专利名称：直接气体冷却的单转子涡轮发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于产生电能的涡轮发电机领域。它涉及根据权利要求1前序部分的涡轮发电机。
这种涡轮发电机例如已由文献EP-A1-0 854 559公知。
为了冷却或排出一个发电机的转子中的电损耗热量，穿过转子将流过一种冷却流体(通常是气态)(可参见EP-A1-0 854 559)。这里对于良好的冷却首先重要的是，转子端面的进气几何布置。一种公知的进气几何布置表示在
图1A及1B上。其中图1B表示转子端面的展开图，及图1A表示通过图1B的平面A-A中转子端面(未展开)的截面图。一个发电机13的转子10包括一个中心圆柱形的转子体18，在其外围设有一个或多个转子绕组14。转子绕组14以平行于转子轴的多个导体束的形式延伸在转子的激磁部分11中，并在两个导体束之间的转子绕组头12中形成一个180°的回转部分。端面上绕组的空间通过一个圆环形盖板19封闭(EP-A1-0 854 559的图2中的22)。在盖板19及转子绕组14之间设有端部隔板16，它们具有圆环扇段的形状。伸入转子绕组14及转子体18之间的环形缝隙中的端部隔板16的区段与两个轴向的腔壁15，15’形成了连续的隔板，它使冷气体腔25及热气体腔32与进气口21及出气口22(通过相应的通风槽20)彼此分开。在此情况下端部隔板16将用来支持腔壁15，15’。由此通常产生一个悬臂24，它伸到冷气体腔25中。在不利情况下该悬臂24甚至还具有一个延长部分23。
悬臂24还从其延长部分23到相交界的冷气体腔25的锐边终端专用于对付与气流的分层相关的强烈收缩力。该气流分层(涡流27)在转子10圆周速度作用下将导致冷却介质对转子绕组14的不均匀供给。在此情况下，冷却气流相对转子10所产生的速度w将根据图1C中的速度三角形26由轴向气流速度c及转子10的圆周速度u的矢量叠加形成。
为了避免这种气流分层，在开始部分所述的EP-A1-0 854 559中已提出在盖板19及转子体18之间冷却气体流入区域中设置一个两级气流栅形式的气体导环(GLR)。该GLR基本上解决该通风技术问题，但还具有一些缺点一方面，这种GLR与高的费用相联系。另一方面，一旦要对冷却气流进行显著改变(例如发电机短路或小功率时)，其功能将受损。最后，该GLR的功能与转向相关，以致在转向改变时所需效果将不存在。
因此本发明的任务是，对开始部分所述类型的发电机这样地设计，即无需大的附加费用便可获得转子冷却气体供给的改善，并尤其可以避免在冷却气体进入转子时冷却气体流中不希望有的涡流形成及涡流分层，及使气流阻力降低。
该任务将通过权利要求1的所有特征来解决。本发明的核心在于，冷却气流进入环形缝隙区段时的气流分层将通过端部隔板伸入环形缝隙中的区段的有利于气流的构型来避免。
本发明的第一优选构型其特征在于从圆周方向上看，伸入冷却气体流中的端部隔板的区段上的侧向边缘具有一个斜面或棱角或一个被整成具有一个或多个圆半径的适合于气流流通的圆角。通过斜面或圆角可使进入边缘区域的冷却气体流在极大程度上避免气流分层及使气流阻力降低，由此在其它边界条件相同的情况下转子冷却可被显著地改善。此外，几乎微不足道的涡流通过冷却介质从圆角到区段横截面的加速而被瓦解。在此情况下特别有利的是，端部隔板用作成斜面或圆角的区段在端面上与一个侧面被两个轴向平行的腔壁限界的热气体腔端接，及作成斜面或圆角的区段与腔壁齐平地端接。
本发明的第二优选构型其特征在于在端部隔板的区段前的气流方向上设有一个附加气体引导区段，它使冷却气体流引导到区段的周围。与区段边缘整成圆角无关地，该区段的贯流可通过设置在前面的气体引导区段进一步变均匀及改善，其中通过分开的气体引导区段开创了其它构型及优化的可能性。
根据另一优选构型可使分层的涡流进一步改善，即气体引导区段通过一个缝隙隔开地设在区段的前面，及具有朝着冷却气体流的凸弯曲外侧面，及端部隔板的区段与放置在前面的气体引导区段这样地构成，即与转子的转向相反地冷却气体从到来的侧边被压到缝隙中。通过该缝隙流通的冷却气体在其出口上附加地阻止涡流的形成。为了避免对缝隙气流的干扰影响，在此情况下有利的是，气体引导区段在转子的转向上其后缘这样地构成，即通过缝隙流通的冷却气体流在很大程度上无过渡地输送到流入相邻的环形缝隙区段内的冷却气体流中。
其它的实施形式可由从属权利要求中得到。
以下将结合附图借助实施例来详细地描述本发明。附图为图1A-C用于一个气体冷却发电机的转子的公知冷却结构，其中在转子端面的一个展开图(图1B)中具有形成的涡流-由于它在转子铜空心导体绕组的进风侧及出风侧引起不均匀的冷却气流供给，及在图1B的平面A-A中(未展开的)转子端面的一个截面图(图1B)，以及用于冷却气流的基本速度三角形(图1C)；图2A，B以与图1A及1B类似的示图表示的根据本发明的冷却气体流传导的第一优选实施例，它具有边缘被圆整的端部隔板，该隔板与热气体腔的腔壁齐平地延伸或可稍微伸入冷气体腔中；图3A，B以与图1A及1B类似的示图表示的根据本发明的冷却气体流传导的第二优选实施例，它具有边缘被圆整的端部隔板及一个支承在前面的气体引导区段；图4A，B以与图1A及1B类似的示图表示的根据本发明的冷却气体流传导的第三优选实施例，它具有边缘被圆整的端部隔板及一个支承在前面的增大宽度的气体引导区段；图5A，B以与图1A及1B类似的示图表示的根据本发明的冷却气体流传导的第四优选实施例，它具有边缘被圆整的端部隔板及一个支承在前面的、在缝隙出口上带有有利气流的突出部分的气体引导区段；图6A，B以与图1A及1B类似的示图表示的根据本发明的冷却气体流传导的第五优选实施例，它具有增大厚度的边缘被圆整的端部隔板。
在实施的涡轮发电机转子的大多数情况下不需要用气体导环GLR，以便实现用于转子冷却的附加压力。如果在转子入口处的结构改变的话，可获得材料利用的改善及运行性能的改善(避免热不平衡)，以便在极大程度上避免在冷却介质入口处形成涡流(图1B中的涡流27)。本发明的构思还在于改善所有涡轮发电机的冷却气体供给(通过降低转子入口气流阻力改善冷却气流分布及容积)，及尤其在于通过避免入口处气流分层来取代GLR。
图2以与图1A及1B类似的示图表示根据本发明的冷却气体流传导的第一优选实施例。这里端部隔板16伸入环形缝隙的区段16’不仅具有相对图1缩短腔壁15，15’上的悬臂(或甚至与腔壁15，15’齐平地端接)，而且在区段16’的侧向边缘主要具有被倒圆角28(斜面或棱角)。通过缩短(或齐平端接)及倒圆角28及使该圆角的半径与进入的冷却气流适配，可在极大程度上消除涡流的形成及使入口阻力系数明显降低。
图3表示本发明的第二实施例。这里在端部隔板16的边缘被整圆的区段16’的前面放置了一个附加气体引导区段17。气体引导区段17及端部隔板16通过一个缝隙29彼此隔开。气体引导区段17具有向着冷却气体流的凸弯曲外侧面，它有利于流通地使冷却气体流引导到区段16’的周围。
图4中所示的第三实施例中气体引导区段17在圆周方向上相对区段16’增长。缝隙29在流体技术上可被这样地利用，从增长侧30起由于增加了动压头使一些冷却介质被压到该缝隙中，以使得有可能还出现的涡流被填补或分解。
图5表示另一实施例。这里被固定在盖板19上的气体引导区段17在流体技术上进一步地被改善，其方式是，在缝隙29的输出侧上设有一个向内弯曲的突出部分31。以此方式，从缝隙29中逸出的冷却气体可更好(有利于流通)地返回到转子10的冷却气流中。
图6中所示的另一实施例放弃使用附加的气体引导区段17。在此情况下，端部隔板16伸入环形缝隙的区段16’具有比端部隔板16的其它部分厚的厚度，并用其朝着冷却气流的一侧伸到盖板19的下面。以此方式，可实现区段16’边缘上较大的圆角半径，这有利于入口处的气流流通。
总之借助本发明得到一种既简单又节省材料的转子冷却的改善及冷却更均匀，除图5的实施例外，可无改变地用于转子10的两个转向。
权利要求
1.直接气体冷却的具有单转子(10)的涡轮发电机(13)，该转子(10)具有一个围绕转子体(18)布置的转子绕组(14)，该绕组的端面被一个环形的盖板(19)覆盖，在转子(10)中该端面上盖板(19)及转子体(18)之间的环形缝隙区段(33，34)中流入用于冷却转子(10)的冷却气体，该环形缝隙区段(33，34)从圆周方向看其各侧面以伸入到环形缝隙中的端部隔板(16)的区段(16’)为限界，该端部隔板设在盖板(19)及转子绕组(14)之间，其特征在于在环形缝隙区段(33，34)入口处冷却气体流的分层通过端部隔板(16)与环形缝隙接界的区段(16’)的有利于气流的构型来避免。
2.根据权利要求1的涡流发电机，其特征在于从圆周方向上看，伸入冷却气体流中的端部隔板(16)的区段(16’)上的侧向边缘具有一个斜面或棱角。
3.根据权利要求1的涡流发电机，其特征在于从圆周方向上看，伸入冷却气体流中的端部隔板(16)的区段(16’)上的侧向边缘具有一个被整成具有一个或多个圆半径的适合于气流流通的圆角(28)。
4.根据权利要求2及3中一项的涡流发电机，其特征在于端部隔板(16)用作成斜面或圆角的区段(16’)在端面上与一个侧面被两个轴向平行的腔壁(15，15’)限界的热气体腔(32)端接；及作成斜面或圆角的区段(16)与腔壁(15，15’)齐平地端接。
5.根据权利要求2至4中一项的涡流发电机，其特征在于在端部隔板(16)的区段(16’)前的气流方向上设有一个附加气体引导区段(17)，它使冷却气体流引导到区段(16’)的周围。
6.根据权利要求5的涡流发电机，其特征在于气体引导区段(17)通过一个缝隙(29)隔开地设在区段(16’)的前面，及具有朝着冷却气体流的凸弯曲外侧面。
7.根据权利要求6的涡流发电机，其特征在于附加气体引导区段(17)在圆周方向上实质具有与端部隔板(16)的区段(16’)相同的长度，并与区段(16’)在流体技术上构成一个单元。
8.根据权利要求6的涡流发电机，其特征在于端部隔板(16)的区段(16’)及放置在前面的气体引导区段(17)这样地构成，即与转子(10)的转向相反地，冷却气体从到达的侧边(30)被压到缝隙(29)中。
9.根据权利要求8的涡流发电机，其特征在于气体引导区段(17)在转子(10)的转向上至少其前缘超过端部隔板(16)的区段(16’)。
10.根据权利要求8及9中一项的涡流发电机，其特征在于气体引导区段(17)在转子(10)的转向上的后缘这样地构成，即通过缝隙(29)流通的冷却气体流在很大程度上无过渡地输送到流入相邻的环形缝隙区段(34)内的冷却气体流中。
11.根据权利要求10的涡流发电机，其特征在于气体引导区段(17)在转子(10)的转向上的后缘具有一个向内弯曲的突出部分(31)。
12.根据权利要求5至11中一项的涡流发电机，其特征在于气体引导区段(17)被固定在盖板(19)上。
13.根据权利要求2至4中一项的涡流发电机，其特征在于端部隔板(16)伸入环形缝隙的区段(16’)具有比端部隔板(16)的其它部分厚的厚度，并用其朝着冷却气体流的一侧伸到盖板(19)的下面。
全文摘要
在直接气体冷却的具有单转子(10)的涡轮发电机(13)中,转子(10)具有一个围绕转子体(18)布置的转子绕组(14),该绕组的端面被一个环形的盖板(19)覆盖,在转子(10)的该端面上盖板(19)及转子体(18)之间的环形缝隙区段(33,34)中流入用于冷却转子(10)的冷却气体,该环形缝隙区段(33,34)从圆周方向看其各侧面以伸入到环形缝隙中的端部隔板(16)的区段(16′)为限界,该端部隔板设在盖板(19)及转子绕组(14)之间,其冷却的改善这样地实现:在环形缝隙区段(33,34)入口处冷却气体流的分层通过端部隔板(16)与环形缝隙接界的区段(16′)的有利于气流的构型来避免。
文档编号H02K3/04GK1328374SQ01120900
公开日2001年12月26日 申请日期2001年6月7日 优先权日2000年6月7日
发明者J·贝尔, J·托默 申请人:阿尔斯托姆电力有限公司