종적으로 고정자 코어 통기 덕트를 통해 흐르도록 발전기의 축방향 단부쪽에 팬 또는 다른 가스 추진 장치가 회전자에 연결된다.

여기서 유용한 냉각제 가스의 제한된 유동이 존재할 수 있고, 따라서 각 고정자 코어 통기 덕트용의 냉각제 가스의 적절한 양을 보장하면서 충분한 냉각제 가스가 발전기내의 다른 냉각제 통로에도 유용하도록 갭부로의 냉각제 가스유동을 제한하는것이 바람직하다. 공지된 배플은 냉각제 가스의 유도에 강체성을 나타내고 고정자의 축방향 단부에 연결된다. 강성 배플은 갭부로 반경방향으로 연장하며 회전자로부터 이격되고 원주상으로 둘러싸고 있다. 회전자와 배플의 반경방향 내측 가장자리간의 냉각제 가스에 있어서의 원주 유통 면적의 배플이 없는 공기 갭부에 비해 감소된다. 강체 배플 둘레의 부자적인 원주 유동 면적은 고정자와 강체 배플의 반경방향 외측 가장자리에 사이에 제공된다.

강체 배플 둘레의 반경방향 내측 및 외측 원주 유동 면적이 제공될 때 축방향으로 흐르는 냉각제 가스는 팬에 의해 강제되어 강체 배플에 부닥쳐 제1 및 제2부분으로 나누어진다. 제 1 및 제2부분은 각각 강체 배플 둘레의 반경강향 내측 및 외주 원주 유동면적을 통해 흐르고 최종적으로 강체 배플의 하류측상의 갭부에서 재통합 된다.

강체 배플 축방향 바로 하류에서 냉각제 가스유동은 비교적 높은 속도로 되고, 갭부에서의 냉각제 가스의 정압의 국부적인 감소 또는 축류부(vena contracta)를 일으킨다. 강체 배플 축방향의 더 하류에서 즉 강체배플 둘레의 냉각제 가스의 제1 및 제2유동부분의 각 속도와 또 강체 배플의 냉각제 유동에 대한 반경방향 종횡비에 의존되는 강체 배플로부터의 축방향 거리에서, 갭부내의 냉각제 유동은 확산되고, 갭부에서 정압의 최종적인 증가를 동반한다. 고정자 코어 통기 덕트를 통해 갭부로부터 하우징부로 냉각제 가스를 흐르게 하는 주인자는 정압, 보다 정확하게는 갭부와 고정자의 반경방향 외주를 원주상으로 둘러싸는 하우징부간의 정압상의 차이이다.

강체 배플 하류에서 냉각제 가스의 비교적 높은 속도 유동과 그에 상응하는 갭부에서의 냉각제 가스의 정압 감소에 기인하여, 약간의 고정자 코어 통기 덕트, 특히 강제 배플 바로 하루에서의 고정자 코어 통기 덕트에는 냉각제 가스가 부족하고 부적절한 유동이 동반된다고 생각된다. 또, 고정자 코어 통기 덕트에서의 적절한 냉각제 가스유동의 부족으로 부적합한 냉각제 가스유동을 가지는 통기 덕트를 규정하는 다수의 고정자 적층부 그룹이 과열되고, 그 결과 기계작동이 불충분하고 발전기에 의해 전달되는 최소 출력을 제한하게 된다.

게다가, 갭부가 발전기 단부 공간과 통하는 고정자의 축방향 단부에서는 냉각제 가스유동이 여러 고정자 통기 덕트를 바이패스하고 따라서 냉각 목적에 유효하지 못하게 되는 경향이 있다. 이러한 바이패스는, 갭부 입구에서 강체 배플 둘레의 제한된 유동면적을 통해 발전기 팬으로부터의 냉각제 가스의 축방향 배출에 의해 생기는 냉각제 가스유동의 비교적 높은 축방향 성분에 기인한다. 갭부에서의 높은 축방향 유동속도는, 고정자 단부에서의 고정자 코어의 반경방향 내측 부분에 배치된 고정자 통기 덕트의 입구에서 "벤츄리효과"또는 저정압부를 일으킨다.

고정자의 단부 코어부 내의 고정자 통기 덕트를 규정하는 적층부 그룹은, 두 방향 즉 반경방향 및 축방향으로 회전자로부터의 자기 플럭스 커플링에 의해 생긴 열 생성에 기인하여 발전기 내에서, 즉 발전기 단부터언부 내에서의 표유 또는 누출 자기 플럭스에 기인하여 축방향 부분에서 매우 심한 온도환경에 놓이게 된다. 이와 같이 고정자 단부 코어부의 냉각의 적절한 냉각제 가스유동이 단부 코어부에 제동되고 또 여기에 배치된 통기 덕트에 확실히 제공되도록 관심을 가질 필요가 있다.

따라서, 고정자 통기 덕트, 특히 고정자의 단부 코어부에 배치된 덕트를 통한 가스유동을 보다 효과적으로 유도하기 위하여 갭부내의 냉각제 유동의 국부 정압을 올리기 위한 방법 및 수단을 제공하는 것이 바람직하다.

냉각제 가스유동의 제어를 위해 가스냉각식 발전기의 갭부에 사용되는 여러 가지 형상의 고정구가 기술되어 왔다. 이러한 고정구는 보통 기계적 지지를 위해 슬롯 웨지와 같은 것에 보울트 체결이나 묶음을 요한다. 고정구 및 지지수단은 비용이 들고, 노동집약적이고, 많은 부품수를 포함하며, 게다가 설치하기 위하여 발전기로부터 회전자의 제거를 요한다. 회전자상에 간막이와 같은 유동 방향 조절장치를 부착시킴으로써 냉각제 유동 조절을 달성하는 것도 가능하다. 그러나, 회전자에 부착된 장치를 사용하는 실시예에서는, 회전에 의해 생기는 응력에 견디는 능력과 함께 장치의 회전이 요하게 된다. 게다가, 이와 같은 회전장치는 회전자의 제거와 같은 노동집약적인 설치를 요한다.

발전기용의 배플에 대해서는 본원의 양수인에게 양도된 바톤씨의 미합중국 특허 제3,413,499호에 기술되고 또 권리 주장되고 있다. 바톤씨의 배플은 고정자 단부블록으로부터 반경방향 내측으로 연장하고 또 이에 부착된 제1부분과, 제1부분에 부착되고 또 여러 고정자 출구 통로를 지나 갭부를 따라 축방향으로 연장하는 제2부분과, 제2부분에 부착되고 또 고정자쪽으로 반경방향 외측으로 연장하는 제3부분을 포함한다. 따라서, 바톤씨 특허의 배플은 갭부로부터의 고립된 플리넘 챔버(Plenum Chamber)를 필수적으로 형성한다. 플리넘 챔버는 발전기 단부 공간부와 가스유동 연결되는 입구와, 입구와 가스유동 연결되고 그것이 둘러싸고 있는 고정자 출구 덕트로 연결되는 출구를 가진다. 바톤씨 특허의 배플의 외팔보형상(배플의 제2 및 제3부분의 축방향 내측 단부의 비기계적 고정 지지물)은 진동에 대한 과도한 포텐셜 반응에 기인하여, 또 배플의 제3부분과 고정자간의 냉각제 유동 누출에 기인하여 바람직하지 않으며, 그 결과 플리넘 챔버내에서 압력이 낮게 되고 또 최단부 고정자 냉각 통로를 통한 냉각제 가스유동이 적어진다.

가스냉각식 발전기의 갭부용의 다른 배플 형상에 대해서는 둘다 본원의 양수인에게 양도된 아머씨 등의 미합중국 특허 제4,051,400호 및 제4,264,834호에 기술되어 있다. 아머씨등의 특허 제4,051,400호의 배플은 역 유동 냉각식 발전기용(즉 냉각제 가스유동은 발전기의 개부로부터 단부 공간부로 흐름)으로서 비록 전방 유동식으로 사용된다 하더라도 갭부내의 과도한 축류부와 같은 상기의 강체 배플은 문제들을 해결할 수 없다. 아머씨등의 특허 제4,264,834호의 배플의 공기 갭부를 예정된 수의 구역으로 나누는데, 또 축방향 냉각제 가스유동 통로를 가로질러 반경방향의 봉쇄 또는 밀봉을 제공함으로써 최종구역 사이에서 냉각제 가스유동 누출을 방지하는데 사용된다.

따라서, 본 발명의 목적은 가스냉각식 발전기의 고정자 통기 덕트, 특히 고정자 단부 코어부에 배치된 덕트를 통해 적절한 냉각 가스유동을 보장하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

다른 목적으로는 회전자를 제거할 필요없이 가스냉각식 발전기의 갭부로 들어가는 냉각제 가스유동의 양을 조절하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

또 다른 목적으로는 쉽게 설치되고 많은 부품수를 요하지 않는 가스냉각식 발전기의 갭부에서 냉각제 가스의 유동을 방향 조절하기 위한 장치를 제공하는데 있다.

또 다른 목적으로는 공지의 배플 형상을 사용하는 것보다 갭부에서의 냉각제 가스유동을 위해 보다 빠른 정압 회복을 얻기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 가스냉각식 발전기용의 배플은 발전기의 단부 공간부와 갭부간의 가스유동 연결을 제공하기 위해 부재를 통해 적어도 하나의 가스유로를 규정하는 천공 부재를 포함한다. 천공부재는 이격되어 있고 발생기의 회전자를 호형으로 둘러싸며 예정된 배열식으로 되어 있는 다수의 가스유로를 규정한다. 가스유로는, 회전축에 대하여 발전기 회전자의 회전축에 거의 평행 상태로부터 약30°의 반경방향 외측 각도로 흐르는 가스에 최종 속도를 제공하도록 배치된다. 천공부재를 통한 가스유로의 크기는, 배플 하류에서 반경방향으로 확산된 냉각제 가스유동을 제공하기 위해 배플 둘레의 냉각제 가스유동과 배플을 통한 냉각제 가스유동을 협동시키고 최적화하도록 미리 선택된다.

게다가, 가스냉각식 발전기에서의 냉각제 가스유동을 조절하기 위한 방법에는, 냉각제 가스유동을 발전기의 단부 공간부로부터 갭부로 향하게 하는 것과, 천공수단을 배치하는 것이 포함하고, 상기 천공수단은 공기 갭부와 단부 공간부 사이에서 적어도 하나의 가스유로를 규정하며, 따라서 천공수단 하류에서 반경방향으로 확산된 냉각제 가스유동은 발전기의 고정자 통기 덕트에 적절한 냉각제 가스유동을 보장해 준다. 냉각제 가스는 발전기 회전자의 회전축에 대해 약30°까지의 각도로 천공수단을 떠날때 반경방향 외측으로 향하게 된다.

신규로 간주되는 본 발명의 특징은 특히 첨부된 청구범위에서 개시된다. 그러나, 작동의 기구 및 방법에 관한 본 발명 자체나 나아가 그 목적 및 이점은 첨부도면을 참조한 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.

제1도 및 제2도에서, 발전기(10)는 이격되어 있고 회전자(20)를 원주상으로 둘러싸는 고정자(30)내에서 회전가능하게 배치된 회전자(20)와, 회전자(20)와 고정자(30)를 덮고 수소와 같은 냉각제 가스로 가압되는 적절한 가스 밀봉 케이싱 또는 하우징(11)을 포함한다. 본원 전체에서 유사한 부품에는 유사한 참고번호가 붙여진다. 회전자(20)와 고정자(30)간의 원주체적은 갭부(40)로 표시된다. 회전자(20)는 회전축(25)에 관해 회전하고, 또 이것과 회전하는 적어도 하나의 축방향 단부에 부착된 팬(65)을 가지고 있다. 소요의 방향 위취로 회전자 권선의 단부 터언부를 유지하도록 유지링(22)이 회전자(20)의 단부상에 설치된다. 고정자(30)는 팩키지 또는 그룹(39)으로 조립된 다수의 적층부로 형성된 코어를 포함한다. 고정자 코어의 단부에 적층부를 두는 이유 및 설명에 대해서는 본 양수인에 양도된 코트의 미합중국 특허 제3,714,477호에 개시되어 있다.

갭 픽업구멍(26)과 갭 방출구멍(24)이 회전자(20)를 따라 분리된 그룹으로 축방향으로 이격되어 있다. 이러한 그룹의 구멍은 고정자(30)의 유사한 그룹에 거의 해당한다. 즉, 축방향으로 이격되어 있고 반경방향으로 연장하는 고정자 입구 통로 또는 덕트(34)는 회전자 갭 픽업 구멍(26)과 거의 축방향으로 정렬되어 있고, 또 축방향으로 이격되고 반경방향으로 연장하는 고정자 출구 통로 또는 덕트(32)는 회전자 갭 방출구멍(24)과 거의 축방향으로 정렬되어 있다. 하우징 영역(14)에 있는 반경방향 외측 고정자(30)에서 입구 통로(34)로 들어오는 냉각제 가스는 간막이(12)에 의해 출구 통로(32)로부터 방출되는 냉각제 가스와 분리되며, 상기 간막이는 회전자 팬(65)으로 출입되는 냉각제 가스를 위해 가스유동 순환을 부분적으로 규정하고 있다. 제1도에 도시된 바와 같이, 회전자 팬(65)은 가스 냉각기(17)로부터 가스를 수용하고 갭부(40)를 향해 단부 공간부(60) 축방향 안쪽으로 방출한다. 팬(65)으로부터의 냉각제 가스유동 부분은, 단부 터언부와 회전자(20)의 단부 권선을 효과적으로 냉각하는 유지링(22)바로 아래로부터 회전자(20)의 내부로 들어간다. 이어서 유지링(22) 아래로 흐르는 냉각제 가스는 회전자(20)의 갭 방출 구멍(24)으로부터 적어도 부분적으로 반경방향으로 방출된다.

예를 들어 제2도의 39a, 39b 및 39c로 표시된 고정자(30)의 적층 그룹은 예정된 수의 적층부를 전형적으로 포함한다. 갭부(40)와 발전기 하우징부(14)간의 가스 흐름 유통을 제공하기 위하여 각 그룹의 적층부는 32a, 32b, 32c로 표시된 바와 같은 반경방향 및 원주상 또는 호형으로 연장하는 고정자 냉각제 덕트를 규정하도록 인접 그룹의 적층부와 축방향으로 이격되어 있다. 자기 단부 플럭스 누출의 바람직하지 않은 가열효과를 최소화하도록 회전자(20)와 고정자(30)간의 예정된 자기 플럭스 연결 통로를 제공하기 위해 축방향 외측 제1그룹의 적층부(39a)는, 반경방향으로의 원근법식 적층부로 만들어질 수 있는 다수의 계단 또는 반경내향으로 증가하는 세그먼트(33)를 전형적으로 포함한다. 비자성강으로 이루어질 수 있는 외측 공간 블럭 또는 고정자 단부 블럭(35)은 원주상으로 회전자(20)를 둘러싸며 제1적층 그룹(39a)과 인접해 있다.

공지된 형상으로서, 단부 공간부(60)과 갭부(40)간의 축방향 가스 흐름에의 가불통과성 윤곽을 제공하는 강체 배플은 외측 공간 블럭(35)에 부착되며, 공개 갭부(40)로 반경방향으로 연장하고 또 회전자(20)의 유지링(21)으로부터 이격되어 있다. 강체 배플과 유지링(22)간의 반경 내측 통로와, 감체 배플과 외측 공간블럭(35)간의 반경 외측 통로가 강체 배플에 부딪치는 팬(65)으로부터의 가스유동을 강체 배플 둘레에서 반경 내측 및 외측 유로로 나누게끔 강체 배플이 위치된다. 낭각제 가스유동은 반경 내측 및 외측 유로를 통과할 때 쓰로틀링에 기인하여 가속화되고, 그 결과 앞서 설명한 바와 같이 강체 배플 축방향 바로 하류에서 갭부(40)의 국부적인 정압 감소가 생긴다.

제3도에는 본 발명에 따른 배플(70)을 포함하는 고정자(30)의 단부 코어부가 확대하고 도시되어 있다. 배플(70)은 단부 공간부(60)와 갭부(40)간의 방해받지 않는 가스 흐름 유통을 허용하도록 적어도 하나의 가스유로를 생성하기 위한 구멍 또는 통로(75)를 가지는 천공부재를 포함한다. 배플(70)은, 원주상으로 예정되어 이격되어 있고 외측 공간 블럭(35)으로부터 반경방향 안쪽으로 연장하는 핑거 또는 이부(37)상에 보울트와 너트와 같은 체결수단(17)에 의해 설치된다. 핑거(37)는 외측 공간 블럭(35)과 일체적으로 될 수 있다. 다른 방법으로서 핑거(37)는 특히 배플(70)의 외측 반경 가장 자리 둘레에서의 냉각제 가스유동일 때 환형플랜지(도시되지 않음)로 대체될 수 있다. 배플(70)은 연속 환형부재로 형성되거나 또는 외측 공간 블럭(35)에 설치될 때 환형 배플을 이루는 다수의 호형 세그먼트(그 전형적인 것이 제4도에 도시되어 있음)를 포함할 수 있다. 다수의 호형 세그먼트로 배플(70)을 형성함으로써 발전기(10)내의 설치가 더욱 용이해 진다. 베플(70)이 연속 환형부재로 형성되던 또는 다수의 호형 세그먼트로 형성되던 배플(70)은 회전자(20)를 제거하지 않고도 발전기(10)내에 설치될 수 있다.

배플(70)은 냉각제 가스의 유동과 관련된 압력에 견딜 수 있는 적절한 재료로 형성된다. 양호한 실시예에서 배플(70)은 뉴욕, 쉐넥터디 소재의 제너럴 일렉트릭 회사로부터 입수할 수 있고 상표명 텍스토라이트(Textolite)로 시판되는 적층 섬유 재료와 같은 전기 부도성 물질로 형성된다. 이와 같은 재료는 그렇지 않으면 발전기의 단부부위에서 고집중 표유 플럭스에 의해 생길 수 있는 배플에서의 어떤 유도된 가열을 방지한다.

제4도에 보다 명확히 도시된 바와 같이, 제도의 용이성과 갭부(40)에서 배플(70) 하류의 냉각제 가스유동의 예정된 급속 확산을 보장하기 위하여 배플(70)의 구멍(75)은 예정된 배열로 양호하게 형성된다. 배플(70)의 외측 반경방향 가장자리상에서 또 핑거(37) 사이에서 단부 공간부(60)로부터 갭부(40)로 연장하는 냉각제 가스 통로를 형성하기 위하여 배플(70)은 외측 공간 블럭(35)의 본체로부터 이격되어 있다. 다른 방법으로서, 배플(70)의 외측 반경방향 가장자리를 지나는 냉각제 가스유동을 막고, 배플(70)의 구멍(75)의 크기, 간격 및 위치가 배플(70) 축방향 하류에서 바람직한 냉각제 유동을 제공하기 위해 선택되도록 배플(70)을 외측 공간블럭(35)에 대해 위치시킬 수 있다.

유체 역학의 연구로부터, 배플을 지난 축류부의 축방향 크기(즉, 배플 축방향 하류에서 비교적 큰 거리에서, 가령 배플의 반경방향 종횡비의 10배로 냉각제 가스의 정압이 냉각제 가스의 평균 정압 이하로 되는 배플 하류 부위에서의 축방향 크기)는 인접 유로간의 간격의 약 6배이고, 또 배플에 의해 달성되는 총 쓰로틀링은 배플을 지난 총 유효 가스유동 면적에 비례함을 알 수 있다. 배플 둘레의 냉각제 흐름으로부터 발산되는 냉각 가스의 반경방향 확산에 기인하여 정압은 배플 하류에서 회복된다. 본 발명에 따르면 강체 배플이 사용될 때 총 유효 가스유동 면적을 분배함으로써 배플(70)을 통한 다수의 이격된 구멍(75)중에서 인접 가스유로(75)와 거기서 방사되는 냉각제 가스 젯트간의 간격이 감소하면서 강체 배플로부터의 동일 압력 강하 또는 쓰로틀링 효과가 유지된다. 이와 같이, 평균 정압으로의 회복이 구멍(75) 간격의 약 6배이기 때문에, 배플(70)을 지난 축류부의 축방향 크기는 감소된다. 따라서, 특수한 적용의 경우 구멍(75)의 크기와 간격은 지나치게 실험하지 않고서도 본 기술분야에 숙련된 자에게는 쉽게 결정될 수 있다.

배플(70) 하류 갭부(40)에서의 거의 확산된 유동을 제공하기 위하여 구멍(75)을 통한 냉각제 가스유동이 내측 반경방향 가장자리 둘레의 냉각제 가스유동과 협동하고 또 만일 존재한다면 배플(70)의 외측 반경방향 가장자리 둘레의 냉각제 가스유동과도 협동하도록 구멍(75)의 크기와 간격이 선택되어야 한다. 구멍(75)의 출구 직경 또는 유동면적으로 증가시키지 않고 또 구멍(75)으로부터 나오는 냉각제 가스의 분산을 증가시키지 않고서도, 배플(70)의 구멍을 통한 가스유동을 증가시키기 위해서는 예를 들어 챔퍼링이나 카운터 싱킹에 의해서 우멍(75)의 입력 가장자리가 증가될 수 있다.

제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 구멍(75)은 거의 원동형이며, 회전자(20)의 회전축(25)에 거의 평행한 길이방향 축을 가진다. 인접구멍(75)간의 중심간 간격은 거의 대칭이고, 따라서 예정되고 균일하며 원주상으로 연장하는 냉각제 가스유동형 출구배플(70)이 얻어지게 된다. 비록 원통형 구멍(75)이 도시되어 있지만, 배플(70) 축방향 하류에서 소요의 냉각제 유동 분배를 달성하도록 갭부(40)에서의 냉각제 가스유동의 빠른 반경방향 확산을 이루는 일관된 형성이라면 구멍(75)의 형상으로 될 수 있다.

배열식으로 되어 있을 때 구멍(75)의 중심은 편의상 원으로 배치될 수 있다. 게다가, 원주상으로 연장하는 구멍(75)의 열이 얻어지도록 반경방향으로 이격되거나 동심인 다수의 원을, 구멍(75)을 위치시키는데 사용할 수 있다. 원으로 배치된 인접 원통형 구멍(75)의 중심간 현간격은 현간격 15.9㎜(20/32 인치)과 함께 7.94㎜(10/32인치)이다. 게다가, 구멍(75)의 중심을 위치시키는 인접 동심원은 구멍직경 또는 상기 예의 7.94㎜(10.32인치)와 같은 거리로 반경방향으로 양호하게 이격되어 있다. 또한, 제4도에 명확히 도시되어 있는 바와 같이, 중심위치 원상의 구멍(75)의 중심은 인접 중심 위치 원상의 구멍(75)의 중심사이에 엇갈리게 또는 원주상으로 배치된다. 구멍(75)위치를 위한 원의 중심은 회전자(20)의 회전축(25)(제1도)일 수 있다.

제5도 및 제6도에는 본 발명에 따른 양호한 배플(80)과 함께 고정자(20)의 단부 코어부가 확대되어 도시되어 있다. 배플(80)은 구멍 또는 통로(85)의 방향을 제외하고는 배플(70)과 거의 유사하며, 배플(70) 구성, 제조 및 배치에 관한 앞서의 모든 설명은 배플(80)에서 있어서도 동일하게 적용된다. 배플(80)의 내부면으로 정해지는 구멍(85)은, 단부 공간부(60)로부터 갭부(40)로 냉각제 가스가 통과할 때 가스유동에 반경방향 외측 성분을 제공하도록 배치된다. 구멍(85)은 거의 원통형이며, 종방향 축이 기준선(84)에 대해 어떤각도(82)로 배치되도록 상기 구멍을 배플(80)을 통해 배치시킨다. 기준선(84)은 회전자(20)의 회전축(25)(제1도)과 거의 평행이다. 바람직하지 못한 가스유동 성분을 충돌하는 냉각제 가스에 부여하는 것을 피하기 위하여 면(81, 83)은 보통 편평하면서 평행하기 때문에 배플(80)의 제조를 용이하게 하기 위해서 기준선(84) 역시 배플(80)의 면(81) 또는 (83)에 거의 수직으로 설계될 수 있다. 또, 핑거(37)의 상류면은 보통 편평하고 반경방향으로 연장하므로 배플(80)이 여기에 고정될 때 배플(80)은 갭부(40)와 단부 공간부(60) 사이에서 거의 반경방향으로 배치된다. 비록 원통형 구멍(85)이 도시되어 있지만, 배플(80) 축방향 하류에서 소요의 냉각제 유동 분배를 달성하도록 갭부(40)에서의 냉각제 가스유동의 빠른 반경방향 확산을 이루는 일관된 형상이라면 구멍(85)의 형상으로 될 수 있다. 구멍(85)의 입력 가장자리는 예를 들어 챔퍼링 또는 카운터 싱킹(87)에 의해 증가될 수 있다.

본 발명에 따른 천공된 배플(70)(제3도) 및 (80)을 지나 단부 공간부(60)로부터 갭부(40)로의 냉각제 가스유동을 시뮤레이션 하기 위해 물을 포함하는 시험장치를 사용하면, 거의 축방향인 구멍(75)은 강체 배플이 사용될 때 얻어진 냉각제 가스유동상에서 고정자 덕트 특히 출구덕트(32a, 32b)를 통한 냉각제 가스유동을 향상시킴을 알아냈다. 또한, 구멍(85)을 통하는 냉각제 가스에 유동의 외부 반경방향 속도성분을 부여하고 또 외부 반경방향을 가지는 냉각제 가스 출구 구멍(85))상에 최종 속도(즉, 축방향 및 반경방향 속도성분의 벡터합)을 내기 위해 각도(82)를 약30°로 증가시키면 고정자 덕트, 특히 출구 덕트(32a, 32b)를 통한 냉각제 가스유동이 증가된다는 것이 결정되었다. 그러나, 배플(80)의 반경방향 최외부 구멍(85) (즉, 제6도의 구멍(85)의 상부열)이 고정자 적층 그룹(39a)의 계단적층부(33)로 냉각제 가스나 젯트를 향하도록 하는 각도를 넘어서까지 각도(82)를 증가시켜서는 안된다. 이러한 제한을 생각하는데 도움을 주기 위하여, 반경 방향 최외부 구멍(85) 출구의 반경방향 최외부 가장자리와 적층부 계단(33) 축방향 최하류와 고정자 적층그룹(39a)의 반경방향 최내부의 반경방향 내면(38)과의 교점사이에 기준선(86)이 도시되어 있다. 배플(80)의 구멍(85)으로부터 나오는 냉각제 가스는 기순전(86)상류, 또는 축방향과 반경방향 외측 지역으로 들어가서는 안된다. 계단(33)으로 향하는 냉각제 가스를 피하는 것이 바람직하기 때문에 구멍(85)은 보통 배플(70)상의 구멍(75)와 같이 배플(80)상에서 반경방향 외측으로 연장하지는 않는다.

모든 구멍(75 또는 85)은 나오는 냉각제 가스를 회전자(20)의 회전축(25)(제1도)에 대해 동일방향으로 향하도록 할 필요는 없으며, 배플(70 또는 80) 하류에서 각각 갭부(40)에서의 냉각제 가스유동의 급속한 반경방향 확산을 보정하기 위하여 구멍(75 또는 85)을 나올 때의 냉각제 가스의 총 냉각제 가스 유량 및 방향이 각 배플(70, 80)의 반경방향 내부 가장자리(존재한다면 외부 가장자리도 )둘레를 흐르는 냉각제 가스의 총 냉각제 가스 유량 및 방향과 관련되어야 하며, 따라서 공지된 배플상에서 냉각제 가스의 정압의 빠른 회복이 얻어진다. 게다가, 구멍(75)이 냉각제 가스를 회전축(25)에 대해 반경방향 외측으로 향하게 하도록 배플(70)(제3도)은 회전축(25)에 대해 어떤 각도(도시되지 않음)로 배치된다. 즉, 배플(70)의 반경방향 내부가 배플(70)의 반경방향 외부보다 축방향 하류에 있도록(즉, 배플(70)이 절두 원추체와 유사하도록) 배플(70)을 배치한다. 따라서, 핑거(37)(제3도) 또는 플랜지(도시되지 않음)는 배플(70)용의 적절한 지지를 제공하도록 변경된다.

이와 같이 발전기의 고정자 통기 덕트를 통한 적절한 냉각제 가스유동을 보장하고, 특히 상기 덕트는 고정자 단부 코어부에 배치되는 방법 및 장치가 기술되었다. 상기 방법과 장치는 회전자를 제거할 필요없이 냉각제 가스유동의 제어를 허용하고, 상기 장치는 쉽게 설치되며 많은 부품수를 요하지 않는다. 게다가, 상기 방법 및 장치에 의해 공지의 배플상의 냉각제 가스 정압의 빠른 회복이 얻어진다.

본발명의 확실하고 양호한 특징만이 설명되었지만, 본 기술분야에 숙련된 자에게는 많은 변경과 수정이 가해질 수 있다. 첨부된 청구범위는 본 발명의 정신과 범위내에 걸리는 이와 같은 모든 변경과 수정을 망라함을 알 수 있을 것이다.

Claims (47)

1. 단부 공간부(60)로부터, 회전축(25)을 갖는 회전자와 그 사이에 갭부(40)를 형성하기 위해 회전자로부터 이격되어 원주상으로 둘러싸며 갭부와 가스유동 연결되는 고정정자 통기 덕트(32)를 구비한 고정자(30)를 포함하는 가스 냉각식 발전기(10)의 축단부를 갖는 갭부(40)로의 냉각제 가스유동 제어방법에 있어서, 냉각제 가스유동을 갭부의 축단부에서 상기 발전기(10)의 단부 공간부(60)로부터 갭부(40)로 향하게 하고, 가스유로를 거치는 동안 단부 공간부(60)와 갭부(40) 사이의 가스유동 연결이 방해받지 않는 상태로 유지되도록 갭부의 축단부로 들어가는 냉각제 가스의 유동을 다수의 분리된 가스유로(75, 85)내부로 분할하며, 예정된 거리만큼 이격되어 있는 다수의 분리된 가스유로를 갭부의 축단부로부터 갭부(40)로 확산시키므로써, 상기 갭부의 축단부 하류에서의 냉각제 가스유동의 급속한 반경방향 확산이 상기 고정자 통기 덕트(3)에 적절한 냉각제 가스유동을 보장하는 것을 특징으로 하는 냉각제 가스유동 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분할 단계는 상기 분리된 유로중 적어도 하나를 통과하는 냉각제 가스에 유동의 외측 반경방향 속도성분을 부여하기 위해 상기 유로(85)중 적어도 하나를 배치하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각제 가스유동 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스유로를 통과하는 냉각제 가스의 최종 출력 속도 방향은 회전자의 회전축에 대해 0°내지 약 30°인 것을 특징으로 하는 냉각제 가스유동 제어방법.
4. 제2항에 있어서, 계단진 적층부(33)를 가진 예정된 수의 적층부(39) 그룹을 고정자(30)가 추가로 포함하며, 상기 적어도 하나의 가스유로를 비치하는 것에는, 상기 다수의 분리된 유로중 적어도 하나를 통과하는 냉각제 가스가 계단진 적층부(33)에 충돌하는 것을 확실히 피하기 위하여 상기 다수의 분리된 유로중 적어도 하나를 나오는 냉각제 가스의 방향 조절하는 것이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 냉각제 가스유동 제어방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 다수의 분리된 유로(85)중 적어도 하나를 배치하는 것은 상기 다수의 분리된 유로(85) 각각을 통과하는 냉각제 가스에 각각 유동의 외측 반경방향 유동성분을 부여하도록 상기 다수의 분리된 유로(85) 각각을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 냉각제 가스유동 제어방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 분할 단계는 상기 다수의 분리된 가스유로를 예정된 배열로 배치하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각제 가스유로 제어방법.
7. 제5항에 있어서, 다수의 분리된 유로(85)와 회전자(20) 사이에 제1가스 연결로로 형성하고, 갭부의 축단부 바로 하류인 갭부에서의 거의 확산된 냉각제 가스유동을 보장하기 위하여 다수의 분리된 가스유로의 크기와 제1가스 연결로의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 냉각제 가스유동 제어방법.
8. 제7항에 있어서, 다수의 분리된 유로(85)와 고정자 사이에 제2가스 연결로를 형성하고, 상기 조정단계는 갭부의 축단부 바로 하류인 갭부에서의 거의 확산된 냉각제 가스유동을 보장하기 위하여 제2가스 연결로의 크기 조정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각제 가스유동 제어방법.
9. 회전축(25)을 갖는 회전자(20)와 고정자(30)를 포함하고, 고정자는 갭부(40)를 형성하기 위하여 회전자로부터 이격되고 원주상으로 회전자를 둘러싸며, 냉각제 가스를 단부 공간부로부터 갭부로 흐르게 하는 수단(65)을 포함하며, 고정자는 갭부와의 가스유동 연결되는 입구(34)를 가지는 고정자 통기 덕트를 포함하는 가스 냉각식 발전기(70)에 있어서, 적어도 하나의 가스유로(75, 85)를 규정하기 위해 내표면을 갖고 또 적어도 하나의 가스유로를 통해 단부 공간부(60)와 갭부간(40)간의 방해받지 않는 가스유동 연결을 제공하기 위한 천공수단(70, 80)과, 상기 천공수단이 단부 공간부와 갭부 사이에 배치되도록 상기 천공수단을 고정자에 고정시키기 위해 상기 천공수단(70, 80)에 연결된 지지수단(17, 37)을 특징으로 하는 배플.
10. 제9항에 있어서, 상기 천공수단(70)은 회전자로부터 이격되고 원주상으로 회전자를 둘러싸는 환형부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배플.
11. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 가스유로를 통해 흐르는 냉각제 가스에 회전자의 회전축에 거의 평행한 최종 가스유동 속도를 부여하기 위해 적어도 하나의 가스유로(75)의 출력부가 배치되는 것을 특징으로 하는 배플.
12. 제11항에 있어서, 적어도 하나의 가스유로는 원통형이고 그 가스유로의 길이 방향축이 회전자의 회전축에 거의 평행한 것을 특징으로 하는 배플.
13. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 가스유로를 통해 흐르는 냉각제 가스에 반경방향 외측 가스유동 속도 성분을 부여하기 위해 적어도 하나의 가스유로(85)의 출력부가 배치되는 것을 특징으로 하는 배플.
14. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 가스유로(85)는 원동형이고 그 유로의 길이 방향축이 회전자의 회전축(25)에 대해 외측 반경방향 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 배플.
15. 제13항에 있어서, 회전자의 회전축(25)에 대해 약30°까지의 적어도 하나의 가스유로(85)를 통해 흐르는 냉각제 가스에 최종 가스유동 속도를 부여하기 위하여 적어도 하나의 가스유로(85)의 출력부가 배치되는 것을 특징으로 하는 배플.
16. 제14항에 있어서, 적어도 하나의 가스유로(85)의 길이 방향축이 회전자의 회전축에 대해 약 30°미만의 외축 반경방향 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 배플.
17. 제13항에 있어서, 계단진 적층부(33)를 가지는 예정된 수의 적층부(39) 그룹을 고정자(30)가 추가로 포함하며, 적어도 하나의 가스유로를 나오는 가스가 계단진 적층부(33)에의 충돌을 피하도록 상기 적어도 하나의 가스유로를 통과하는 냉각제 가스를 확실히 향하도록 하기 위해 적어도 하나의 가스유로(75, 85)의 출력부가 추가로 배치되는 것을 특징으로 하는 배플.
18. 제17항에 있어서, 적어도 하나의 가스유로(85)는 원통형이고, 그 유로의 출력부의 반경방향 최외곽부 가장자리의 연장부(86)가 계단진 적층부(33) 축방향 하류에서 고정자(30)와 교차하는 것을 특징으로 하는 배플.
19. 제9항에 있어서, 배플(70, 80)은 전기 부도성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 배플.
20. 제19항에 있어서, 전기 부도성 재료는 적층된 섬유재료인 것을 특징으로 하는 배플.
21. 제10항에 있어서, 상기 환형부재는 설치를 쉽게 하기 위하여 다수의 호형 세그먼트(70, 80)로 형성되는 것을 특징으로 하는 배플.
22. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 가스유로(75, 85)는 입구와 출구를 포함하고, 입구(77, 87)는 출구보다 더 큰 가스유동 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 배플.
23. 제10항에 있어서, 상기 천공수단(70, 80)은 각각의 다수의 가스유로를 규정하기 위한 다수의 내표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배플.
24. 제23항에 있어서, 다수의 가스유로는 예정된 배열식으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 배플.
25. 제24항에 있어서, 다수의 가스유로의 입구 및 출구의 중심이 각각 배플을 가로지르는 원상에 위치되는 것을 특징으로 하는 배플.
26. 제24항에 있어서, 다수의 가스유로의 입구 및 출구의 중심의 각 제1및 제2부분이 동심인 제1 및 제2원상에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 배플.
27. 제25항에 있어서, 다수의 가스유로는 원통형인 것을 특징으로 하는 배플.
28. 제23항에 있어서, 상기 배플(70, 80)은 단부 공간부(60)와 갭부(40)간의 제1가스 연결로를 규정하기 위하여 회전자(20)로부터 이격되어 있고, 제1가스 연결로는 회전자와 배플 사이에 배치되며, 배플 하류 갭부에서의 거의 확산된 냉각제 가스유동을 보장하기 위하여 다수의 가스유로를 통하고 또 제1가스 연결로를 통하는 총 냉각제 가스유동 면적이 예정되어 선택되는 것을 특징으로 하는 배플.
29. 제28항에 있어서, 상기 배플(70, 80)은 단부 공간부(60)와 갭부(40)간의 제2가스 연결로를 규정하기 위하여 고정자(30)로부터 이격되고, 상기 제2가스 연결로는 배플과 고정자 사이에 배치되며, 배플 하류의 갭부내에서 거의 확산된 냉각제 가스유동을 보장하기 위하여 제2가스 연결로의 크기가 예정되어 선택되는 것이 특징인 배플.
30. 갭부(40)를 형성하기 위하여 회전 가능하게 설치된 회전자(20)로부터 이격되고 원주상으로 상기 회전자를 둘러싸는 고정자(30)와, 단부 공간부(60)와, 냉각제 가스를 단부 공간부로부터 갭부로 보내는 팬 수단(65)를 포함하는 발전기(10)에서 냉각제 가스유동을 제어하는 배플(70, 80)에 있어서, 다수의 가스유로(75, 85)를 규정하기 위한 다수의 내표면을 갖고, 다수의 가스유로를 통하여 단부 공간부와 갭부간의 방해받지 않는 가스유동 연결을 제공하는 천공수단(70, 80)과, 상기 천공수단이 단부 공간부와 갭부 사이에 배치되도록 천공수단을 상기 고정자에 고정하기 위해 상기 천공수단에 연결된 지지수단(17, 37)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배플.
31. 제30항에 있어서, 상기 천공수단은 환형부재(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배플.
32. 제31항에 있어서, 상기 환형부재는 설치를 쉽게 하기 위하여 다수의 호형 세그먼트(70)로 형성되는 것을 특징으로 하는 배플.
33. 제30항에 있어서, 다수의 가스유로중 적어도 하나는 입구(77, 87)와 출구를 포함하고, 입구는 출구보다 더 큰 가스유로 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 배플.
34. 제30항에 있어서, 다수의 가스유로(75, 85)는 예정된 배열식으로 되어있는 것을 특징으로 하는 배플.
35. 제31항에 있어서, 다수의 가스유로(75, 85)가 예정된 배열식으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 배플.
36. 제30항에 있어서, 다수의 가스유로는 원통형인 것을 특징으로 하는 배플.
37. 제30항에 있어서, 배플은 (70, 80)은 전기 부도성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 배플.
38. 제9항에 있어서, 상기 고정자(30)에 완견된 외측 공간 블럭(35)을 발전기가 추가로 포함하고, 상기 배플은 외측 공간블럭에 연결되는 것을 특징으로 하는 배플.
39. 제38항에 있어서, 상기 배플은 외측공간 블럭에 보울트(17) 연결되는 것을 특징으로 하는 배플.
40. 제30항에 있어서, 상기 고정자(30)에 연결된 외측 공간 블럭(35)을 발전기가 추가로 포함하고, 상기 배플은 외측 공간 블럭에 연결되는 것을 특징으로 하는 배플.
41. 제40항에 있어서, 상기 배플은 외측 공간 블럭에 보울트(17) 연결되는 것을 특징으로 하는 배플.
42. 제36항에 있어서, 다수의 가스유로(75, 85)는 예정된 배열식으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 배플.
43. 제32항에 있어서, 다수의 가스유로중 적어도 하나(85)가 하나의 가스유로를 통해 외측 반경방향 가스유동 속도 성분을 냉각제 가스유동에 부여하도록 향해져 있는 것을 특징으로 하는 배플.
44. 제26항에 있어서, 다수의 가스유로(75, 85)는 원통형인 것을 특징으로 하는 배플.
45. 제32항에 있어서, 다수의 가스유로가 예정된 배열식으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 배플.
46. 제32항에 있어서, 다수의 가스유로가 원통형인 것을 특징으로 하는 배플.
47. 제46항에 있어서, 다수의 가스유로(85)는 다수의 가스유로를 통해 외측 반경방향 가스유동 속도성분을 냉각제 가스유동에 부여하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배플.

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