[发明专利]一种汽轮发电机转子绕组蒸发冷却结构

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮发电机转子绕组的一种蒸发冷却结构。

背景技术

汽轮发电机转子绕组的电压虽然不高，但是体积紧凑，发热集中，目前常用的冷却方式有空气冷却，氢气冷却，水冷却。气体冷却方式是指转子绕组由空芯铜线制成，空气或氢气由高压风扇压入绕组两端铣出的侧孔和纵向沟，从中部或另一侧流出。这种方式需要较高压力的多级风扇，通风损耗大，温度分布也不均匀。转子用水冷却的原理是冷却水通过进水装置引到高速旋转的转子中，在转子线圈内部循环吸收热量，再由排水装置将水排出。这种冷却结构需要特殊的防止泄露的水冷结构部件，需要采用某些新材料，还提高了电机运行和维护的要求。此外，上述三种冷却方式从本质上来说都属于对流换热，这限制了汽轮发电机容量的进一步提高。蒸发冷却技术利用了冷却介质液体汽化吸热的原理来冷却电机，具有冷却效果好、温度分布均匀、无局部过热等突出优点。为了解决冷却介质蒸汽在长管道内部积聚而使流动阻力增加，流动不畅的问题，Hisao Koizumi在1969年提出过一种电机转子的开放式转子专利(US PATENT 3439203)，采用水作为冷却介质，通过轴边的进液管和进液喷嘴进入各套线圈，转子的线圈采用了凹形导线绕制，即导线不密封，距离轴心半径距离较近的导体内的冷却介质采用溢出的方法通过导体两侧溢流至下层导体，冷却介质的蒸汽也同时通过导线的开口排出，最外侧导体内剩余的冷却介质汇流至排液管，最后通过具有迷宫结构的静止排液环排出。该专利主要的不足一是采用水作为冷却介质，存在水和蒸汽对大轴、导体、绝缘材料的腐蚀问题。水质要求也高，否则会产生结垢和沉淀；二是导线结构采用的是特制的凹型开口导线，加工成本较高，安装工艺复杂，在转子绕组绕制过程中很难保证导线不变形，难以在工业生产中得到应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种适用于汽轮发电机转子绕组的蒸发冷却结构。蒸发冷却技术利用冷却介质液体汽化吸热的原理冷却电机，采用具有良好的绝缘性能氟碳化合物作为冷却介质。由于沸点较低，冷却介质在转子绕组空心导体内部沸腾后产生的蒸汽将使流动阻力增大，本发明提出了一种转子绕组蒸发冷却结构，转子绕组空心导线直线部分采用开放式的设计方案，在槽绝缘上开设排汽通道，冷却介质在转子绕组空心导线内部流动，受热沸腾产生的蒸汽通过排汽孔和排汽通道及时排出，不再积聚在空心导体内。转子绕组上还装有溢流装置，当某一层内的液位达到一定高度后，冷却介质就通过溢流装置进入下层。转子线圈液路因溢流装置而分段，冷却介质能够尽快分布到线圈各层，使冷却效果更加均匀，同时也避免由于缺液或断液而导致局部过热，损坏绝缘。转子绕组最外侧空心导线内多余的冷却介质则被引入到固定在定子机座上的排液环，排出电机外冷凝之后回收利用。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为气隙。定子机座内部的冷却介质蒸汽也被抽出循环利用。

本发明中开放式转子绕组结构设计可使空心导线内的冷却介质蒸汽及时排出，减少了流动阻力，冷却介质的流动变得更为通畅。溢流装置使冷却介质能够均匀的分布，在加强转子冷却的同时也降低了转子绕组径向的温差，可以使汽轮发电机的容量和效率在目前的基础上得到进一步的提高。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图，图中：10汽轮发电机定子，20采用开放式转子绕组设计的蒸发冷却汽轮发电机转子，30隔离套筒，40定子上的抽汽孔，50转子绕组，60转子护环，70排液环，80旋转密封，90出液室，100排液尾管；

图2为轴边进液示意图，图中：101为定子端部盖板，601为支持转子护环的中心环，110为进液管，120为轴边进液环，131为转子绕组下部进液引线，132为转子绕组上部排液引线；

图3为转子绕组端部液体分流示意图，图中：133为分液管，501为转子绕组绝缘进液盒；

图4为溢流装置示意图，图中：502为转子绕组采用的空心导线，503为转子绕组空心导线溢流口，504为转子绕组空心导线进液口，141为溢流装置上集液器，142为上集液器出液口，143为溢流装置下集液器，142为下集液器进液口；

图5为溢流装置的布置图；

图6为转子槽内单排空心导线示意图，转子槽底无副槽，图中：201转子齿，202转子槽楔，203转子槽楔上开设的排汽孔，504为空心导线上开设的排汽孔，150为槽绝缘，151为槽绝缘上开设的排汽通道，170为匝间绝缘；

图7为转子槽内单排空心导线示意图，转子槽底有副槽，图中：160为转子槽底副槽；

图8为转子槽内双排矩形槽内空心导线示意图，转子槽底无副槽；