CN103595192B - 大型发电机定、转子流量风速测量装置 - Google Patents

Abstract

大型发电机定、转子流量风速测量装置，属电气领域。本发明解决了由于受发电机空间限制以及电机内复杂电磁场对测量的影响，大型发电机定、转子以及气隙内流量风速在实际电机内很难测试等问题。本发明提出开有与汽轮发电机转子相同副槽通风沟和径向通风沟以及转子槽的转子实心体、定子侧是木制的定子铁心和定子绕组；定子轭背部、定、转子气隙和轴流式风扇导风板处分别安装前伸式测量风速传感器，可以对装置内的风速进行监控；通过同步调节整个测量装置中两台变频器的输出频率，达到调节电动机转速的目的。装置可以准确的测量大型发电机定子、转子和气隙内流量和流速大小，避免高昂的实验费用，具有测量准确和易于实现等优点。

Description

大型发电机定、转子流量风速测量装置

技术领域

本发明涉及大型发电机定、转子流量风速测量装置，属于电气领域。

背景技术

目前，工程设计人员非常关心百兆瓦以上的大型发电机定子、转子以及气隙内流量大小，它们各占总流量的比例，以及定子、转子和气隙内风速的大小。由于受发电机空间限制以及电机内复杂电磁场对测量的影响，大型发电机定、转子以及气隙内流量风速在实际电机内很难测试出来。

发明内容

为了准确地确定电机内定子、转子和气隙内的风速和风量大小以及它们占总风量的比例，提出一种新的测量装置。

本发明提出的技术方案是：

大型发电机定、转子流量风速测量装置，主体是仿真的汽轮发电机定、转子模拟装置。模拟装置的转子中轴19两端通过法兰盘各连有一台同样功率电动机9。在转子中轴19两端还各安装有一部轴流式风扇1。本测量装置上共安装有四组测量风速的传感器：在定子轭背部安装前伸式测量定子轭背部风速传感器5；在定、转子间气隙15之间安装前伸式测量转子风速传感器6；在定子端面气隙处安装测量气隙风速传感器16；在轴流式风扇1前安装测量风扇风速传感器17。

本发明和现有技术相比所具有的有益效果：

发明提出一种大型发电机定、转子流量风速测量装置，装置可以准确的测量大型发电机定子、转子和气隙内流量和流速大小。利用对两台同功率电动机的同步控制，可以对发电机不同运行工况时定、转子和气隙内流量和风速的大小进行测量。由于两台电动机均为同步控制的电机，运行时输出转速稳定，可以提高装置的可靠性；采用该装置可以避免高昂的实验费用，具有测量大型发电机内流量和流速准确和易于实现等优点。

附图说明

图1为无气隙挡风板的大型发电机定、转子流量风速测量装置示意图；

图2为有气隙挡风板的大型发电机定、转子流量风速测量装置示意图；

图3为图1的A-A’横截面示意图。

图中，1为轴流式风扇，2为转子，3为定子端部绕组，4为定子直线段绕组，5为前伸式测量定子轭背部风速传感器，6为前伸式测量转子风速传感器，7为连杆，8为定子铁心，9为电动机，10为变频器、11为总变频器、12为副槽通风沟、13为转子径向通风沟，14为定子通风沟，15为定、转子间气隙，16为测量气隙风速传感器，17为测量风扇风速传感器，18为风扇导风板，19为转子中轴，20为气隙挡风板，21为转子槽。

具体实施方式

下面结合图1-3，通过具体实施例对本发明作进一步说明；

参见图1和图3，本发明大型发电机定、转子流量风速测量装置，主体是仿真的汽轮发电机定、转子模拟装置。其带有副槽的转子2制成木质结构的实心体，该木质结构的实心体开有与汽轮发电机转子相同的副槽通风沟12、转子径向通风沟13以及转子槽21，在转子槽21中嵌放铜绕组。

定子侧采用与汽轮发电机定子的相似原则，设有定子端部绕组3和定子直线段绕组4。这些定子绕组是非铜制绕组，由实木外包裹绝缘层组成。定子铁心8也是由木质结构制成，沿轴向开有相应的定子通风沟14。该定子轴向上装有连杆7，通过端头的螺栓对通风沟14宽度进行调节，可以测量定子通风沟14不同宽度时，定子、转子以及气隙内流量大小，它们各占总流量的比例，以及定子、转子和气隙内风速的大小。

模拟装置的转子中轴19两端通过法兰盘各连有一台同样功率电动机9，在转子中轴19两端还各安装有一部轴流式风扇1；分别通过两台变频器10调控。两台变频器10又受一台总变频器11同步调控。通过总变频器11同步调控，使转子2旋转，并使两个轴流式风扇1产生同样风量。通过同步调节两台变频器10的输出频率，调节转子2转速，使转子转速达到1500r/min用来模拟半速汽轮发电机工作状态，或最终可使转子转速达到3000r/min，用来模拟全速汽轮发电机工作状态。

在轴流式风扇1上安有风扇导风板18，以使风集中吹向定、转子的轴中心周围区域。

本测量装置上共安装有四组测量风速的传感器：在定子轭背部安装前伸式测量定子轭背部风速传感器5；在定、转子间气隙15之间安装前伸式测量转子风速传感器6；在定子端面气隙处安装测量气隙风速传感器16；在轴流式风扇1前安装测量风扇风速传感器17。

图2中，在模拟装置的定、转子的气隙端口处安装气隙挡风板20，气隙挡风板20制成锥台形。目的是阻挡冷却风回流到转子副槽通风沟12，影响实际风量的分布。为此，制成锥台形气隙挡风板20，使冷却风通过转子副槽通风沟12进入定子通风沟14。

本发明的风量风速测量方法是：

定子端部绕组3上方开有很大空间，让轴流式风扇1产生的部分风排到空气中。

（1）安有气隙挡风板20时，测量从定子出来的风量：

前伸式测量定子轭背部风速传感器5测量的从转子侧进入定子各通风沟风速V₁，V₂，V₃…V_n，乘以定子各通风沟的出口面积S₁，S₂，S₃…S_n，即得定子各通风沟的风量Q₁，Q₂，Q₃…Q_n，求和之后就可以确定有气隙挡风板20时从定子出来的风量Q₁₁₁。

Q₁₁₁=Q₁+Q₂+Q₃…+Q_n

=V₁×S₁+V₂×S₂+V₃×S₃…+V_n×S_n

式中Q₁₁₁为有气隙挡风板时从定子出来的风量，V_n为第n个定子通风沟的风速，S_n为第n个定子通风沟的出口面积。

（2）去掉气隙挡风板20时，测量进入定、转子间气隙15风量Q₂₂₂：

把测量气隙风速传感器16伸在定子端面气隙处，测量此处风速。为了保证测量进入定、转子间气隙15的风量的准确性，在定子轭背部同样测量进入定子各通风沟风速V₁₃，V₂₃，V₃₃…V_n3，乘以定子各通风沟的出口面积S₁，S₂，S₃…S_n即可以得到定子各通风沟的风量Q₁₃，Q₂₃，Q₃₃…Q_n3，求和之后就可以确定无气隙挡风板时从定子出来的风量为Q₃₃₃。用无气隙挡风板20时从定子出来的风量Q₃₃₃减去有气隙挡风板20时从定子出来的风量Q₁₁₁就可以得到进入气隙的风量Q₂₂₂，除以2倍的气隙15入口面积S₁₂，就可以得到进入气隙15的风速V₂₂₂。

Q₃₃₃=Q₁₃+Q₂₃+Q₃₃…+Q_n3

=V₁₃×S₁+V₂₃×S₂+V₃₃×S₃…+V_n3×S_n

Q₂₂₂=Q₃₃₃-Q₁₁₁

V₂₂₂=Q₂₂₂/S₁₂/2

式中Q₃₃₃为无气隙挡风板时从定子出来的风量。V_n3为第n个定子通风沟的风速。S_n为第n个定子通风沟的出口面积。Q₂₂₂为进入气隙风量，S₁₂为气隙入口面积，V₂₂₂为进入气隙15的风速。

（3）去掉气隙挡风板20时，测量从转子出来的风量Q₄₄₄：

在定、转子气隙处安装前伸式测量转子风速传感器6，注意前伸式测量转子风速传感器6离出口越近，测量从转子径向通风沟13出来的风速越准确，但也应与带有副槽的转子2保持一定的距离，避免带有副槽的转子2旋转碰到前伸式测量转子风速传感器6。从各转子径向通风沟13出来的风速V₁₄，V₂₄，V₃₄…V_n4，乘以转子副槽通风孔的面积S₁₄，S₂₄，S₃₄…S_n4即可以得到从带有副槽的转子2出来的风量Q₁₄，Q₂₄，Q₃₄…Q_n4，求和之后就可以确定从转子出来的风量为Q₄₄₄。

Q₄₄₄=Q₁₄+Q₂₄+Q₃₄…+Q_n4

=V₁₄×S₁₄+V₂₄×S₂₄+V₃₄×S₃₄…+V_n4×S_n4

式中Q₄₄₄为无气隙挡风板20时从转子出来的风量。V_n4为第n个转子副槽通风孔的风速。S_n4第n个转子副槽通风孔的面积。

（4）测量轴流式风扇1的总风量Q₆₆₆：

通过测量风扇风速传感器17可以测出从轴流式风扇1出来的风速V₁₅，乘以风扇导风板18出口面积S₁₅，就可以确定一个轴流式风扇1的风量Q₅₅₅，由于装置内风扇是对称分布的，乘以2就可以确定装置内的总风量Q₆₆₆。

Q₅₅₅=V₁₅×S₁₅

Q₆₆₆=2×Q₁₅

式中Q₅₅₅为一个风扇的流量。Q₆₆₆为测量装置内的总风量。

基于上述的计算结果，也可以确定穿过定子端部的风量Q₇₇₇。

Q₇₇₇=Q₆₆₆-Q₃₃₃。

式中Q₇₇₇为穿过定子端部的流量。Q₆₆₆为测量装置内的总风量。Q₃₃₃为无气隙挡风板时从定子出来的风量。

Claims (6)

1.大型发电机定、转子流量风速测量装置，主体是仿真的汽轮发电机定、转子模拟装置，其特征在于：模拟装置的转子中轴(19)两端通过法兰盘各连有一台同样功率电动机(9)；在转子中轴(19)两端还各安装有一部轴流式风扇(1)；本测量装置上共安装有四组测量风速的传感器：在定子轭背部安装前伸式测量定子轭背部风速传感器(5)；在定、转子间气隙(15)之间安装前伸式测量转子风速传感器(6)；在定子端面气隙处安装测量气隙风速传感器(16)；在轴流式风扇(1)前安装测量风扇风速传感器(17)；

在定子轴向上装有连杆(7)，通过连杆(7)端头的螺栓对通风沟(14)宽度进行调节。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：带有副槽的转子(2)制成实心体，该实心体开有副槽通风沟(12)、转子径向通风沟(13)以及转子槽(21)，在转子槽(21)中嵌放铜绕组。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：定子侧设有定子端部绕组(3)和定子直线段绕组(4)；定子铁心(8)沿轴向开有相应的定子通风沟(14)。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：转子中轴(19)两端的电动机(9)和轴流式风扇(1)分别通过两台变频器(10)调控；两台变频器(10)又受一台总变频器(11)同步调控；通过总变频器(11)同步调控，使转子(2)旋转，并使两个轴流式风扇(1)产生同样风量。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：在轴流式风扇(1)上安有风扇导风板(18)，以使风集中吹向定、转子的轴中心周围区域。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：在定、转子的气隙端口处安装气隙挡风板(20)。