具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统

摘要

本发明公开了具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统，它涉及电机领域。本发明为了解决现有大容量汽轮发电机温度高的问题，定子铁心内开设有定子轴向油液通道，定子密闭油罩包裹在整个定子区域的外侧，定子密闭油罩内充满流动的冷却油，油液冷却器安装在定子支架的上方，抽出式多级风扇和压入式多级风扇分别安装转子轴的两侧，气体冷却器安装在压入式多级风扇的进风侧，转子主轴和转子副轴相连接，风扇板沿周向均匀安装在转子副轴外表面，转子铁心内开设有转子径向通风沟和转子轴向通风孔，转子轴向通风孔通过转子轴向导风环连接。本发明增强了汽轮发电机构件的冷却效果，结构简单，便于实现。

说明书

技术领域

本发明涉及具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统，属于电机领域。

背景技术

随着科学技术的不断进步，电力能源已经成为社会发展和居民生活所必需的重要动力能源和物质基础之一。汽轮发电机的产生及应用给我们生产生活带来了诸多的便利，满足了人们不断增长的用电需求，对人类的生产生活及可持续发展产生了极其重要的影响。汽轮发电机是火电厂、联合循环电站和核电站的关键设备之一，作为发电站中的重要能源转换装置，汽轮发电机内部温度过高、短路故障等会直接影响到机组运行的可靠性，一旦发生故障不仅对电厂发电机乃至电力系统的安全运行产生严重影响，还会带来巨大的经济损失。

为了有效的提高汽轮发电机内总流体流量，并充分地利用汽轮发电机内的冷却介质来有效地带走各构件的热量，可以采用具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统，通过定子铁心内开设的多排轴向油液通道和采用冷却油作为冷却介质，可以有效地带走定子端部绕组、定子压指、定子压板和定子铁心的热量，明显地降低了定子端部绕组、定子压指、定子压板和定子铁心的温度，可以有效地解决大型汽轮发电机定子区域难以有效冷却的问题。利用抽出式多级风扇和压入式多级风扇、转子铁心内开设有转子径向通风沟和转子轴向通风孔、转子副轴外表面增设有风扇板，加快了冷却气体通过转子铁心和转子绕组的速度，提高了转子通风系统的循环速度，显著地降低了转子铁心和转子绕组的温度，增强了汽轮发电机安全稳定运行的能力。

发明内容

本发明的目的是提供具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统，以解决由于大容量汽轮发电机定子区域和转子区域通风设计不合理而导致的定子铁心、定子绕组、转子铁心、转子绕组和端部构件温度过高的问题，改变了定子区域的冷却介质，加强了转子区域流体的流动速度，提高了汽轮发电机的散热效率，通过具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的通风冷却系统可以有效地降低汽轮发电机内各构件的最高温度，提高了汽轮发电机长期安全稳定运行的能力。

本发明的具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统，它包括油液冷却器、定子铁心、定子密闭油罩、定子轴向油液通道、定子压指、定子压板、定子绕组、定子支架、转子铁心、转子径向通风沟、转子轴向通风孔、转子轴向导风环、抽出式多级风扇、压入式多级风扇、转子轴、风扇板、转子绕组、气体冷却器、壳体。定子铁心包括定子铁心齿和定子铁心轭；转子轴由转子主轴和转子副轴组成。定子铁心内开设有定子轴向油液通道，定子密闭油罩包裹在整个定子区域的外侧，定子密闭油罩内充满流动的冷却油，油液冷却器安装在定子支架的上方，抽出式多级风扇和压入式多级风扇分别安装转子轴的两侧，气体冷却器安装在压入式多级风扇的进风侧，转子主轴和转子副轴相连接，风扇板沿周向均匀安装在转子副轴外表面，转子铁心内开设有转子径向通风沟和转子轴向通风孔，转子轴向通风孔通过转子轴向导风环连接。

定子轴向油液通道半径为5mm至15mm；定子密闭油罩内径与定子铁心内径相等，定子密闭油罩外径与油液冷却器内径相等；转子轴向通风孔截面为圆形，半径为5mm至20mm；转子轴向导风环内径与转子轴向通风孔外径相等；转子径向通风沟宽度为5mm至20mm；转子副轴上安装有风扇板，风扇板在圆周方向共5个至8个。

作为优选，所述的定子轴向油液通道由直线排列调整为蛇形排列，减少了定子压板和定子压指的开孔数量，增大了定子铁心内部与冷却油的接触面积，有效地降低了定子铁心的温度。

作为优选，所述的转子铁心齿部增加了一排转子轴向通风孔，增大了转子铁心齿部表面散热系数，有效地带走了转子铁心齿部的热量，进一步降低了转子铁心的温度。

作为优选，所述的定子轴向油液通道在圆周方向调整为交错排布，提高了定子轴向油液通道内冷却油的利用率，可以更加充分地冷却定子铁心，进一步降低了定子铁心的温度。

本发明的优点：大容量汽轮发电机内定子铁心、定子绕组、转子铁心、转子绕组和端部构件发热较为严重，本发明通过在汽轮发电机两侧采用抽出式多级风扇和压入式多级风扇、定子区域采用冷却油作为冷却介质、定子齿和轭均开设多排且规则的定子轴向油液通道、转子铁心内开设有转子径向通风沟和转子轴向通风孔、转子轴采用转子主轴和转子副轴组合的方式、转子副轴外表面增设有风扇板，从而形成了具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统。具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统通过定子区域采用冷却油作为冷却介质、定子齿和轭均开设多排且规则的定子轴向油液通道可以有效地带走定子端部绕组、定子压指、定子压板和定子铁心的热量，增大了冷却油与定子端部绕组、定子压指、定子压板和定子铁心的接触面积，明显地降低了定子端部绕组、定子压指、定子压板和定子铁心的温度，可以解决大型汽轮发电机定子区域难以有效冷却的问题，可以显著地降低发热严重的定子绕组的温度。在转子区域的通风冷却方面，在汽轮发电机两侧采用了抽出式多级风扇和压入式多级风扇，在抽出式多级风扇和压入式多级风扇作用下，大幅度提高了汽轮发电机内冷却气体的流量和压力。通过转子铁心内开设有转子径向通风沟和转子轴向通风孔、转子副轴外表面增设有风扇板，有效地加快了冷却气体通过转子铁心和转子绕组的速度，降低了转子铁心和转子绕组的温度，提高了转子通风系统的循环速度，解决了转子铁心内部风路相互干扰的问题，改善了传统风冷结构冷却能力不足的问题，减小了汽轮发电机转子区域在轴向方向的温差和热应力，增强了汽轮发电机安全稳定运行的能力。本发明所述的具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风系统冷却效果明显优于传统汽轮发电机通风系统冷却效果，而且比传统汽轮发电机的制造成本更低，可靠性更高，更易于实现。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明所述具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统的轴向方向截面图。

图2为本发明所述具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统中定子铁心径向截面的局部放大图。

图3为本发明所述具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统中转子铁心径向截面的局部放大图。

图4为本发明所述具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统中转子轴向导风环的轴向截面图。

图5为本发明所述具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统中转子轴向导风环的径向截面图。

图6为本发明所述具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统中定子密闭油罩和油液冷却器的径向截面图。

图7为本发明具体实施方式二所述的具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统的轴向方向截面图。

图8为本发明具体实施方式三所述的具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统的轴向方向截面图。

图9为本发明具体实施方式四所述的具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统中定子铁心径向截面的局部放大图。

图中：1-油液冷却器、2-定子铁心、3-定子密闭油罩、4-定子轴向油液通道、5-定子压指、6-定子压板、7-定子绕组、8-定子支架、9-转子铁心、10-转子径向通风沟、11-转子轴向通风孔、12-转子轴向导风环、13-抽出式多级风扇、14-压入式多级风扇、15-转子轴、16-风扇板、17-转子绕组、18-气体冷却器、19-壳体。图中箭头所示为具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统中冷却介质流动方向。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述的具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统，它包括油液冷却器1、定子铁心2、定子密闭油罩3、定子轴向油液通道4、定子压指5、定子压板6、定子绕组7、定子支架8、转子铁心9、转子径向通风沟10、转子轴向通风孔11、转子轴向导风环12、抽出式多级风扇13、压入式多级风扇14、转子轴15、风扇板16、转子绕组17、气体冷却器18、壳体19。定子铁心2包括定子铁心齿2-1和定子铁心轭2-2；转子轴15由转子主轴15-1和转子副轴15-2组成。定子铁心2内开设有定子轴向油液通道4，定子密闭油罩3包裹在整个定子区域的外侧，定子密闭油罩3内充满流动的冷却油20，油液冷却器1安装在定子支架8的上方，抽出式多级风扇13和压入式多级风扇14分别安装转子轴15的两侧，气体冷却器18安装在压入式多级风扇14的进风侧，转子主轴15-1和转子副轴15-2相连接，风扇板16沿周向均匀安装在转子副轴15-2外表面，转子铁心9内开设有转子径向通风沟10和转子轴向通风孔11，转子轴向通风孔11通过转子轴向导风环12连接。

定子轴向油液通道4半径为5mm至15mm，本实施例取半径为10mm；定子密闭油罩3内径与定子铁心2内径相等，定子密闭油罩3外径与油液冷却器1内径相等；转子轴向通风孔11截面为圆形，半径为5mm至20mm，本实施例取半径为15mm；转子轴向导风环12内径与转子轴向通风孔11外径相等；转子径向通风沟10宽度为5mm至20mm，本实施例取宽度为15mm；转子副轴15-2上安装有风扇板16，风扇板16在圆周方向共5个至8个，本实施例取8个。

将原来汽轮发电机的单侧多级风扇变为两侧的抽出式多级风扇13和压入式多级风扇14，将原来的定子区域采用氢气作为冷却介质和定子铜绕组内通有冷却水的方式替换为定子区域采用流动的油来进行冷却的方式，原来实心的转子铁心9内开设有转子径向通风沟10和转子轴向通风孔11，原来实心转子轴替换为转子主轴15-1和转子副轴15-2，在转子副轴15-2外表面增设有风扇板16。具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统运行时在驱动器的作用下冷却油由油液冷却器1左端流出进入到定子密闭油罩3的左侧腔体内，冷却油直接冷却左侧定子端部绕组，显著地增大了左侧定子端部绕组的表面散热系数，有效地降低了左侧定子端部绕组的温度，冷却左侧定子端部绕组后，冷却油分两路进入到定子区域，一路先经过左侧的定子压指5、定子压板6进入定子铁心2内的定子轴向油液通道4中，再经过定子压指5和定子压板6进入定子密闭油罩3的右侧腔体内，这一路冷却油可以有效地带走定子压指5、定子压板6和定子铁心2的热量，增大了冷却油与定子压指5、定子压板6和定子铁心2的接触面积，明显地降低了定子压指5、定子压板6和定子铁心2的温度；另一路冷却油在定子铁心2外表面沿着轴向流动，经过定子支架8进入到定子密闭油罩3的右侧腔体内，这一路冷却油可以有效地增大定子铁心2外表面的散热系数，有效地降低了定子铁心2的温度，这两路冷却油汇集在定子密闭油罩3的右侧腔体，直接冷却了右侧定子端部绕组，明显地降低了右侧定子端部绕组的温度，最后被加热的冷却油从右端进入到油液冷却器1内进行冷却，从而完成定子区域内油的冷却循环。利用了冷却油散热能力强的特点可以解决大型汽轮发电机定子区域难以有效冷却的问题，可以显著地降低发热严重的定子绕组7的温度。在转子区域内，冷却气体在抽出式多级风扇13和压入式多级风扇14作用下，冷却气体先从右侧的压入式多级风扇14流入，冷却完转子区域的右侧转子端部绕组后，一路冷却气体进入到转子铁心9内部的转子轴向通风孔11中，这一路冷却气体沿着轴向方向流动可以有效地带走转子铁心9和转子绕组17的热量，降低了转子铁心9和转子绕组17的温度，减小了转子区域在轴向方向的温差和热应力。另一路冷却气体进入到定子铁心2和转子铁心9之间的气隙内，这一路冷却气体沿着轴向方向流动，增大了转子铁心9外表面的散热系数，有效地降低了转子铁心9的温度。此外，还有一路冷却气体在转子副轴15-2外表面风扇板16的作用下，冷却气体沿着径向方向进入到转子径向通风沟10内，增大了冷却气体与转子铁心9的散热面积，有效地带走了转子铁心9的热量，进一步降低了转子铁心9的温度，同时也进一步降低了转子绕组17的温度，这一路冷却气体从转子径向通风沟10出口流出后进入到定子铁心2和转子铁心9之间的气隙内，再沿着轴向方向从右侧至左侧流动。这三路冷却气体汇集在转子区域左侧区域内，冷却左侧转子端部绕组后进入抽出式多级风扇13内，抽出式多级风扇13抽出的被加热的气体再通过外部循环进入到压入式多级风扇14右侧的气体冷却器18内，经过气体冷却器18冷却后气体进入到压入式多级风扇14中从而完成转子区域内冷却气体的循环。定子区域和转子区域的冷却循环构成了具有全油冷定子和压入抽出交错式转子的汽轮发电机通风冷却系统，该通风冷却系统有效地提高了汽轮发电机内部的冷却效果，直接去掉了定子绕组7内部的冷却水管，降低了制造成本，有效地降低了定子端部绕组、定子压指5、定子压板6和定子铁心2的温度，增大了转子区域内冷却气体的流量，加快了转子铁心9和转子绕组17周围的流体速度，降低了转子铁心9和转子绕组17的温度，提高了汽轮发电机转子区域内冷却气体的利用率，增强了汽轮发电机安全稳定运行的能力。

具体实施方式二：结合图7说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于定子轴向油液通道4由直线排列调整为蛇形排列，减少了定子压板5和定子压指6的开孔数量，增大了定子铁心2内部与冷却油的接触面积，有效地降低了定子铁心2的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图8说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于转子铁心9齿部增加了一排转子轴向通风孔11，增大了转子铁心9齿部表面散热系数，有效地带走了转子铁心9齿部的热量，进一步降低了转子铁心9的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图9说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于定子轴向油液通道4在圆周方向调整为交错排布，提高了定子轴向油液通道4内冷却油的利用率，可以更加充分地冷却定子铁心2，进一步降低了定子铁心2的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。