CN101512872B - 用于电机的转子冷却 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电机的转子(2)，其中在该转子(2)中布置有基底通道(9)，冷却介质在运行时流动通过所述基底通道并且通过径向通道(12)冷却导体(4)。所述基底通道(9)在此根据本发明这样构造，使基底通道横截面朝转子(2)的中间收缩。

Description

用于电机的转子冷却
技术领域
本发明涉及一种用于电机的转子，其中该转子具有基底通道用于冷却布置在转子上的导体，其中该转子这样构造，使冷却介质在运行时可以流动通过所述转子。
背景技术
对于电机要理解为发电机或者电动机。本申报优选涉及发电机，其中本发明也可以应用在其它的电力机器上。用于地区性能量供应的发电机具有几百MVA的功率容量。发电机基本上具有转子和围绕转子布置的定子。转子和定子都具有电流通过其流动的导体。该电流是相对较高的并且造成导体的强烈发热。因此导体，特别是在转子中的导体必须被冷却。对此基本上应用或者使用两种冷却介质。例如可以使用氢气或者水作为冷却介质。
在转子中的电导体被嵌入所谓的槽中，此时在电导体和转子基体之间形成一种基底通道。这种基底通道根据现有技术设计成具有恒定的横截面的通道。
为了冷却，冷却介质被在一端通过基底通道引入，其中基底通道一般具有朝着导体的方向的径向通道。冷却介质首先流动通过所述基底通道，并且接着通过径向通道向要冷却的导体流动。由于一种通过所谓的伯努利方程描述的物理效应，在基底通道的入口处的冷却介质的速度和压力与在基底通道中在转子的中间的冷却介质的压力和速度是不同的。在转子端面上，由于在基底通道中的高的流动速度使到径向通道中的分流困难。由此导致冷却介质在转子端面上到径向通道中的差的继续传输。相反在发电机中间，可以实现冷却介质到径向通道中的相对好的继续传输，因为在转子中间的流动速度相对较小。由此在轴向方向上的冷却功率是不同的。转子端面比转子中间被相对较差地冷却。
发明内容
在这种情况下本发明开始着手，它的任务是，提供一种电力机器的转子冷却，其中该转子可以在轴向方向上均匀地冷却。
该任务通过一种用于电机的转子解决，其中该转子具有带基底通道横截面的基底通道用于冷却布置在转子上的导体，其中该转子这样构造，使冷却介质在运行时可以流动通过所述转子，其中所述基底通道横截面收缩。
本发明此外从这种观点出发，即必须使得在根据现有技术具有高的流动速度的位置处的冷却介质变慢。高的流动速度意味着，较少的冷却介质进入到径向通道中。因此本发明从这种观点出发，按照伯努利方程，在基底通道中可以使流动速度朝转子中间收缩，其措施是基底通道横截面朝转子中间收缩。由此在转子端面上的流动速度收缩，从而更多冷却空气可以通过径向通道在转子端面的区域中流动。由此在发电机端面和发电机中间之间实现冷却介质的流动速度的均匀化。
由此可以延长电力机器的寿命。
有利的改进方案在从属权利要求中说明。
在一种有利的改进方案中，转子具有径向的冷却孔，冷却孔基本上垂直于转子的旋转轴线构造。由此可以获得冷却介质的好的继续传输可能性，其中通过径向的冷却孔流过的冷却介质被用于冷却导体。
在一种有利的改进方案中，径向的冷却孔在流体技术上与基底通道连接。
基底通道横截面适宜地这样构造，使它基本上朝转子中间收缩。通过伯努利方程描述的流动速度通过这种适宜的改进方案在转子端面相比朝转子中间均匀，这导致改善了导体冷却的结果。
在另一种有利的改进方案中，收缩的基底通道横截面的最小横截面基本上位于转子中间。由此可以均匀地冷却基本上旋转对称而且朝转子中间镜面对称地构造的转子。因此在转子端面上的冷却不具有较大的区别，因为两个转子端面的流动曲线以及压力曲线朝转子中间基本上是相同的。
在另一种有利的改进方案中，基底通道具有直线构造的界壁。由此基底通道可以更简单地制造。因此可以实现在转子制造时费用下降。
在一种有利的改进方案中，基底通道的至少一个界壁构造成非直线的。由此实现，冷却介质的速度曲线通过基底通道的界壁的非直线的曲线而改变或者匹配于冷却要求。例如可能希望，在转子中间需要冷却介质的非常高的速度。通过界壁的非直线的收缩，可以适宜地改变冷却介质在转子中间的速度。
在另一种有利的改进方案中，至少一个界壁具有凸起的曲线。该凸起的曲线具有此优点，即界壁没有不稳定性，并且由此不出现流体技术上产生的速度突变。通过凸起的曲线，仍然可以单独地匹配于冷却介质的速度。界壁在这种情况下可以具有几乎每种任意的凸起曲线的形状。例如界壁可以是圆弧的一部分或者抛物线的曲线。
在另一种有利的改进方案中，基底通道具有基本上平行于旋转轴线构造的基底通道分界底面。
在另一种有利的改进方案中，基底通道具有位于基底通道分界底面对面的、倾斜于基底通道分界底面布置的基底通道分界顶面。这意味着，一个表面平行于旋转轴线构造，并且位于该表面对面的表面倾斜于它延伸。由此可以更快并由此更成本经济地制造转子。
在另一种有利的改进方案中，基本上位于转子中间的基底通道横截面的大小在转子端部的基底通道横截面的大小的30％和50％之间。根据经验的研究已经表明，基底通道的横截面在这两个值之间的收缩具有特别好的冷却效果。
附图说明
本发明的实施例接下来借助附图说明。该附图不应该决定性地描述实施例，相反用于说明的附图以示意的和/或略微失真的方式实行。对于在附图中可直接获得的教导的补充，请参考相应的现有技术。附图详细示出：
图1是发电机的透视图。
图2是转子的一部分的透视图。
图3是根据现有技术的转子的横截面图。
图4是根据本发明的转子的横截面图。
图5示出了根据本发明的转子的一种替代的实施方式。
发明实施方式
在图1中可以看出一种发电机1的透视图。发电机1要看作一种电机的实施例。电机的另一个例子可以是电动机。发电机1基本上具有两个构件。转子2绕着旋转轴线3可转动地布置。转子2具有多个沿轴向取向的导体4。电导体4通过未进一步示出的励磁电流输入装置接入励磁电流。由此产生围绕转子2的磁场。转子2通过未示出的蒸汽轮机或者燃气轮机置于转动中。转动频率在这里一般处于50或者60Hz。
围绕转子2布置有定子5，它具有定子绕组6。在定子绕组6中通过转子2的旋转的磁场感应出电压，电压接着输送到高压电网中。在导体4中流动的励磁电流相对较高，这样由此产生的热量必须通过冷却减少。
在图2中可以看出定子2在透视图中的截面。转子2具有多个并排布置的槽7。在这些槽中布置有在图2中未进一步示出的导体，励磁电流流动通过该导体。槽7纵向构造并且一般从转子端面到位于对面的，在图2中不能看出的转子端面具有保持相同的横截面。导体4具有和槽7相同的宽度。导体4的高度小于槽7的高度16。由此在导体4和基底通道分界底面10之间产生基底通道9。
在基底通道分界底面10和导体4的下表面之间一般装有分界机构11。该分界机构11可以由铜构成。在分界机构11中构造有径向通道12。径向通道12在流体技术上与基底通道9连接，径向通道12可以说具有此任务，即将流动通过基底通道9的流动介质引导到要冷却的导体4。根据所需冷却功率的情况，必须使径向通道12的数量相匹配。
在图3中可以看出横截面图中的转子。根据图3的转子是按照现有技术构造的。
基底通道9在这种情况下，如在图3中所示，通过基底通道分界底面10和分界机构11确定。在运行时，通过基底通道9流过冷却介质，例如水或者氢气。分界机构11在这种情况下平行于基底通道分界底面10构造。
在图4中示出了一种根据本发明的转子2的横截面图。按照图4的转子构造带有基底通道9，它构造用于冷却布置在转子2上的导体4，其中冷却介质在运行时可以流动通过该基底通道9，其中该基底通道横截面收缩。冷却通道横截面在这种情况下从端面8朝转子中间13收缩。转子2在此具有径向通道12，径向通道12基本上垂直于转子2的旋转轴线3构造。
径向通道12在流体技术上与基底通道9连接。
基底通道横截面基本上在转子中间13处具有最小横截面。通过直线的界壁14和直线构造的分界机构11构成的基底通道的实施方式在加工技术上是容易制造的。
在图5中在一种替代的实施方式中示出了一种转子2，它的界壁14不是直线延伸的。界壁14在这种情况下可以具有凸起的曲线。基底通道9可以具有基本上平行于旋转轴线3构造的基底通道分界底面10。基底通道分界面14可以相对基底通道分界底面10倾斜地构造。基底通道横截面在转子中间的尺寸大小值处于在转子端部15上的基底通道横截面的大小的30％和50％之间。

Claims (7)

1.用于电机的转子(2)，其中该转子(2)具有带基底通道横截面的基底通道(9)用于冷却布置在转子(2)上的导体，其中所述转子这样构造，使冷却介质在运行时能够流动通过该转子，其中所述转子(2)具有布置在槽(7)中的导体(4)，其中所述基底通道(9)布置在导体(4)和基底通道分界面(10)之间，其中在基底通道分界面(10)和导体(4)的底面之间安装有分界机构(11)，其中基底通道横截面收缩，其特征在于，所述基底通道(9)具有直线构造的界壁(14)，其中所述分界机构(11)构造成直线的，基本上位于转子中间(13)的基底通道横截面的大小在转子端部(15)上的基底通道横截面的大小的30％和50％之间。
2.根据权利要求1所述的转子(2)，其中所述转子(2)具有径向的冷却孔(12)，该冷却孔基本上垂直于转子(2)的旋转轴线(3)构造。
3.根据权利要求2所述的转子(2)，其中所述径向的冷却孔(12)在流体技术上与基底通道(9)连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子(2)，其中所述基底通道横截面基本上朝转子中间(13)收缩。
5.根据权利要求4所述的转子(2)，其中所述基底通道横截面基本上在转子中间(13)具有最小的横截面。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的转子(2)，其中所述基底通道(9)具有基本上平行于旋转轴线(3)构造的基底通道分界面(10)。
7.根据权利要求6所述的转子(2)，其中所述基底通道(9)具有位于基底通道分界面(10)对面的、倾斜于该基底通道分界面(10)布置的基底通道分界顶面(19)。
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