專(zhuān)利名稱：帶有一個(gè)軸流風(fēng)扇的電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)，它帶有一個(gè)裝在一個(gè)軸端上的軸流風(fēng)扇、一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)被一個(gè)機(jī)殼包圍住的定子體，該定子體設(shè)有一個(gè)在定子體的兩個(gè)端面上具有繞組端部的定子繞組，還帶有一個(gè)主要由機(jī)殼的端壁和在繞組端部與所述端壁之間的一道隔壁形成的軸流風(fēng)扇的流入空間、一個(gè)軸流風(fēng)扇的流出空間，由軸流風(fēng)扇輸送來(lái)的冷卻氣體從那里被送至轉(zhuǎn)子和定子體及定子繞組。
本發(fā)明涉及一種公開(kāi)在例如歐洲專(zhuān)利EP-A-0 279 064或內(nèi)容完全相同的美國(guó)專(zhuān)利US-A-4,876,470中的現(xiàn)有技術(shù)。
隨著材料利用的提高，旋轉(zhuǎn)電機(jī)對(duì)冷卻的要求也越來(lái)越高。特別是氣冷渦輪發(fā)電機(jī)和在更大程度上帶有間接冷卻定子繞組的渦輪發(fā)電機(jī)尤其好此。在這種類(lèi)型的電機(jī)中，在定子繞組中產(chǎn)生的損耗熱必須通過(guò)繞組絕緣引出到經(jīng)受冷卻的定子疊片體。
在氣冷渦輪發(fā)電機(jī)中，壓力通常是由軸流風(fēng)扇產(chǎn)生的。多級(jí)壓縮機(jī)由于占用空間太大的原因而在提高壓力的措施中被排除。由于安裝條件以及裝配可能性，裝設(shè)前或后導(dǎo)引裝置的方案至今仍被棄置。
從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于以簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的方式提高冷卻效應(yīng)而不會(huì)降低機(jī)器的效率。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)方案在于，在軸流風(fēng)扇的流出空間中設(shè)有一個(gè)與轉(zhuǎn)子軸同軸心設(shè)置的氣體導(dǎo)引裝置，該氣體導(dǎo)引裝置包含有多個(gè)圓錐套罩形的并在徑向上相互間隔開(kāi)設(shè)置的導(dǎo)環(huán)和一個(gè)同樣是圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件，它們相互連接并直接或間接地通過(guò)基本上徑向伸展的多根桿或?qū)О迮c機(jī)殼相連，并且在相應(yīng)的徑向相鄰的導(dǎo)環(huán)之間形成有沿冷卻氣體的流動(dòng)方向上連續(xù)地增寬的環(huán)形通道。
這種在繞組端部空間的氣體導(dǎo)引裝置的作用可以與所謂的出口擴(kuò)散器的作用相比擬，這種出口擴(kuò)散器由再細(xì)分的環(huán)形導(dǎo)向葉片構(gòu)成，并且多年前已在大型風(fēng)洞的出口處使用過(guò)，請(qǐng)參看由柏林/海德堡/紐約的Springer出版公司1966年出版的Bruno Eck所著的“技術(shù)流體力學(xué)”(Technische Strmungslehre)的第186和187頁(yè)，特別是187頁(yè)上的

圖176。它導(dǎo)致繞組端部空間內(nèi)的壓力顯著提高，結(jié)果是每單位時(shí)間內(nèi)有更多的冷卻氣體流經(jīng)轉(zhuǎn)子和定子的冷卻通道。
此外，軸流風(fēng)扇出口處的動(dòng)態(tài)壓力將降低，也就是說(shuō)，出口損失下降了。在同樣的風(fēng)扇中以這種方式通過(guò)壓力轉(zhuǎn)換可以避免了15％至25％的機(jī)器中的壓力損失。
本發(fā)明以及其它的由此可獲得的優(yōu)點(diǎn)將在下文中通過(guò)一個(gè)在附圖中示出的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
在附圖中示意地示出本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中圖1是通過(guò)一個(gè)帶有一個(gè)軸流風(fēng)扇及其相連的氣體導(dǎo)引裝置的渦輪發(fā)電機(jī)的端頭部份的簡(jiǎn)化的縱向截面圖；圖2是一個(gè)配屬于軸流風(fēng)扇的氣體導(dǎo)引裝置的俯視圖；圖3是在水平的分開(kāi)部位通過(guò)氣體導(dǎo)引裝置的部份徑向截面圖；圖4是沿圖3的A-A線通過(guò)分開(kāi)部位的截面圖；和圖5是在圖1的氣體導(dǎo)引裝置的環(huán)形通道內(nèi)的兩種不同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)板的簡(jiǎn)化視圖。
在通過(guò)一個(gè)圖1所示的渦輪發(fā)電機(jī)的非驅(qū)動(dòng)側(cè)端頭部份(NS側(cè)或勵(lì)磁側(cè))的簡(jiǎn)化縱向截面圖中，標(biāo)號(hào)1指的是一個(gè)轉(zhuǎn)子，2是轉(zhuǎn)子軸，3是轉(zhuǎn)子罩而4是它的罩板。圖中只能看到其尾軛(Stirnbuegel)的定子繞組具有一根下桿5和一根上桿6，這兩根桿由凸耳7實(shí)現(xiàn)電的與機(jī)械的連接。所有尾軛整體形成繞組端部。
固定在轉(zhuǎn)子軸2的軸環(huán)8上的是一個(gè)軸流風(fēng)扇9。它的轂盤(pán)用10標(biāo)示，它的葉片用11標(biāo)示，它的流入空間12由機(jī)殼14的端側(cè)13和一個(gè)用玻璃纖維加強(qiáng)的塑料或另外一種材料制成的隔壁15形成。這個(gè)隔壁15(風(fēng)扇殼)可軸向朝外卸開(kāi)地固定在機(jī)殼14上，它徑向向內(nèi)伸展，然后朝軸向彎轉(zhuǎn)并在軸向上一直伸到軸流風(fēng)扇9的后面。流入空間12通過(guò)在風(fēng)扇轂盤(pán)10上的軸向指向的環(huán)形凸緣16實(shí)現(xiàn)相對(duì)于外界的密封。到現(xiàn)在為止，所描述的電機(jī)的端頭部份的構(gòu)造與現(xiàn)有技術(shù)相同。
根據(jù)本發(fā)明，為了提高壓力，在軸流風(fēng)扇9的流出空間17(繞組端部空間)內(nèi)設(shè)置了一個(gè)總的以標(biāo)號(hào)18標(biāo)示的氣體導(dǎo)引裝置。它與轉(zhuǎn)子軸2同軸心設(shè)置，并具有多個(gè)(在本實(shí)例中是7個(gè))圓錐套罩形的并在徑向上相互間隔開(kāi)設(shè)置的導(dǎo)環(huán)19至25，其中，中間的導(dǎo)環(huán)22是圓筒形的(圓錐形的邊界情況)。在導(dǎo)環(huán)的數(shù)目是偶數(shù)并在圖1的幾何結(jié)構(gòu)的情況下，兩個(gè)中間的導(dǎo)環(huán)也可以是圓錐套罩形狀的。風(fēng)扇轂盤(pán)10的朝著機(jī)器中心成錐形地縮小的轂端26以及基本上是無(wú)縫地連接在隔壁15的內(nèi)端15a上的圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件27也是導(dǎo)引裝置的一部份。軸流風(fēng)扇9的出口區(qū)就這樣被成分多個(gè)沿著冷卻氣體的流動(dòng)方向連續(xù)地增寬的環(huán)形通道K1，……，K8，環(huán)形通道具有一個(gè)張角α，α最好≤12°，它們各自形成一個(gè)擴(kuò)散段，整體形成一個(gè)“多重?cái)U(kuò)散段”。為了達(dá)致近乎完全相同的通道長(zhǎng)度，圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件19至25的軸向長(zhǎng)度、更確切地說(shuō)是母線的長(zhǎng)度選擇成使它們的內(nèi)端大致位于一個(gè)假想圓環(huán)基面T上。這一圓環(huán)的生成線是一個(gè)圓，其中心點(diǎn)MT自身位于與轉(zhuǎn)子軸2同軸心的一個(gè)圓上，它大致經(jīng)過(guò)葉片11的徑向中心點(diǎn)。在安裝條件不允許的情況下，位于繞組端部一側(cè)的導(dǎo)環(huán)19，……，25也可以終接在一個(gè)徑向平面E上(在圖1中用虛線表示)。
單個(gè)的導(dǎo)環(huán)19-25和環(huán)形構(gòu)件27通過(guò)基本上徑向伸展的并具有圓形或橢圓形橫截面的桿28和29實(shí)現(xiàn)相互連接，桿28和29穿過(guò)導(dǎo)環(huán)19-25以及環(huán)形構(gòu)件27。從圖2所示俯視圖可看出，這些桿沿圓周方向均勻分布。導(dǎo)環(huán)19-25還有環(huán)形構(gòu)件27以及桿28和29由非磁性材料、最好是鋁合金制成。各單個(gè)構(gòu)件的相互連接最好通過(guò)焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)。異環(huán)19-25以及桿28、29也可以由玻璃纖維加強(qiáng)的塑料制成。在這種情況下，最好考慮用粘接劑進(jìn)行連接。
導(dǎo)環(huán)19-25可以以另外一種方式或附加地通過(guò)導(dǎo)板36分隔開(kāi)與/或連接起來(lái)，這些導(dǎo)板在環(huán)形通道K1-K8的一部份或全部的長(zhǎng)度上伸展。為清楚起見(jiàn)，在圖1中只示出在環(huán)形通道K1中的一塊導(dǎo)板。
導(dǎo)板可以具有一個(gè)圓弧形型面，如圖5中的導(dǎo)板36，或者具有一個(gè)扭轉(zhuǎn)的型面，如圖5中的導(dǎo)板36′。導(dǎo)板36、36′的數(shù)目可以根據(jù)它們的效果、也就是根據(jù)它們的造型來(lái)自由選擇；這數(shù)目可以大于或者小于風(fēng)扇轂盤(pán)10上的葉片11的數(shù)目。通過(guò)導(dǎo)板36、36′可以改善氣體導(dǎo)引裝置18內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)換。
氣體導(dǎo)引裝置18由一塊環(huán)形板30支撐住，環(huán)形板用螺栓32固定在隔壁15上，中間連接有墊塊31。在此，在軸向上在外側(cè)的桿28與/或?qū)О?6、36′焊接到環(huán)形板30上。為了提高剛性，還在環(huán)形板30與環(huán)形構(gòu)件27之間焊上三角形板件33。在安裝條件許可的情況下，氣體導(dǎo)引裝置18也可以支撐在一個(gè)分立的結(jié)構(gòu)上，例如，在從機(jī)殼14的壁一直伸到環(huán)形板30的徑向朝內(nèi)指的支柱S上(圖1中以虛線表示)。
為了使氣體導(dǎo)引裝置18相對(duì)于隔壁15的內(nèi)端15a對(duì)準(zhǔn)中心，內(nèi)端15a在其外圓周上具有一個(gè)臺(tái)肩15b，它與環(huán)形板30內(nèi)圓周上的環(huán)形槽30a相適配。
為了能夠?qū)怏w導(dǎo)引裝置18裝到機(jī)器上-由于結(jié)構(gòu)上和功能上的原因，氣體導(dǎo)引裝置不能成整體地套在軸流風(fēng)扇9上-，它被設(shè)計(jì)成多件式結(jié)構(gòu)，最好是像在實(shí)例中那樣設(shè)計(jì)成兩件式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)半體以18a和18b標(biāo)示。分離面大致位于機(jī)器的水平對(duì)稱平面HM內(nèi)(圖2)。分離面穿過(guò)兩個(gè)水平伸展的桿對(duì)28和29，其中只有桿對(duì)29可以在圖2中看到。那些桿在那里在其縱向上被分?jǐn)嚅_(kāi)，具有半圓形橫截面的桿半部分別標(biāo)示為28a、28b和29a、29b。相應(yīng)地，所有導(dǎo)環(huán)19-25、環(huán)形構(gòu)件27以及環(huán)形板30都設(shè)計(jì)成為兩件式結(jié)構(gòu)，其分離面均沿著水平對(duì)稱平面HM伸展。在圖3中，只能看到兩個(gè)相鄰的導(dǎo)環(huán)23、24，其半部分別標(biāo)示為23a、23b和24a、24b。這些半部跟桿半部28a、28b焊接在一起。接合在兩個(gè)桿半部28a和28b內(nèi)的配合銷(xiāo)34、35保證了氣體導(dǎo)引裝置的兩個(gè)半部18a、18b的相對(duì)位置。兩個(gè)半部18a和18b通過(guò)螺栓32(圖1)保證夾持在一起。但是，也可以不用配合銷(xiāo)而用螺釘將桿半部28a、28b和29a、29b連接起來(lái)而將兩個(gè)半部18a和18b夾緊在一起。但是，由于工作空間的原因，這種螺釘連接只能用在桿半部的外端。
通過(guò)所述的氣體導(dǎo)引裝置18的兩件式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使其裝配簡(jiǎn)單化將隔壁15卸下就可以將半部18a和18b放落到軸流風(fēng)扇9的后面，暫時(shí)地固定在該處，最后牢固地固定在隔壁15上，此時(shí)，在隔壁15的內(nèi)端15a處的臺(tái)肩15b與環(huán)形板30的環(huán)形槽30a的配合保證了氣體導(dǎo)引裝置18的精確定中心。
通過(guò)氣體導(dǎo)引裝置18內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)換和在其后面的出口損失的降低，相對(duì)于迄今為止的通常的軸流葉輪出口可以節(jié)省15％至25％的機(jī)器壓力損失，因而大大地提高了冷卻效應(yīng)。
在前文中本發(fā)明借助于一個(gè)氣冷式渦輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行說(shuō)明。但是，本發(fā)明并不僅限于這種類(lèi)型的機(jī)器，它適合于所有帶有軸流風(fēng)扇的電機(jī)，只要其構(gòu)造情況和工作空間條件使其有可能裝置一個(gè)這種類(lèi)型的氣體導(dǎo)引裝置。例如，在改裝規(guī)劃的范疇內(nèi)，在情況合適的情況下可以考慮隨后裝進(jìn)這樣的氣體導(dǎo)引裝置，因?yàn)樵跈C(jī)械結(jié)構(gòu)上并不需要作多大的改動(dòng)，只需要在風(fēng)扇轂盤(pán)10上以及本來(lái)作為氣體導(dǎo)引裝置18的支承件的隔壁15上作一些改動(dòng)就行。
權(quán)利要求
1.一種氣冷電機(jī)，它帶有一個(gè)裝在一個(gè)軸端上的軸流風(fēng)扇(9)、一個(gè)轉(zhuǎn)子(1)和一個(gè)被一個(gè)機(jī)殼(14)包圍住的定子體，該定子體設(shè)有一個(gè)在定子體的兩個(gè)端面上具有繞組端部的定子繞組(5、6)，還帶有一個(gè)主要由機(jī)殼(14)的端壁(13)和在繞組端部與所述端壁(13)之間的一道隔壁(15)形成的軸流風(fēng)扇(9)的流入空間(12)、一個(gè)軸流風(fēng)扇(9)的流出空間(17)，由軸流風(fēng)扇輸送來(lái)的冷卻氣體從那里被送至轉(zhuǎn)子和定子體及定子繞組，其特征在于，在軸流風(fēng)扇的流出空間(17)中設(shè)有一個(gè)與轉(zhuǎn)子軸(2)同軸心設(shè)置的氣體導(dǎo)引裝置(18)，該氣體導(dǎo)引裝置包含有多個(gè)圓錐套罩形的并在徑向上相互間隔開(kāi)設(shè)置的導(dǎo)環(huán)(19-25)和一個(gè)同樣是圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件(27)，它們相互連接并直接或間接地通過(guò)基本上徑向伸展的多根桿(28、29)與/或?qū)О?36、36′)與機(jī)殼(14)相連，并且在相應(yīng)的徑向相鄰的導(dǎo)環(huán)之間形成有沿冷卻氣體的流動(dòng)方向連續(xù)地增寬的環(huán)形通道(K2，……，K8)。
2.按權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于軸流風(fēng)扇(9)的轂盤(pán)(10)趄著機(jī)器內(nèi)部成錐形地縮小，使得在轂盤(pán)(10)與與其直接相鄰的導(dǎo)環(huán)(19)之間形成一個(gè)在冷卻氣體流動(dòng)方向上連續(xù)地增寬的環(huán)形通道(K1)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其特征在于導(dǎo)引裝置(18)固定在一塊環(huán)形板(30)上，而該環(huán)形板本身可拆卸地連接在隔壁(15)上。
4.按權(quán)利要求1至3中之一項(xiàng)所述的電機(jī)，其特征在于圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件(19，……，15)的母線的長(zhǎng)度選擇成使它們的內(nèi)端大致位于一個(gè)假想圓環(huán)基面(T)上，這一圓環(huán)的生成線是一個(gè)圓，其中心點(diǎn)(MT)位于與轉(zhuǎn)子軸(2)同軸心的一個(gè)圓上，它大致經(jīng)過(guò)軸流風(fēng)扇(9)的葉片(11)的徑向中心點(diǎn)。
5.按權(quán)利要求1至4中之一項(xiàng)所述的電機(jī)，其特征在于環(huán)形通道的張角(α)小于或等于12°。
6.按權(quán)利要求1至5中之一項(xiàng)所述的電機(jī)，其特征在于氣體導(dǎo)引裝置(18)設(shè)計(jì)成兩件式結(jié)構(gòu)并由可拆卸地相互連接著的兩個(gè)半部(18a、18b)組成，其分離面大致在機(jī)器的水平中間平面(HM)內(nèi)伸展。
7.按前述權(quán)利要求中之一項(xiàng)所述的電機(jī)，其特征在于導(dǎo)板(36)具有一個(gè)圓形型面。
8.按權(quán)利要求1至6中之一項(xiàng)所述的電機(jī)，其特征在于導(dǎo)板(36′)具有一個(gè)扭轉(zhuǎn)的型面。
全文摘要
一種汽冷電機(jī)，帶有軸流風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子、定子體，一氣體導(dǎo)引裝置與轉(zhuǎn)子軸同軸地設(shè)在風(fēng)扇流出空間內(nèi)以將冷卻空氣導(dǎo)向轉(zhuǎn)子、定子體與定子繞組，它包含多個(gè)圓錐套罩形的并徑向間隔開(kāi)的導(dǎo)環(huán)和一個(gè)同構(gòu)形的環(huán)形構(gòu)件，這些直接或間接通過(guò)基本上徑向伸展的桿相互連接并連接到機(jī)殼上，導(dǎo)環(huán)間及與環(huán)形構(gòu)件間形成有沿冷卻氣流方向連續(xù)增寬的環(huán)形通道。導(dǎo)引裝置導(dǎo)致壓力轉(zhuǎn)換，降低了出口損失，可節(jié)省15至25％機(jī)器壓力損失而顯著提高冷卻效率。
文檔編號(hào)F04D29/54GK1126901SQ9510339
公開(kāi)日1996年7月17日 申請(qǐng)日期1995年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月9日
發(fā)明者J·貝爾, H·齊默曼 申請(qǐng)人:Abb管理有限公司