[发明专利]转子空冷定子蒸发冷却的汽轮发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽轮发电机，特别涉及定子采用蒸发冷却技术进行冷却，转子采用空气进行冷却的汽轮发电机。

背景技术

汽轮发电机的定子采用蒸发冷却技术进行冷却有两种方式：全浸式蒸发冷却系统和定子铁心浸润式与绕组内强迫循环冷却结合的蒸发冷却系统。蒸发冷却汽轮发电机的定子是在定子腔内注入高绝缘低沸点物化性能好的液体介质，冷却液体吸热沸腾气化后流到冷凝器，经冷凝器冷凝成液体后流回定子腔体。蒸发冷却很好地解决了发电机定子的冷却问题，不仅定子温度低，而且整个定子的温度分布非常均匀，避免了发电机定子因温度不均匀产生热应力集中造成热变形所引起的一系列问题。并且蒸发冷却系统运行安全可靠，基本实现免维护。采用蒸发冷却方式的汽轮发电机定子和采用蒸发冷却或水冷方式的转子结合，制造的汽轮发电机组已问世。

然而采用蒸发冷却转子和水冷转子技术会使转子的生产过程非常复杂，转子冷却介质的密封相对困难。另外对于水冷转子需要增加一套水处理系统，这为机组的运行也增加了难度，尤其对中小型机组的经济性有较大的影响。

空气冷却的转子结构有多种，在全空冷和定子绕组水冷铁心空冷的汽轮发电机组中运用广泛。现有的这些空冷结构，由于冷却空气既要冷却转子又要冷却定子，因此主要采用轴径向联合通风的方式，即冷却空气先冷却转子，然后再流到定子中冷却定子。在这些通风方式中冷却空气的流路复杂，通风损耗大(大约要占机械总损耗的50％)、效率低。如图1中所示的一台全空冷汽轮发电机的风路图，经端部风扇进入电机的冷却空气分三路：第一路经气隙直接进入定子；第二路经转子进入气隙，再进入定子；第三路冷却端部后直接回到风道。

发明内容

本发明的目的是克服现有蒸发冷却转子和水冷转子制造技术复杂，密封要求高的缺陷，提出一种转子空冷、定子蒸发冷却的汽轮发电机。转子空冷的通风结构根据定子蒸发冷却结构配合设计，完全区别于传统的空冷转子。

本发明汽轮发电机的定子采用蒸发冷却方式，转子采用空冷。定子和转子的冷却系统相对独立，机组效率高，结构简单，辅助设备少，安装方便，运行安全可靠，可以基本实现免维护。由于本发明的冷却空气只对转子进行冷却，冷却空气仅在轴向流动，通风损耗可以大大降低。

本发明汽轮发电机的定子采用全浸式蒸发冷却系统或定子铁心浸润式与绕组内强迫循环冷却结合的蒸发冷却系统。汽轮发电机的定子采用蒸发冷却，即在定子腔内注入高绝缘低沸点物化性能好的液体介质，冷却液体吸热沸腾气化后流到冷凝器，经冷凝器冷凝成液体后流回定子腔体。定子内壁采用隔离套筒与转子隔开，隔离套筒内表面与转子外表面间为气隙。

本发明汽轮发电机的转子采用轴向通风的空气冷却方式。冷却空气由转子两端风扇增压后全部进入转子端部护环。进入护环的冷却空气分两路流动，第一路冷却空气在冷却端部绕组后经设在护环上的径向通风孔进入气隙，第二路冷却空气直接进入转子空心导线，并沿轴向流动。沿轴向流动的冷却空气流过转子中部后经过渡径向风路进入气隙，并流到端部与另一端由护环进入气隙的冷却空气汇合，然后经过端部的风道进入到冷却器。通过冷却器冷却后的冷空气由风道进入汽轮发电机的端部，然后在风扇作用下进入转子护环。

本发明中经过风扇增压后的冷却空气全部经过护环支圈的内径与转轴间的间隙进入到护环内，因此在风扇的出口与护环支圈之间设置了一个导风环，该导风环可以将风扇流出的冷空气与气隙流出的热空气隔离开。

本发明中冷却空气由端部进入转子空心导线，沿轴向流到转子中部后冷却空气经过渡径向风路进入气隙，为了减小该过渡径向风路的流阻，该过渡径向风路为流线型过渡结构。空心导线中的冷却空气沿轴向由一个小半径的轴向旋转流动过渡到一个大半径的轴向旋转流动，沿轴向流动的方向不变。在转子轴向中部，风路由轴向过渡到径向，同时导线也由空心导线过渡到实心导线。在过渡段由于风路相交，槽内的风路截面不足，为了保证足够的流道截面，将转子齿铣出一个沟道，以增加轴向过流面积。

本发明中过渡径向风路的出口根据转子旋转方向有不同的设计。沿旋转方向位于转子绕组前侧的风路将出口设在槽楔上，位于转子绕组后侧的风路将出口设在转子齿上。这样可以使径向风路的出口在气隙中产生的风摩损耗大大减小。

本发明中过渡径向风路的出口槽楔或转子齿，为了减小轴向流阻，将在槽楔或转子齿上的出口设计为沿轴径向的流线型结构。

本发明中的转子护环上根据转子绕组端部冷却的需要设置径向通风孔，冷却空气进入护环后冷却端部绕组，然后经护环的径向通风孔进入气隙。