高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构的制作方法

1.本实用新型涉及发电机领域，尤其涉及一种高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构。


背景技术：

2.转子集电装置是立式水轮发电机重要设备，水轮发电机通常采用碳刷将励磁电流引入转子，使发电机转子建立恒定磁场，在碳刷与集电环之间通过几百甚至上千安培超大电流，才得以确保电机对外提供足够功率的电能。目前水轮发电机在碳刷与集电环之间多采用滑动机械接触式导流环，由于长时间机械磨损、过载、抖动、积灰等问题,使碳刷出现过热，导致的碳刷打火、燃烧等故障，严重时导致发电机组被迫停运，使电力生产过程停止，影响电力行业的安全与稳定，转子集电装置是机组运行过程中重点关注的设备，故障率高，大部分故障都会引起刷架、碳刷和集电环等导电部件发热，发热会降低导电部件导电性能，而导电性能降低又会增加发热量，从而形成恶性循环。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就在于为了解决上述问题设计了一种高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构。
4.本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
5.高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构，包括用于转子集电装置气流导向的导向组件，导向组件与发电机转子一直处于相对静止状态，发电机启动时，集电装置的气流方向为从集电装置中两个集电环的第一侧面进入集电装置内部并从两个集电环之间流出集电装置，两个集电环的第一侧面相互背离。
6.进一步地，导向组件包括至少两片导向叶片，多个导向叶片以集电装置的中心体的中心轴线为圆心阵列布置，导向叶片固定在两个集电环之间，导向叶片与集电环转动时的线速度之间的夹角为锐角。
7.进一步地，导向叶片与集电环转动时的线速度之间的夹角为30-60
°
。
8.进一步地，导向叶片与集电环转动时的线速度之间的夹角为45
°
。
9.进一步地，导向组件还包括导向环，导向环的内侧固定在集电装置的中心圆盘外侧壁，导向环外侧壁上端的高度高于导向环内侧壁上端的高度，导向环外侧壁下端的高度低于导向环内侧壁下端的高度。
10.进一步地，两个集电环第二侧面外侧之间的距离大于两个集电环第二侧面内侧之间的距离，两个第二集电环的第二侧面相对。
11.本实用新型的有益效果在于：发电机在启动时，转子的转动使转子附近的气压降低，机罩外的空气大于转子附近的气压，机罩外的空气通过两个集电环的第一侧面进入集电装置内，由于导向组件随着转子的转动在集电装置内形成向外的气流，将集电装置内的高温空气从两个集电环之间引导到发电机机罩外，加快集电装置内外的空气交换，空气与
刷架、碳刷和集电环表面接触，并带走刷架、碳刷和集电环表面的热量，实现对发电机转子集电装置降温的目的。
附图说明
12.图1是本实用新型高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构的结构示意图；
13.图2是本实用新型高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构中导向环的结构示意图；
14.图3是本实用新型高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构的截面结构示意图；
15.图4是本实用新型高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构的气流方向示意图；
16.图5是本实用新型高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构中导向叶片与集电环线速度的夹角示意图；
17.其中相应的附图标记为：
18.1-中心体，2-集电环，201-第一侧面，202-第二侧面，3-导向叶片，4-绝缘连接套件，5-刷架，6-碳刷，7-u形弹簧，8-极间隔板，9-导向环，10-中心圆盘。
具体实施方式
19.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解
上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。
26.如图1、图2、图3、图4所示，集电装置包含电流分配组件和电流收集组件，励磁电流控制单位正极输出的励磁电流经过电缆输入上端的刷架5，上端的刷架5分配励磁电流给上端的碳刷6，上端的碳刷6与上端的集电环2滑动接触，上端的集电环2与发电机转子磁极正极通过电缆连接，发电机转子磁极负极通过电缆与下端的集电环2连接，下端的集电环2与下端碳的刷滑动接触，下端的碳刷6汇流至下端的刷架5，下端的刷架5通过电缆与励磁电流控制单位负极连接。
27.刷架5的厚度20mm，材质为q345，上端的刷架5为正极，下端的刷架5为负极，正负极的刷架5之间通过绝缘子绝缘，刷架5通过螺杆固定悬吊安装在发电机机罩上部，绝缘子垫块中部设置极间隔板8，极间隔板8材质为绝缘板，厚度10mm，防止上环电刷脱落时触碰下环引起短路，同时发挥导流作用，将热空气引出至机罩外。
28.中心体1上部法兰盘与测速装置连接，下部与发电机大轴连接，中心圆盘10的内侧壁与中心体1固定连接，中心圆盘10均开4个键槽孔，便于布置线缆，集电环2厚度为40mm，材质为q345，上端集电环2为正极，下端集电环2为负极。
29.如图1、图2、图3、图4所示，高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构，包括用于转子集电装置气流导向的导向组件，导向组件与发电机转子一直处于相对静止状态，发电机启动时，集电装置的气流方向为从集电装置中两个集电环2的第一侧面201进入集电装置内部并从两个集电环2之间流出集电装置，两个集电环2的第一侧面201相互背离。
30.如图2所示，导向组件包括至少两片导向叶片3，多个导向叶片3以集电装置的中心体1的中心轴线为圆心阵列布置，导向叶片3固定在两个集电环2之间，导向叶片3与集电环2转动时的线速度之间的夹角为锐角。
31.如图5所示，导向叶片3与集电环2转动时的线速度之间的夹角α的范围为30-60
°
。
32.如图5所示，导向叶片3与集电环2转动时的线速度之间的夹角α为45
°
。
33.如图3、图4、图5所示，导向组件还包括导向环9，导向环9的内侧固定在集电装置的中心圆盘10外侧壁，导向环9外侧壁上端的高度高于导向环9内侧壁上端的高度，导向环9外侧壁下端的高度低于导向环9内侧壁下端的高度。
34.如图3、图4所示，两个集电环2第二侧面202外侧之间的距离大于两个集电环2第二侧面202内侧之间的距离，两个第二集电环2的第二侧面202相对。
35.本实用新型高转速水轮发电机转子集电装置的散热结构的工作原理如下：
36.导向叶片3的两端分别与两个集电环2的第二侧面202固定连接，且中心圆盘10的外侧壁上固定导向环9，中心体1俯视逆时针旋转时，导向叶片3随着中心体1转动，改变集电装置内的气流流向，改变后的气流流向通过集电环2、碳刷6和刷架5；中心体1俯视逆时针旋转时，导向叶片3形成向外气流，并通过导向环9和集电环2第二侧面202的设置将热空气引出至机罩外。
37.发电机启动后，电流分配组件悬挂在发电机机罩上静止不动，电流收集组件与发电机转子俯视逆时针同轴旋转，发电机转子带动导向叶片3与发电机转子俯视逆时针同轴旋转，导向叶片3外侧四周形成风压，强制集电环2内空气向外四周流动，在集电环2和中心体1内形成的流道内，将水平流动的气流改变流向至集电环2、碳刷6、u形弹簧7和刷架5等易
发热部件表面，气流吸收易发热部件表面热量，并夹杂气流经过部件表面积聚的碳粉和灰尘，将热量和碳粉带至机罩外；由于中心体1和转子的转动使集电装置内空气流速增大，气压减小，机罩外的空气大于转子附近的气压，机罩外干净的冷空气通过两个集电环2的第一侧面201进入集电装置内，再经集电装置内部吸收刷架5、碳刷6和集电环2表面的热量，以及碳刷6与集电环2摩擦产生的碳粉，实现对发电机转子集电装置降温的目的，保持集电装置各部件良好的工作状态，降低集电装置故障发生率。
38.同时也可以吸收励磁系统过负荷、碳刷6与集电环2接触面过小、集电环2风孔堵塞、碳刷6本身质量问题、集电环2偏心或振动过大、碳粉积压过多等产生的热量，并及时散出，同时起到吹扫集电装置的作用。
39.本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。