直接氣體冷卻的單轉子渦輪發電機的製作方法

2023-06-12 01:32:01 1

專利名稱：直接氣體冷卻的單轉子渦輪發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於產生電能的渦輪發電機領域。它涉及根據權利要求1前序部分的渦輪發電機。
這種渦輪發電機例如已由文獻EP-A1-0 854 559公知。
為了冷卻或排出一個發電機的轉子中的電損耗熱量，穿過轉子將流過一種冷卻流體(通常是氣態)(可參見EP-A1-0 854 559)。這裡對於良好的冷卻首先重要的是，轉子端面的進氣幾何布置。一種公知的進氣幾何布置表示在

圖1A及1B上。其中圖1B表示轉子端面的展開圖，及圖1A表示通過圖1B的平面A-A中轉子端面(未展開)的截面圖。一個發電機13的轉子10包括一個中心圓柱形的轉子體18，在其外圍設有一個或多個轉子繞組14。轉子繞組14以平行於轉子軸的多個導體束的形式延伸在轉子的激磁部分11中，並在兩個導體束之間的轉子繞組頭12中形成一個180°的迴轉部分。端面上繞組的空間通過一個圓環形蓋板19封閉(EP-A1-0 854 559的圖2中的22)。在蓋板19及轉子繞組14之間設有端部隔板16，它們具有圓環扇段的形狀。伸入轉子繞組14及轉子體18之間的環形縫隙中的端部隔板16的區段與兩個軸向的腔壁15，15』形成了連續的隔板，它使冷氣體腔25及熱氣體腔32與進氣口21及出氣口22(通過相應的通風槽20)彼此分開。在此情況下端部隔板16將用來支持腔壁15，15』。由此通常產生一個懸臂24，它伸到冷氣體腔25中。在不利情況下該懸臂24甚至還具有一個延長部分23。
懸臂24還從其延長部分23到相交界的冷氣體腔25的銳邊終端專用於對付與氣流的分層相關的強烈收縮力。該氣流分層(渦流27)在轉子10圓周速度作用下將導致冷卻介質對轉子繞組14的不均勻供給。在此情況下，冷卻氣流相對轉子10所產生的速度w將根據圖1C中的速度三角形26由軸向氣流速度c及轉子10的圓周速度u的矢量疊加形成。
為了避免這種氣流分層，在開始部分所述的EP-A1-0 854 559中已提出在蓋板19及轉子體18之間冷卻氣體流入區域中設置一個兩級氣流柵形式的氣體導環(GLR)。該GLR基本上解決該通風技術問題，但還具有一些缺點一方面，這種GLR與高的費用相聯繫。另一方面，一旦要對冷卻氣流進行顯著改變(例如發電機短路或小功率時)，其功能將受損。最後，該GLR的功能與轉向相關，以致在轉向改變時所需效果將不存在。
因此本發明的任務是，對開始部分所述類型的發電機這樣地設計，即無需大的附加費用便可獲得轉子冷卻氣體供給的改善，並尤其可以避免在冷卻氣體進入轉子時冷卻氣體流中不希望有的渦流形成及渦流分層，及使氣流阻力降低。
該任務將通過權利要求1的所有特徵來解決。本發明的核心在於，冷卻氣流進入環形縫隙區段時的氣流分層將通過端部隔板伸入環形縫隙中的區段的有利於氣流的構型來避免。
本發明的第一優選構型其特徵在於從圓周方向上看，伸入冷卻氣體流中的端部隔板的區段上的側向邊緣具有一個斜面或稜角或一個被整成具有一個或多個圓半徑的適合於氣流流通的圓角。通過斜面或圓角可使進入邊緣區域的冷卻氣體流在極大程度上避免氣流分層及使氣流阻力降低，由此在其它邊界條件相同的情況下轉子冷卻可被顯著地改善。此外，幾乎微不足道的渦流通過冷卻介質從圓角到區段橫截面的加速而被瓦解。在此情況下特別有利的是，端部隔板用作成斜面或圓角的區段在端面上與一個側面被兩個軸向平行的腔壁限界的熱氣體腔端接，及作成斜面或圓角的區段與腔壁齊平地端接。
本發明的第二優選構型其特徵在於在端部隔板的區段前的氣流方向上設有一個附加氣體引導區段，它使冷卻氣體流引導到區段的周圍。與區段邊緣整成圓角無關地，該區段的貫流可通過設置在前面的氣體引導區段進一步變均勻及改善，其中通過分開的氣體引導區段開創了其它構型及優化的可能性。
根據另一優選構型可使分層的渦流進一步改善，即氣體引導區段通過一個縫隙隔開地設在區段的前面，及具有朝著冷卻氣體流的凸彎曲外側面，及端部隔板的區段與放置在前面的氣體引導區段這樣地構成，即與轉子的轉向相反地冷卻氣體從到來的側邊被壓到縫隙中。通過該縫隙流通的冷卻氣體在其出口上附加地阻止渦流的形成。為了避免對縫隙氣流的幹擾影響，在此情況下有利的是，氣體引導區段在轉子的轉向上其後緣這樣地構成，即通過縫隙流通的冷卻氣體流在很大程度上無過渡地輸送到流入相鄰的環形縫隙區段內的冷卻氣體流中。
其它的實施形式可由從屬權利要求中得到。
以下將結合附圖藉助實施例來詳細地描述本發明。附圖為圖1A-C用於一個氣體冷卻發電機的轉子的公知冷卻結構，其中在轉子端面的一個展開圖(圖1B)中具有形成的渦流-由於它在轉子銅空心導體繞組的進風側及出風側引起不均勻的冷卻氣流供給，及在圖1B的平面A-A中(未展開的)轉子端面的一個截面圖(圖1B)，以及用於冷卻氣流的基本速度三角形(圖1C)；圖2A，B以與圖1A及1B類似的示圖表示的根據本發明的冷卻氣體流傳導的第一優選實施例，它具有邊緣被圓整的端部隔板，該隔板與熱氣體腔的腔壁齊平地延伸或可稍微伸入冷氣體腔中；圖3A，B以與圖1A及1B類似的示圖表示的根據本發明的冷卻氣體流傳導的第二優選實施例，它具有邊緣被圓整的端部隔板及一個支承在前面的氣體引導區段；圖4A，B以與圖1A及1B類似的示圖表示的根據本發明的冷卻氣體流傳導的第三優選實施例，它具有邊緣被圓整的端部隔板及一個支承在前面的增大寬度的氣體引導區段；圖5A，B以與圖1A及1B類似的示圖表示的根據本發明的冷卻氣體流傳導的第四優選實施例，它具有邊緣被圓整的端部隔板及一個支承在前面的、在縫隙出口上帶有有利氣流的突出部分的氣體引導區段；圖6A，B以與圖1A及1B類似的示圖表示的根據本發明的冷卻氣體流傳導的第五優選實施例，它具有增大厚度的邊緣被圓整的端部隔板。
在實施的渦輪發電機轉子的大多數情況下不需要用氣體導環GLR，以便實現用於轉子冷卻的附加壓力。如果在轉子入口處的結構改變的話，可獲得材料利用的改善及運行性能的改善(避免熱不平衡)，以便在極大程度上避免在冷卻介質入口處形成渦流(圖1B中的渦流27)。本發明的構思還在於改善所有渦輪發電機的冷卻氣體供給(通過降低轉子入口氣流阻力改善冷卻氣流分布及容積)，及尤其在於通過避免入口處氣流分層來取代GLR。
圖2以與圖1A及1B類似的示圖表示根據本發明的冷卻氣體流傳導的第一優選實施例。這裡端部隔板16伸入環形縫隙的區段16』不僅具有相對圖1縮短腔壁15，15』上的懸臂(或甚至與腔壁15，15』齊平地端接)，而且在區段16』的側向邊緣主要具有被倒圓角28(斜面或稜角)。通過縮短(或齊平端接)及倒圓角28及使該圓角的半徑與進入的冷卻氣流適配，可在極大程度上消除渦流的形成及使入口阻力係數明顯降低。
圖3表示本發明的第二實施例。這裡在端部隔板16的邊緣被整圓的區段16』的前面放置了一個附加氣體引導區段17。氣體引導區段17及端部隔板16通過一個縫隙29彼此隔開。氣體引導區段17具有向著冷卻氣體流的凸彎曲外側面，它有利於流通地使冷卻氣體流引導到區段16』的周圍。
圖4中所示的第三實施例中氣體引導區段17在圓周方向上相對區段16』增長。縫隙29在流體技術上可被這樣地利用，從增長側30起由於增加了動壓頭使一些冷卻介質被壓到該縫隙中，以使得有可能還出現的渦流被填補或分解。
圖5表示另一實施例。這裡被固定在蓋板19上的氣體引導區段17在流體技術上進一步地被改善，其方式是，在縫隙29的輸出側上設有一個向內彎曲的突出部分31。以此方式，從縫隙29中逸出的冷卻氣體可更好(有利於流通)地返回到轉子10的冷卻氣流中。
圖6中所示的另一實施例放棄使用附加的氣體引導區段17。在此情況下，端部隔板16伸入環形縫隙的區段16』具有比端部隔板16的其它部分厚的厚度，並用其朝著冷卻氣流的一側伸到蓋板19的下面。以此方式，可實現區段16』邊緣上較大的圓角半徑，這有利於入口處的氣流流通。
總之藉助本發明得到一種既簡單又節省材料的轉子冷卻的改善及冷卻更均勻，除圖5的實施例外，可無改變地用於轉子10的兩個轉向。
權利要求
1.直接氣體冷卻的具有單轉子(10)的渦輪發電機(13)，該轉子(10)具有一個圍繞轉子體(18)布置的轉子繞組(14)，該繞組的端面被一個環形的蓋板(19)覆蓋，在轉子(10)中該端面上蓋板(19)及轉子體(18)之間的環形縫隙區段(33，34)中流入用於冷卻轉子(10)的冷卻氣體，該環形縫隙區段(33，34)從圓周方向看其各側面以伸入到環形縫隙中的端部隔板(16)的區段(16』)為限界，該端部隔板設在蓋板(19)及轉子繞組(14)之間，其特徵在於在環形縫隙區段(33，34)入口處冷卻氣體流的分層通過端部隔板(16)與環形縫隙接界的區段(16』)的有利於氣流的構型來避免。
2.根據權利要求1的渦流發電機，其特徵在於從圓周方向上看，伸入冷卻氣體流中的端部隔板(16)的區段(16』)上的側向邊緣具有一個斜面或稜角。
3.根據權利要求1的渦流發電機，其特徵在於從圓周方向上看，伸入冷卻氣體流中的端部隔板(16)的區段(16』)上的側向邊緣具有一個被整成具有一個或多個圓半徑的適合於氣流流通的圓角(28)。
4.根據權利要求2及3中一項的渦流發電機，其特徵在於端部隔板(16)用作成斜面或圓角的區段(16』)在端面上與一個側面被兩個軸向平行的腔壁(15，15』)限界的熱氣體腔(32)端接；及作成斜面或圓角的區段(16)與腔壁(15，15』)齊平地端接。
5.根據權利要求2至4中一項的渦流發電機，其特徵在於在端部隔板(16)的區段(16』)前的氣流方向上設有一個附加氣體引導區段(17)，它使冷卻氣體流引導到區段(16』)的周圍。
6.根據權利要求5的渦流發電機，其特徵在於氣體引導區段(17)通過一個縫隙(29)隔開地設在區段(16』)的前面，及具有朝著冷卻氣體流的凸彎曲外側面。
7.根據權利要求6的渦流發電機，其特徵在於附加氣體引導區段(17)在圓周方向上實質具有與端部隔板(16)的區段(16』)相同的長度，並與區段(16』)在流體技術上構成一個單元。
8.根據權利要求6的渦流發電機，其特徵在於端部隔板(16)的區段(16』)及放置在前面的氣體引導區段(17)這樣地構成，即與轉子(10)的轉向相反地，冷卻氣體從到達的側邊(30)被壓到縫隙(29)中。
9.根據權利要求8的渦流發電機，其特徵在於氣體引導區段(17)在轉子(10)的轉向上至少其前緣超過端部隔板(16)的區段(16』)。
10.根據權利要求8及9中一項的渦流發電機，其特徵在於氣體引導區段(17)在轉子(10)的轉向上的後緣這樣地構成，即通過縫隙(29)流通的冷卻氣體流在很大程度上無過渡地輸送到流入相鄰的環形縫隙區段(34)內的冷卻氣體流中。
11.根據權利要求10的渦流發電機，其特徵在於氣體引導區段(17)在轉子(10)的轉向上的後緣具有一個向內彎曲的突出部分(31)。
12.根據權利要求5至11中一項的渦流發電機，其特徵在於氣體引導區段(17)被固定在蓋板(19)上。
13.根據權利要求2至4中一項的渦流發電機，其特徵在於端部隔板(16)伸入環形縫隙的區段(16』)具有比端部隔板(16)的其它部分厚的厚度，並用其朝著冷卻氣體流的一側伸到蓋板(19)的下面。
全文摘要
在直接氣體冷卻的具有單轉子(10)的渦輪發電機(13)中,轉子(10)具有一個圍繞轉子體(18)布置的轉子繞組(14),該繞組的端面被一個環形的蓋板(19)覆蓋,在轉子(10)的該端面上蓋板(19)及轉子體(18)之間的環形縫隙區段(33,34)中流入用於冷卻轉子(10)的冷卻氣體,該環形縫隙區段(33,34)從圓周方向看其各側面以伸入到環形縫隙中的端部隔板(16)的區段(16′)為限界,該端部隔板設在蓋板(19)及轉子繞組(14)之間,其冷卻的改善這樣地實現:在環形縫隙區段(33,34)入口處冷卻氣體流的分層通過端部隔板(16)與環形縫隙接界的區段(16′)的有利於氣流的構型來避免。
文檔編號H02K3/04GK1328374SQ01120900
公開日2001年12月26日 申請日期2001年6月7日 優先權日2000年6月7日
發明者J·貝爾, J·託默 申請人:阿爾斯託姆電力有限公司