專利名稱：具有增壓裝置的氣體冷卻的電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體冷卻的電機(jī)(elektrische Maschine)，特別是涉及渦輪發(fā)電機(jī)，其具有一個(gè)轉(zhuǎn)子軸，在該轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有至少一個(gè)在發(fā)電機(jī)殼體中的軸流通風(fēng)機(jī)。
背景技術(shù)：
三相交流渦輪發(fā)電機(jī)按公知的方式被蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)。由此，通常轉(zhuǎn)子軸由實(shí)心圓柱形鍛造件制成，其中勵(lì)磁效應(yīng)分布在單個(gè)槽上。由此，轉(zhuǎn)子在發(fā)電機(jī)的定子中轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于這種渦輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)決定性的是冷卻技術(shù)，因?yàn)橛纱斯β士娠@著提高?，F(xiàn)有的渦輪發(fā)電機(jī)經(jīng)常按照等壓原則及相對(duì)于環(huán)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(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其中應(yīng)當(dāng)提高轉(zhuǎn)子中冷卻劑的滲透，并因此應(yīng)當(dāng)改善轉(zhuǎn)子的冷卻。這可由此實(shí)現(xiàn)，在端環(huán)的內(nèi)邊緣與轉(zhuǎn)子的軸頸之間的環(huán)間隙之間有一個(gè)軸向工作葉柵。由此，冷卻劑在端環(huán)區(qū)域供給渦旋分量，使得冷卻劑幾乎與葉片全等的進(jìn)入槽底通道或繞組端部處的徑向豎井，由此沖擊損失(Stoβverluste)明顯減小，而冷卻劑滲透提高。一個(gè)這樣構(gòu)造的渦輪發(fā)電機(jī)在圖5中示意表示。
一個(gè)用于改善冷卻渦輪發(fā)電機(jī)的解決建議由DE 195 05 388 A1給出。這里描述一個(gè)空氣冷卻的、轉(zhuǎn)動(dòng)的具有敞開冷卻循環(huán)的電機(jī)，其中一個(gè)設(shè)有冷卻通道的定子和轉(zhuǎn)子被冷卻通道中的冷卻空氣流過(guò)，接著冷卻空氣排出口處的冷卻空氣排出到環(huán)境中。由此應(yīng)當(dāng)提高冷卻介質(zhì)空氣的冷卻能力。這由此實(shí)現(xiàn)，至少在轉(zhuǎn)子端部在轉(zhuǎn)子軸上設(shè)有一個(gè)渦輪級(jí)。在一個(gè)這樣的渦輪級(jí)上減壓被壓縮的空氣，因此空氣在進(jìn)入發(fā)電機(jī)前冷卻，由此提高空氣的冷卻能力。由于通常較小的體積流量相對(duì)于所需費(fèi)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(jī)器，特別是渦輪發(fā)電機(jī)，其中冷卻能力應(yīng)當(dāng)由特殊設(shè)計(jì)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(jié)流間隙改善，其中節(jié)流間隙特別是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地沿著總流入孔延伸。由此軸流通風(fēng)機(jī)的葉片均勻地受進(jìn)氣加載。由此可很小地改善機(jī)器內(nèi)的及機(jī)器使用的繞組冷卻。
DE 198 56 456 A1描述另一個(gè)氣體冷卻的帶有軸流通風(fēng)機(jī)和在軸流通風(fēng)機(jī)流出側(cè)布置有出口導(dǎo)向裝置的電機(jī)，出口導(dǎo)向裝置用于提供冷卻空氣的壓力。由此借助入流空間的軸流通風(fēng)機(jī)提高壓力，入流空間通過(guò)一個(gè)內(nèi)部罩殼和一個(gè)在軸流通風(fēng)機(jī)徑向平面上的隔板界定。此外，出口導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向擴(kuò)散器(Umlenkdiffusor)構(gòu)成，導(dǎo)向擴(kuò)散器用于把冷卻空氣流從基本軸向?qū)驗(yàn)橐粋€(gè)基本徑向流動(dòng)方向。由此壓力提升可較小，通常剛好足夠補(bǔ)償由過(guò)濾器及其它組件引起的冷卻空氣的壓力損失。
此外，現(xiàn)有技術(shù)零星地提到了這樣的空氣冷卻發(fā)電機(jī)，其中，發(fā)電機(jī)內(nèi)部空間的空氣壓力由外部壓縮機(jī)明顯地提高，壓縮機(jī)由外部能量系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。通常在此設(shè)有電廠輸送技術(shù)的接口。但不利的是較高的花費(fèi)和外部附加裝置、能量和輸送技術(shù)的費(fèi)用。此外，易發(fā)生故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種改進(jìn)的氣體冷卻的電機(jī)，該電機(jī)避免了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。此外，應(yīng)當(dāng)在發(fā)電機(jī)殼體中實(shí)現(xiàn)顯著的壓力提升，以實(shí)現(xiàn)熱量導(dǎo)出及由此實(shí)現(xiàn)有效的發(fā)電機(jī)冷卻。在此，不需附加外部用以提高壓力的裝置或外部調(diào)節(jié)裝置，而提出簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的解決方案，該方案適于已有的發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)單的改造。
該任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1的特征解決。其它有利方案和改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中描述。
通過(guò)在轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置壓縮器，該壓縮器在其吸入側(cè)與環(huán)境相連及在其流出側(cè)與發(fā)電機(jī)內(nèi)部相連，使發(fā)電機(jī)內(nèi)部相對(duì)于環(huán)境的壓力顯著升高。通過(guò)在軸系上設(shè)置壓縮器不需外部能源系統(tǒng)及輸送技術(shù)或電廠輸送技術(shù)接口(Schnittstellen)。此外，這樣的裝置的故障安全性很好，因?yàn)樗苯优c發(fā)電機(jī)工作耦合。壓縮器，在此例如可為軸流通風(fēng)機(jī)、軸流壓縮機(jī)、離心壓縮機(jī)、對(duì)角壓縮機(jī)(Diagonalverdichter)或其組合。
本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施方案在于使用離心壓縮機(jī)，因?yàn)殡x心壓縮機(jī)很適于小體積流量，該體積流量如同在發(fā)電機(jī)工作的主要轉(zhuǎn)速和流動(dòng)條件下的情形。
使用一個(gè)帶孔圓盤是本發(fā)明的一個(gè)特別簡(jiǎn)單的改進(jìn)方案。該盤以一個(gè)特別簡(jiǎn)單的方式制造，而無(wú)顯著附加費(fèi)用。該帶孔圓盤在此可以是分體式以便裝配簡(jiǎn)單或易于現(xiàn)有發(fā)電機(jī)的改造。對(duì)于新的設(shè)計(jì)或相應(yīng)的有利的軸直徑，帶孔圓盤可熱壓套裝在轉(zhuǎn)子軸上。
對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的方案，在此在一個(gè)圓環(huán)狀金屬盤中設(shè)有對(duì)角(diagonale)孔(鉆孔)，金屬盤無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在軸上，其中在吸入側(cè)從轉(zhuǎn)子中間軸線到孔入口的距離ri小于在流出側(cè)從轉(zhuǎn)子中間軸線到孔出口的距離ra。帶孔圓盤相對(duì)于發(fā)電機(jī)殼體的孔密封或運(yùn)行于相應(yīng)的壓縮器殼體中。一個(gè)有利的改進(jìn)方案在于，帶孔圓盤由兩件或多個(gè)件構(gòu)成。在此一個(gè)底件(Fussteil)例如整料車削，然后把其它部件固定在底件上。
此外有利的是，過(guò)濾器裝在壓縮器的吸入側(cè)，由此壓縮器不會(huì)吸入污物顆?；蚱渌〖⑹蛊溥M(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部空間。這里例如使用一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)眼細(xì)密的網(wǎng)或纖維網(wǎng)材料，其圍繞基本上環(huán)形的壓縮器孔。由此可以看出，實(shí)現(xiàn)了小的壓力損失。
還提供了本發(fā)明的另一有利實(shí)施方案，在發(fā)電機(jī)的兩端上在轉(zhuǎn)子軸上分別設(shè)有一個(gè)壓縮器。由此，如果需要的話可提高體積流量。
本發(fā)明的特別有利的實(shí)施方案在于用于小型或中型渦輪發(fā)電機(jī)，此渦輪發(fā)電機(jī)用封閉的冷卻循環(huán)，這里優(yōu)選的冷卻介質(zhì)為空氣，優(yōu)選使用環(huán)境中的空氣。
在此優(yōu)選例如對(duì)于具有封閉空氣冷卻循環(huán)的空氣冷卻發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部壓力提高至30,000Pa。相應(yīng)地本發(fā)明的有利實(shí)施方案是，這樣設(shè)計(jì)壓縮器，使得冷卻氣體壓縮20-40％，優(yōu)選為30％。通過(guò)冷卻空氣的更高的密度實(shí)現(xiàn)有效的冷卻，因?yàn)橥ㄟ^(guò)冷卻劑的密度的提高增加了熱量導(dǎo)出。在此由于小的體積流量，壓縮產(chǎn)生的溫度升高可忽略。此外，用壓力升高補(bǔ)償泄漏壓力損失及其他壓力損失。由此發(fā)電機(jī)殼體特別是在高度壓縮時(shí)在提高的內(nèi)部壓力以下工作。
因此，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的氣體冷卻電機(jī)以小的花費(fèi)明顯改善轉(zhuǎn)子的自通風(fēng)作用。
這在更換或改造現(xiàn)有發(fā)電裝置時(shí)是個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。


以下，結(jié)合附圖來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖為圖1一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的氣體冷卻渦輪發(fā)電機(jī)的優(yōu)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(jù)本發(fā)明的帶孔圓盤的優(yōu)選實(shí)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(xiàn)有技術(shù)的氣體冷卻渦輪發(fā)電機(jī)的示意剖面圖。
僅示出了對(duì)于理解本發(fā)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(biāo)記表示。軸向和徑向的方向描述是相對(duì)于虛線表示的轉(zhuǎn)子軸線。這些圖不是按比例的。
具體實(shí)施例方式
圖1為一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的帶有封閉冷卻循環(huán)的渦輪發(fā)電機(jī)1的優(yōu)選方案的示意剖面圖。圖2為根據(jù)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(shí)施方案為具有封閉冷卻循環(huán)的空氣冷卻渦輪發(fā)電機(jī)1。該渦輪發(fā)電機(jī)1被一個(gè)基本柱狀的、鋼板制成的發(fā)電機(jī)殼體2包圍。在發(fā)電機(jī)殼體2中容納有一個(gè)帶有轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)子軸15。轉(zhuǎn)子3在其由發(fā)電機(jī)殼體2伸出的軸端處支承在軸承11上。
在此，轉(zhuǎn)子3可轉(zhuǎn)動(dòng)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(fā)電機(jī)殼體2的下側(cè)設(shè)有散熱器12。
發(fā)電機(jī)殼體2的外面，電刷架21在圖1和圖2中位于右軸端。
軸密封件5相對(duì)于環(huán)境密封發(fā)電機(jī)殼體2上的左軸孔。在發(fā)電機(jī)殼體2中一個(gè)第一軸流通風(fēng)機(jī)4與所述軸密封件5相鄰，該軸流通風(fēng)機(jī)被一個(gè)環(huán)狀流入孔18包圍。在此，軸流通風(fēng)機(jī)4具有在徑向上設(shè)置在一個(gè)轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)4的結(jié)構(gòu)和設(shè)置以上述方式與圖1右側(cè)相同，因此在圖2細(xì)節(jié)圖中與左軸流通風(fēng)機(jī)4的結(jié)構(gòu)和設(shè)置相同。
與兩個(gè)軸流通風(fēng)機(jī)4相鄰，轉(zhuǎn)子3在其端部具有轉(zhuǎn)子罩19，轉(zhuǎn)子罩19限定轉(zhuǎn)子繞組20。
為冷卻轉(zhuǎn)子繞組20及定子繞組16，兩個(gè)軸流通風(fēng)機(jī)4設(shè)置在發(fā)電機(jī)殼體2的轉(zhuǎn)子軸15的兩側(cè)。通過(guò)軸流通風(fēng)機(jī)4空氣由發(fā)電機(jī)殼體2內(nèi)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(guò)定子6中的冷卻空氣通道7和排氣通道8，另一方面流過(guò)轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子槽22。然后，排出的空氣經(jīng)過(guò)殼體下半部中的散熱器12冷卻。
在圖面中右軸端處，發(fā)電機(jī)殼體2的出口處一個(gè)由帶孔圓盤構(gòu)成的壓縮器9設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸15上。壓縮器9被稱為壓縮器殼體23的環(huán)狀密封圈包圍，密封圈相對(duì)于環(huán)境密封殼體內(nèi)部空間。在本實(shí)施例中壓縮器9熱壓套裝在轉(zhuǎn)子軸15上。
為避免污物顆粒進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部空間，在壓縮器9前面在發(fā)電機(jī)殼體2的外側(cè)設(shè)有環(huán)形過(guò)濾器10特別是過(guò)濾纖維網(wǎng)。
在工作期間通過(guò)轉(zhuǎn)子軸15的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)壓縮器轉(zhuǎn)動(dòng)并在小體積流量時(shí)就提高流入空間13的壓力，由此提高冷卻氣體的密封。通過(guò)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(huán)境中。軸流通風(fēng)機(jī)4還用于通過(guò)流入孔18壓縮的冷卻空氣流入發(fā)電機(jī)內(nèi)部空間并冷卻轉(zhuǎn)子3及定子6。由此發(fā)電機(jī)殼體2中的壓力通過(guò)“自增壓”用壓縮器9升至約30000Pa。由此僅通過(guò)轉(zhuǎn)子軸1的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)壓縮器9，即這里為帶孔圓盤，因此抗干擾且直接地與發(fā)電機(jī)相聯(lián)系。由于壓縮而引起的冷卻介質(zhì)的溫度升高由于小的體積流量在總體考慮冷卻循環(huán)時(shí)可被忽略，小的體積流量?jī)H用于補(bǔ)償泄漏。
圖3為圖1和圖2的壓縮器9的吸入側(cè)27方向的示意細(xì)節(jié)圖。圖4為圖3的壓縮器9沿IV-IV的剖面圖。在此為圓環(huán)形帶孔圓盤，帶孔圓盤用軸孔26無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在轉(zhuǎn)子軸15上。
此外，在本實(shí)施例中由帶孔圓盤構(gòu)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(guī)則分布的八個(gè)對(duì)角分布的孔25，這些孔為鉆孔并在向著環(huán)境的吸入側(cè)27上以半徑ri與轉(zhuǎn)子軸線24隔開，該半徑小于向著發(fā)電機(jī)內(nèi)部空間的排出側(cè)28上的半徑，在排出側(cè)上孔25以一個(gè)徑向距離ra與轉(zhuǎn)子軸線24隔開并流出。因此，帶孔圓盤構(gòu)成一個(gè)離心壓縮器。孔25數(shù)量和直徑相應(yīng)于泄漏量及發(fā)電機(jī)中的期望壓力水平來(lái)適配。
附圖標(biāo)記1 渦輪發(fā)電機(jī)2 發(fā)電機(jī)殼體3 轉(zhuǎn)子4 軸流通風(fēng)機(jī)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(guò)濾器11 軸承12 散熱器13 流入空間14 流出空間15 轉(zhuǎn)子軸16 定子繞組17 罩殼18 流入孔19 轉(zhuǎn)子罩20 轉(zhuǎn)子繞組21 電刷架22 轉(zhuǎn)子槽23 壓縮器殼體24 轉(zhuǎn)子軸線25 孔26 軸孔27 吸入側(cè)28 排出側(cè)
權(quán)利要求
1.一種氣體冷卻電機(jī)，特別是渦輪發(fā)電機(jī)(1)，其具有一個(gè)轉(zhuǎn)子軸(15)，在該轉(zhuǎn)子軸上設(shè)有至少一個(gè)在一個(gè)發(fā)電機(jī)殼體(2)中的軸流通風(fēng)機(jī)(4)，其特征在于，除軸流通風(fēng)機(jī)(4)外在轉(zhuǎn)子軸(15)上還設(shè)有至少一個(gè)壓縮器(9)，該壓縮器在其吸入側(cè)(27)上與環(huán)境相連并在其排出側(cè)(28)上與發(fā)電機(jī)內(nèi)部相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體冷卻電機(jī)，其特征在于，壓縮器(9)為離心壓縮器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體冷卻電機(jī)，其特征在于，壓縮器(9)容納在相對(duì)于環(huán)境密封發(fā)電機(jī)內(nèi)部空間的一個(gè)壓縮器殼體(23)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體冷卻電機(jī)，其特征在于，一個(gè)帶孔圓盤用作壓縮器(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體冷卻電機(jī)，其特征在于，帶孔圓盤的吸入側(cè)(27)上的孔25以一個(gè)從轉(zhuǎn)子軸線(24)測(cè)量的小半徑ri流入并以一個(gè)從轉(zhuǎn)子軸線(24)測(cè)量的大半徑ra在排出側(cè)(28)流出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的氣體冷卻電機(jī)，其特征在于，帶孔圓盤由兩件或更多件構(gòu)成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體冷卻電機(jī)，其特征在于，在壓縮器入口前設(shè)置一個(gè)過(guò)濾器(10)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體冷卻電機(jī)，其特征在于，在兩個(gè)發(fā)電機(jī)端部中的每一個(gè)上分別在轉(zhuǎn)子軸(15)上設(shè)有一個(gè)壓縮器(9)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體冷卻電機(jī)，其特征在于，冷卻氣體為空氣。
10.氣體冷卻電機(jī)，其特征在于，壓縮器(9)的孔的設(shè)置使發(fā)電機(jī)內(nèi)部的冷卻氣體被壓縮約20-40％，優(yōu)選為30％。
全文摘要
一種氣體冷卻電機(jī)，特別是渦輪發(fā)電機(jī)(1)，具有一個(gè)轉(zhuǎn)子軸(15)，在該轉(zhuǎn)子軸上設(shè)有至少一個(gè)在一個(gè)發(fā)電機(jī)殼體(2)中的軸流通風(fēng)機(jī)(4)，其特征在于，除軸流通風(fēng)機(jī)(4)外在轉(zhuǎn)子軸(15)上還設(shè)有至少一個(gè)壓縮器(9)，該壓縮器在其吸入側(cè)(27)上與環(huán)境相連并在其排出側(cè)(28)上與發(fā)電機(jī)內(nèi)部相連。通過(guò)在轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置這種壓縮器，直接相對(duì)于環(huán)境壓力提高發(fā)電機(jī)內(nèi)部的壓力，由此改善渦輪發(fā)電機(jī)(1)的冷卻。通過(guò)在軸系上設(shè)置壓縮器不需外部能源系統(tǒng)及輸送技術(shù)或電廠輸送技術(shù)接口。此外，這樣的裝置的故障安全性很好，因?yàn)樗苯优c發(fā)電機(jī)工作耦合。
文檔編號(hào)H02K9/10GK1677799SQ200510062970
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者O·德魯貝爾, G·謝爾夫, A·施羅伊辛格 申請(qǐng)人:阿爾斯托姆科技有限公司