CN1232018C - 具有直接引风冷却的发电机的溢流通道 - Google Patents

具有直接引风冷却的发电机的溢流通道 Download PDF

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CN1232018C CNB991050096A CN99105009A CN1232018C CN 1232018 C CN1232018 C CN 1232018C CN B991050096 A CNB991050096 A CN B991050096A CN 99105009 A CN99105009 A CN 99105009A CN 1232018 C CN1232018 C CN 1232018C
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Abstract

在一按引风冷却原理工作的发电机中，装在发电机转子轴(12)上的主风扇(11)把由发电机发热元件所加热的冷却介质从发电机吸出，并基本上以垂直于转子轴(12)的方向输送到一冷却装置(23)，其中以旋涡状和在高速下被主风扇(11)所吸出的冷却介质由一冷却通道外壳(33)所接收，它使冷却介质通过至少一个射流隘口(41)而转移到冷却装置(23)。

Description

具有直接引风冷却的发电机的溢流通道
技术领域
本发明涉及发电机的领域。它涉及一按引风冷却原理工作的发电机，其中设置在发电机转子轴上的主风扇把由发电机的发热元件所加热的冷却介质从发电机中吸出，并以基本上垂直于转子轴的方向输送到一冷却装置。这里被主风扇以旋涡方式和高速喷射出的冷却介质由一具有冷却通道的外壳所接收，并通过至少一个射流溢口而引到冷却装置。
背景技术
在根据引风冷却原理而工作的发电机中，被发电机热元件所加热的冷却介质由一安装在转子轴上的主风扇将它从发电机中吸出。这些主风扇一般是设置在发电机的前侧和后侧，并有一通道系统把由主风扇吸出的冷却介质引到一个大多是位于发电机下部的地坑内的冷却装置中。于是当冷却介质流经基本上延伸在发电机整个长度上的冷却装置时，其中的热量就被吸出，而冷却介质在整个长度上以通过沟槽的方式重新送到发电机内部的发热元件上，从而构成一闭合的冷却回路。
为了满足今天在有限功率的发电机中对转子冷却的需要起见，对冷却介质的有效和无损耗的通道引导是必不可少的。冷却介质的关键位置是在主风扇把受热的冷却介质从发电机内部空间吸出的头部和前端区域。热的冷却介质在那里以高的旋涡状和高速而进入一冷却通道，它的任务是把冷却介质向下引入一冷却装置。为了不增加发电机的长度起见，此冷却通道应尽量保持狭一些为宜。由主风扇从发电机内部吸出的气流被分解成两个分量。一部分是从发电机内部流出而与转子轴平行的冷却介质，另外还有一部分通过主风扇而成为旋转状的冷却介质。冷却通道使这部分旋涡状的气流偏向而垂直于转子轴，并把从各个方向垂直于转子轴的气流集合起来向下引导。
冷却介质在圆形对称的风扇中向垂直于转子轴的偏转大多是借助于所谓的板式扩散器来实现的。这种板式扩散器基本上是一个环绕着主风扇的管子，并在风扇的下游在气流方向上开启成一喇叭口而形成一垂直于转子轴和平行于发电机前端的平的圆环。因此冷却介质可直接在主风扇处进行分道和有控制地予以扇出。冷却通道外壳一般是设计成像发电机外壳一样，并基本上以一圆形环绕着冷却通道，只有在通向地坑的一侧是开启的，以便于冷却介质向下流动。
这种冷却介质流的通道方式其问题在于：在冷却介质流中至少出现一个溢口。这是因为由风扇吸出的向上和侧向的整个冷却介质是旋转涡状的，所以必须流经冷却通道中的一个区域，其中在流动方向上位于冷却通道外壳的开口直前向下的隘口处，由于高速而发生冷却介质的旋涡和分离，由此而产生的压降将使冷却介质的通过能力和效率降低到不能接受的程度。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供使冷却介质从主风扇到冷却装置的通道安排，其功能如下：
·降低冷却介质在隘口处的高速并使气流均匀，
·使发电机轴向的结构更紧凑(缩短机器的外壳长度)，
·减小转子中的机械应力(短的轴承距离)，
·提供更好地影响转子动力学的可能性(改变轴承距离和/或轴颈直径)。
此任务是在上述类型的发电机中通过以下措施来解决的，即冷却通道外壳至少具有一个溢流通道，它通过一在隘口前面的流入区来接收由主风扇吸入冷却通道的冷却介质，把冷却介质在隘口周围引导并输送到一在气流方向上位于隘口下游的流出区，在那里冷却介质重新流入冷却通道外壳中。
附图说明
下面根据实施例结合附图对本发明进行详细说明，其中：
图1以引风冷却原理工作的发电机的示意图，
图2冷却通道外壳的原始概念，
图3具有外部溢流通道的冷却通道外壳，
图4具有内部溢流通道的冷却通道外壳，
图5具有外部溢流通道的冷却通道外壳的发电机的透视图。
具体实施方式
图1表示一以引风冷却原理工作的发电机的纵向截面示意图。发电机在前侧和后侧由机壳端盖13所限定，并在纵向具有一圆筒形的机器外壳14。外壳内设有一由叠片组20构成的定子组装，其中在各叠片组20之间设有径向的通风间隙26。在定子组装中心设有一转子22，其转子轴12安装在位于基座24上的支架轴承25内。
基座24具有一地坑10，它在轴向延伸到机器外壳14的整个长度，并基本上占有机器外壳14的整个宽度。在地坑10中设有一发电机的冷却装置23。在此情况下，冷却装置23的入口与装在转子22两侧的主风扇11的流出空间相连，而冷却装置23的出口则注入一补偿空间16。主风扇11是固定在转子轴12上并以与转子22相同的速度旋转。流经发电机的冷却气体的途径用箭头来表示。在图中冷却回路仅在机器的半边予以表示，因为气流情况基本上是左右对称的。
在这种冷却原理中涉及一所谓的反向或引风冷却，其中热气30，32通过风扇11而引向冷却装置23。在冷却装置23后面的气流下游，冷却气流31分布在冷却气体室18内的补偿空间16中，并在此过程中形成分流。第一部分气流在导板28与一内部罩壳17之间直接流到转子22上，第二部分气流经过绕组端部21流入定子与转子之间的气隙29中，以及第三部分冷却气流通过冷却气体室18和通风间隙26而流入发电机的气隙29。冷却气流被主风扇11从气隙29通过通风间隙26和在内部罩壳17与外部罩壳15之间的热气室19而抽出。然后由主风扇11驱动的空气32被一板式扩散器27偏转，并通过冷却通道外壳33而导入地坑10内的冷却装置23。
图2表示一般使用的冷却通道外壳33垂直于转子轴12和平行于机器外壳端盖13的示意截面图，它是一个面对着由主风扇11所吹出的冷却气体的方向的视图。从图中可看到主风扇11和转子轴12，另外还表示出地坑10和冷却装置23。从主风扇11到冷却装置23的冷却气体流仍用箭头来表示。这里所示的发电机视图中，主风扇11是以顺时针方向旋转，冷却气体流32以顺时针的旋涡方式离开主风扇11。此旋涡所产生的结果是使在旋涡位置42(大于8点钟)的上部，冷却气体在它向下而达到地坑10之前被驱使离开整个冷却通道外壳33的上部，而只有在一小部分出口处(6～8点钟)所驱出的冷却气体在一定程度上是直接向下流的。这种流动和旋涡式的冷却气体的聚集将导致由主风扇11所驱动的冷却气体中基本上有
Figure C9910500900071
必须通过一隘口41。在此隘口41上将导致过高的冷却气体的流速，从而最好予以分流和减压。减压将使冷却介质的通过能力严重降低并从而降低引风冷却的效率。
图3表示与图2相似的按本发明第一实施例的冷却通道外壳33的示意截面图。在图2中所示的一般常用的冷却通道外壳33在这里扩展成在发电机两侧对称地设置在溢流通道66。如从图中用箭头表示的冷却气流可见，左侧的溢流通道66能通过一流入区58接收约在8点钟到11点钟区域之间由主风扇所吸出的冷却气体。涌入此流入区58的冷却气体55在溢流通道66的内壁54与外壁53之间被向下引导。溢流通道66的末端向下直接通到地坑10，于是冷却气体在这里通过冷却装置23附近的流出区59流出而进入冷却通道。这第一个左侧溢流通道大约能减少 原先流经隘口41的冷却气体量。
在大约11点钟与1点钟区域之间送出的冷却气体以同样的方式在发电机右侧所设的溢流通道66中向下输送。冷却气体52通过一右侧流入区58而进入溢流通道66，并在通道的内壁51与外壁50之间向下引导，它在地坑10中通过一流出区59重新流入直接靠近冷却装置23的冷却通道。因此，这第二个右侧溢流通道又减少了近
Figure C9910500900073
原先流经隘口41的冷却气体量。
因此两个溢流通道66减少了流经隘口的冷却气体量，从而通过按本发明的冷却通道外壳的设计，大约只有一般情况下通过隘口41的气体量的
Figure C9910500900081
通过隘口。因此使通道系统中冷却气体的速度得到均衡，并能防止导致降低效率的压力降落。
图4表示能获得类似效果的另一实施例，但这里溢流通道并不是借中间空间56，57来与冷却通道外壳13完全隔离，而是设计成作为冷却通道外壳33的扩展部分。溢流通道66是在内部由一隔离墙来限定，它同时兼作为冷却通道外壳的外壁。溢流通道66在冷却通道外壳33的上部区域内也有流入区58和在地坑中也有流出区59。流动情况基本上与图3所述的相同，不过这种结构在侧面方向更紧凑。
图5表示图3所示的第一实施例的透视图。从图中可见在这种溢流通道的安排中机器外壳在轴向不需要加长，而且在一般所用的机器外壳上，在发电机的一般环境下，侧面的加宽也很容易适应。另外还可见，前侧和后侧两个冷却通道外壳33最好这样来设置溢流通道66，使发电机两个半边的冷却介质流能优化地予以引导。在所示的实施例中，两个溢流通道的总截面在上部外壳区域中约占30％，而在下部外壳区域中通道约占70％。

Claims (10)

1.按引风冷却原理工作的发电机，其中一设在发电机转子轴(12)上的主风扇(11)把由发电机的发热元件所加热的冷却介质从发电机中吸出，并基本上以垂直于转子轴(12)的方向输送到一冷却装置(23)，这里被主风扇(11)以旋涡状和高速吸出的冷却介质由一冷却通道外壳(33)所接收，它通过至少一个射流隘口(41)将冷却介质偏转到冷却装置(23)，其特征在于；冷却通道外壳(33)至少具有一个溢流通道(66)，它通过一在隘口(41)之前的流入区(58)来接收由主风扇(11)吸入冷却通道外壳(33)的冷却介质，冷却介质围绕着隘口(41)引导，并输送到一在气流方向上位于隘口(41)之后的流出区(59)，在那里冷却介质重新流入冷却通道外壳(33)。
2.根据权利要求1的发电机，其特征在于：被主风扇(11)从发电机吸入的冷却介质从一圆形的板式扩散器(27)首先经过平行于转子轴的通道，然后以防止旋涡的方式以垂直于转子轴的方向偏转到冷却通道外壳(33)中。
3.根据权利要求1或2的发电机，其特征在于：不仅是冷却通道外壳(33)而且是溢流通道(66)位于同一垂直于转子轴的一个公共平面内。
4.根据权利要求1或2的发电机，其特征在于：冷却装置(23)设置在发电机的下方；以及冷却介质从冷却通道外壳(33)向下引导。
5.根据权利要求4的发电机，其特征在于：冷却装置(23)设置在发电机的一个地坑(10)内。
6.根据权利要求5的发电机，其特征在于：溢流通道(66)的流入区(58)位于冷却通道外壳(33)的上部区域，而流出区(59)设置在下部位于发电机地坑(10)的区域内。
7.根据权利要求6的发电机，其特征在于：设有两个溢流通道(66)，它们是对称地设置在发电机轴的两侧。
8.根据权利要求7的发电机，其特征在于：溢流通道(66)围绕着冷却通道外壳(33)以径向侧运行，在发电机的径向外侧由外壁(50，53)所限定，而在径向内侧由中间空间(56，57)对冷却通道外壳(33)所构成的内壁(51，54)所限定；溢流通道(66)通过上部流入区(58)接收由主风扇(11)在冷却通道外壳(33)的上部所吸入的冷却介质，并向下引到地坑(10)中，那里冷却介质通过下部流出区(59)输送到冷却装置(23)。
9.根据权利要求8的发电机，其特征在于：溢流通道(66)是冷却通道外壳(33)在径向侧面的扩展，在发电机的径向外侧由外壁(60，63)所限定而在径向内侧朝向主风扇(11)的一侧由隔离墙(61，64)所限定，这两隔离墙(61，64)还作为冷却通道外壳(33)的侧壁；溢流通道(66)通过上部流入区(58)接收由主风扇(11)在冷却通道外壳(33)的上部所吸入的冷却介质，并向下引入地坑(10)，在那里冷却介质通过下部流出区(59)输送到冷却装置(23)。
10.根据权利要求1或2的发电机，其特征在于：空气被用作冷却介质。
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