具有增壓裝置的氣體冷卻的電機的製作方法
2023-12-01 07:19:26 2
專利名稱：具有增壓裝置的氣體冷卻的電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣體冷卻的電機(elektrische Maschine)，特別是涉及渦輪發電機，其具有一個轉子軸，在該轉子軸上設置有至少一個在發電機殼體中的軸流通風機。
背景技術：
三相交流渦輪發電機按公知的方式被蒸汽輪機或燃氣輪機驅動。由此，通常轉子軸由實心圓柱形鍛造件製成，其中勵磁效應分布在單個槽上。由此，轉子在發電機的定子中轉動。對於這種渦輪發電機的設計和結構決定性的是冷卻技術，因為由此功率可顯著提高。現有的渦輪發電機經常按照等壓原則及相對於環境具有最小壓力升高地工作。
例如DD 120 981 A提出直接用空氣或氣體冷卻繞組的渦輪發電機的轉子，其中應當提高轉子中冷卻劑的滲透，並因此應當改善轉子的冷卻。這可由此實現，在端環的內邊緣與轉子的軸頸之間的環間隙之間有一個軸向工作葉柵。由此，冷卻劑在端環區域供給渦旋分量，使得冷卻劑幾乎與葉片全等的進入槽底通道或繞組端部處的徑向豎井，由此衝擊損失(Stoβverluste)明顯減小，而冷卻劑滲透提高。一個這樣構造的渦輪發電機在圖5中示意表示。
一個用於改善冷卻渦輪發電機的解決建議由DE 195 05 388 A1給出。這裡描述一個空氣冷卻的、轉動的具有敞開冷卻循環的電機，其中一個設有冷卻通道的定子和轉子被冷卻通道中的冷卻空氣流過，接著冷卻空氣排出口處的冷卻空氣排出到環境中。由此應當提高冷卻介質空氣的冷卻能力。這由此實現，至少在轉子端部在轉子軸上設有一個渦輪級。在一個這樣的渦輪級上減壓被壓縮的空氣，因此空氣在進入發電機前冷卻，由此提高空氣的冷卻能力。由於通常較小的體積流量相對於所需費用由減壓得到的冷卻能力較小。
DE 100 58 857 A1描述了一種氣體冷卻機器，特別是渦輪發電機，其中冷卻能力應當由特殊設計的流入空間在緊鄰流入孔的通道段的流入孔部位以徑向節流間隙改善，其中節流間隙特別是旋轉對稱地沿著總流入孔延伸。由此軸流通風機的葉片均勻地受進氣加載。由此可很小地改善機器內的及機器使用的繞組冷卻。
DE 198 56 456 A1描述另一個氣體冷卻的帶有軸流通風機和在軸流通風機流出側布置有出口導向裝置的電機，出口導向裝置用於提供冷卻空氣的壓力。由此藉助入流空間的軸流通風機提高壓力，入流空間通過一個內部罩殼和一個在軸流通風機徑向平面上的隔板界定。此外，出口導向裝置由導向擴散器(Umlenkdiffusor)構成，導向擴散器用於把冷卻空氣流從基本軸嚮導向為一個基本徑向流動方向。由此壓力提升可較小，通常剛好足夠補償由過濾器及其它組件引起的冷卻空氣的壓力損失。
此外，現有技術零星地提到了這樣的空氣冷卻發電機，其中，發電機內部空間的空氣壓力由外部壓縮機明顯地提高，壓縮機由外部能量系統驅動。通常在此設有電廠輸送技術的接口。但不利的是較高的花費和外部附加裝置、能量和輸送技術的費用。此外，易發生故障。
發明內容
本發明的任務在於，提供一種改進的氣體冷卻的電機，該電機避免了上述現有技術的缺點。此外，應當在發電機殼體中實現顯著的壓力提升，以實現熱量導出及由此實現有效的發電機冷卻。在此，不需附加外部用以提高壓力的裝置或外部調節裝置，而提出簡單、經濟的解決方案，該方案適於已有的發電機的簡單的改造。
該任務通過權利要求1的特徵解決。其它有利方案和改進方案在從屬權利要求中描述。
通過在轉子軸上設置壓縮器，該壓縮器在其吸入側與環境相連及在其流出側與發電機內部相連，使發電機內部相對於環境的壓力顯著升高。通過在軸系上設置壓縮器不需外部能源系統及輸送技術或電廠輸送技術接口(Schnittstellen)。此外，這樣的裝置的故障安全性很好，因為它直接與發電機工作耦合。壓縮器，在此例如可為軸流通風機、軸流壓縮機、離心壓縮機、對角壓縮機(Diagonalverdichter)或其組合。
本發明的一個特別優選實施方案在於使用離心壓縮機，因為離心壓縮機很適於小體積流量，該體積流量如同在發電機工作的主要轉速和流動條件下的情形。
使用一個帶孔圓盤是本發明的一個特別簡單的改進方案。該盤以一個特別簡單的方式製造，而無顯著附加費用。該帶孔圓盤在此可以是分體式以便裝配簡單或易於現有發電機的改造。對於新的設計或相應的有利的軸直徑，帶孔圓盤可熱壓套裝在轉子軸上。
對於一個簡單的方案，在此在一個圓環狀金屬盤中設有對角(diagonale)孔(鑽孔)，金屬盤無相對轉動地固定在軸上，其中在吸入側從轉子中間軸線到孔入口的距離ri小於在流出側從轉子中間軸線到孔出口的距離ra。帶孔圓盤相對於發電機殼體的孔密封或運行於相應的壓縮器殼體中。一個有利的改進方案在於，帶孔圓盤由兩件或多個件構成。在此一個底件(Fussteil)例如整料車削，然後把其它部件固定在底件上。
此外有利的是，過濾器裝在壓縮器的吸入側，由此壓縮器不會吸入汙物顆粒或其它小件並使其進入發電機內部空間。這裡例如使用一個簡單的網眼細密的網或纖維網材料，其圍繞基本上環形的壓縮器孔。由此可以看出，實現了小的壓力損失。
還提供了本發明的另一有利實施方案，在發電機的兩端上在轉子軸上分別設有一個壓縮器。由此，如果需要的話可提高體積流量。
本發明的特別有利的實施方案在於用於小型或中型渦輪發電機，此渦輪發電機用封閉的冷卻循環，這裡優選的冷卻介質為空氣，優選使用環境中的空氣。
在此優選例如對於具有封閉空氣冷卻循環的空氣冷卻發電機，發電機內部壓力提高至30,000Pa。相應地本發明的有利實施方案是，這樣設計壓縮器，使得冷卻氣體壓縮20-40％，優選為30％。通過冷卻空氣的更高的密度實現有效的冷卻，因為通過冷卻劑的密度的提高增加了熱量導出。在此由於小的體積流量，壓縮產生的溫度升高可忽略。此外，用壓力升高補償洩漏壓力損失及其他壓力損失。由此發電機殼體特別是在高度壓縮時在提高的內部壓力以下工作。
因此，通過根據本發明的氣體冷卻電機以小的花費明顯改善轉子的自通風作用。
這在更換或改造現有發電裝置時是個重要的優點。
以下，結合附圖來描述本發明的優選實施例，附圖為圖1一個根據本發明的氣體冷卻渦輪發電機的優選方案的示意剖面圖；圖2圖1的局部放大示意圖；圖3根據本發明的帶孔圓盤的優選實施方案的零件示意圖；圖4圖3的帶孔圓盤的沿線IV-IV的剖面圖；圖5現有技術的氣體冷卻渦輪發電機的示意剖面圖。
僅示出了對於理解本發明重要的部件。在以下描述中相同或相似的件用相同的附圖標記表示。軸向和徑向的方向描述是相對於虛線表示的轉子軸線。這些圖不是按比例的。
具體實施例方式
圖1為一個根據本發明的帶有封閉冷卻循環的渦輪發電機1的優選方案的示意剖面圖。圖2為根據圖1的放大圖。冷卻氣體的流向在這些圖中用箭頭表示。
所示實施方案為具有封閉冷卻循環的空氣冷卻渦輪發電機1。該渦輪發電機1被一個基本柱狀的、鋼板製成的發電機殼體2包圍。在發電機殼體2中容納有一個帶有轉子3的轉子軸15。轉子3在其由發電機殼體2伸出的軸端處支承在軸承11上。
在此，轉子3可轉動地容納在定子6中。定子6在板疊中具有冷卻空氣通道7和排氣通道8。此外在發電機殼體2的下側設有散熱器12。
發電機殼體2的外面，電刷架21在圖1和圖2中位於右軸端。
軸密封件5相對於環境密封發電機殼體2上的左軸孔。在發電機殼體2中一個第一軸流通風機4與所述軸密封件5相鄰，該軸流通風機被一個環狀流入孔18包圍。在此，軸流通風機4具有在徑向上設置在一個轉子盤上的空氣葉片。流入孔18容納在罩殼17中，該罩殼把流入空間13與流出空間14分開。
第一軸流通風機4的結構和設置以上述方式與圖1右側相同，因此在圖2細節圖中與左軸流通風機4的結構和設置相同。
與兩個軸流通風機4相鄰，轉子3在其端部具有轉子罩19，轉子罩19限定轉子繞組20。
為冷卻轉子繞組20及定子繞組16，兩個軸流通風機4設置在發電機殼體2的轉子軸15的兩側。通過軸流通風機4空氣由發電機殼體2內的流入空間13向流出空間14輸送。由此，冷卻空氣一方面流過定子6中的冷卻空氣通道7和排氣通道8，另一方面流過轉子上的轉子槽22。然後，排出的空氣經過殼體下半部中的散熱器12冷卻。
在圖面中右軸端處，發電機殼體2的出口處一個由帶孔圓盤構成的壓縮器9設置在轉子軸15上。壓縮器9被稱為壓縮器殼體23的環狀密封圈包圍，密封圈相對於環境密封殼體內部空間。在本實施例中壓縮器9熱壓套裝在轉子軸15上。
為避免汙物顆粒進入發電機內部空間，在壓縮器9前面在發電機殼體2的外側設有環形過濾器10特別是過濾纖維網。
在工作期間通過轉子軸15的轉動帶動壓縮器轉動並在小體積流量時就提高流入空間13的壓力，由此提高冷卻氣體的密封。通過壓縮器殼體23和軸密封件5避免被壓縮的冷卻空氣回流到環境中。軸流通風機4還用於通過流入孔18壓縮的冷卻空氣流入發電機內部空間並冷卻轉子3及定子6。由此發電機殼體2中的壓力通過「自增壓」用壓縮器9升至約30000Pa。由此僅通過轉子軸1的轉速調節壓縮器9，即這裡為帶孔圓盤，因此抗幹擾且直接地與發電機相聯繫。由於壓縮而引起的冷卻介質的溫度升高由於小的體積流量在總體考慮冷卻循環時可被忽略，小的體積流量僅用於補償洩漏。
圖3為圖1和圖2的壓縮器9的吸入側27方向的示意細節圖。圖4為圖3的壓縮器9沿IV-IV的剖面圖。在此為圓環形帶孔圓盤，帶孔圓盤用軸孔26無相對轉動地固定在轉子軸15上。
此外，在本實施例中由帶孔圓盤構成的壓縮器9具有例如特別的由圖4清楚看到的在其圓周上規則分布的八個對角分布的孔25，這些孔為鑽孔並在向著環境的吸入側27上以半徑ri與轉子軸線24隔開，該半徑小於向著發電機內部空間的排出側28上的半徑，在排出側上孔25以一個徑向距離ra與轉子軸線24隔開並流出。因此，帶孔圓盤構成一個離心壓縮器。孔25數量和直徑相應於洩漏量及發電機中的期望壓力水平來適配。
附圖標記1 渦輪發電機2 發電機殼體3 轉子4 軸流通風機5 軸密封6 定子7 冷卻空氣通道8 排氣通道9 壓縮器10 過濾器11 軸承12 散熱器13 流入空間14 流出空間15 轉子軸16 定子繞組17 罩殼18 流入孔19 轉子罩20 轉子繞組21 電刷架22 轉子槽23 壓縮器殼體24 轉子軸線25 孔26 軸孔27 吸入側28 排出側
權利要求
1.一種氣體冷卻電機，特別是渦輪發電機(1)，其具有一個轉子軸(15)，在該轉子軸上設有至少一個在一個發電機殼體(2)中的軸流通風機(4)，其特徵在於，除軸流通風機(4)外在轉子軸(15)上還設有至少一個壓縮器(9)，該壓縮器在其吸入側(27)上與環境相連並在其排出側(28)上與發電機內部相連。
2.根據權利要求1所述的氣體冷卻電機，其特徵在於，壓縮器(9)為離心壓縮器。
3.根據權利要求1或2所述的氣體冷卻電機，其特徵在於，壓縮器(9)容納在相對於環境密封發電機內部空間的一個壓縮器殼體(23)中。
4.根據權利要求3所述的氣體冷卻電機，其特徵在於，一個帶孔圓盤用作壓縮器(9)。
5.根據權利要求4所述的氣體冷卻電機，其特徵在於，帶孔圓盤的吸入側(27)上的孔25以一個從轉子軸線(24)測量的小半徑ri流入並以一個從轉子軸線(24)測量的大半徑ra在排出側(28)流出。
6.根據權利要求4或5所述的氣體冷卻電機，其特徵在於，帶孔圓盤由兩件或更多件構成。
7.根據前述權利要求中任一項所述的氣體冷卻電機，其特徵在於，在壓縮器入口前設置一個過濾器(10)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的氣體冷卻電機，其特徵在於，在兩個發電機端部中的每一個上分別在轉子軸(15)上設有一個壓縮器(9)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的氣體冷卻電機，其特徵在於，冷卻氣體為空氣。
10.氣體冷卻電機，其特徵在於，壓縮器(9)的孔的設置使發電機內部的冷卻氣體被壓縮約20-40％，優選為30％。
全文摘要
一種氣體冷卻電機，特別是渦輪發電機(1)，具有一個轉子軸(15)，在該轉子軸上設有至少一個在一個發電機殼體(2)中的軸流通風機(4)，其特徵在於，除軸流通風機(4)外在轉子軸(15)上還設有至少一個壓縮器(9)，該壓縮器在其吸入側(27)上與環境相連並在其排出側(28)上與發電機內部相連。通過在轉子軸上設置這種壓縮器，直接相對於環境壓力提高發電機內部的壓力，由此改善渦輪發電機(1)的冷卻。通過在軸系上設置壓縮器不需外部能源系統及輸送技術或電廠輸送技術接口。此外，這樣的裝置的故障安全性很好，因為它直接與發電機工作耦合。
文檔編號H02K9/10GK1677799SQ200510062970
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月31日 優先權日2004年3月31日
發明者O·德魯貝爾, G·謝爾夫, A·施羅伊辛格 申請人:阿爾斯託姆科技有限公司