KR100337266B1 - 로터말단권선조립체및발전기조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전기역학적 장치의 개선된 로터 말단 권선 조립체는 전도성 스트랩의 적층체를 구비하며, 이 적층체는 로터의 말단 권선부둘레로 권취되도록 구성되고 상층 스트랩과 하층 스트랩 및 그 사이에 적층되는 다수의 중간층 스트랩을 구비한다. 로터 샤프트와 상기 하층 스트랩의 사이에 규정된 공간은 분할 블록에 의해 고압 구역과 저압 구역으로 양분된다. 적층체내에 규정된 단차진 냉각재 통로는 상층 스트랩을 향하여 상기 분할 블록 및 저압 구역의 방향으로 안내되는 상승 통로와, 상기 상승 통로로부터 상기 저압 구역으로 안내되는 하강 통로를 구비한다. 결과적으로, 냉각재는 상기 고압 구역으로부터 상기 저압 구역으로 흘러서 상기 스트랩의 적층체를 효율적으로 냉각하게 될 것이다.

Description

로터 말단 권선 조립체 및 발전기 조립체{ROTOR END TURN VENTILATION STRUCTURE}
본 발명은 발전기와 같은 대형의 전기역학적 장치의 설계에 관한 것으로, 특히 공냉식 발전기내에 있는 스트랩 권취형 로터 코일(strap-wound rotor coil)의 말단 권선부 영역(end turn region)에 대한 개선된 냉각 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 출원인인 웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀(Westinghouse Electric Company)에 의해서 제조되는 유형을 갖는 대형의 공냉식 발전기는 경제성의 향상을 위하여 가급적 고 출력 밀도를 가질 뿐만 아니라 단순하게 제조할 수도 있도록 설계되어야 한다.
발전기의 출력 밀도가 높을수록, 정상적인 동작중 스테이터 및 로터 권선내에서 발생되는 열은 더욱 많아진다. 스테이터 및 로터 권선으로부터 방출된 폐열을 배출하기 위한 필요성은 달성될 수 있는 출력 밀도에 대해 중요한 제한 요건으로 작용한다.
전형적으로, 스트랩 권취형 로터 권선의 말단 권선부 영역은 효율적으로 냉각하기가 어려웠다. 말단 권선부를 냉각하기 위한 일 방법은 코일의 말단 권선부 사이에 위치된 유리섬유 블로킹(blocking)내에 통기 채널을 기계 가공하여서, 코일의 측면으로부터 열을 발산시키는 것이다. 그러나, 그러한 통기 채널의 효율성은 제한되며, 그러한 장치의 설계자가 얻고자 하는 출력 밀도의 수준에서 필요한 냉각을 제공하기에는 부적합하다.
따라서, 종래 기술에서는 발전기의 스트랩 권취형 로터 코일의 말단 권선부 영역을 냉각하기 위한 방법 및 시스템을 개선하고자 하는 요구가 오랫동안 만족없이 지속되어 왔음이 분명하다.
따라서, 본 발명의 목적은 발전기의 스트랩 권취형 로터 코일의 말단 권선부 영역을 냉각하기 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적을 달성하기 위하여, 발전기와 같은 전기역학적 장치용으로 사용되는 개선된 권선은, 제 1 전도성 스트랩과; 상기 제 1 전도성 스트랩과 접촉상태로 중첩하고 있는 제 2 전도성 스트랩과; 상기 제 1 전도성 스트랩내에 규정된 제 1 구멍과; 상기 제 2 전도성 스트랩내에 규정된 제 2 구멍을 포함하며, 상기 제 2 구멍은 상기 제 1 구멍과 연통하고 있고, 상기 제 1 및 제 2 구멍은 상기 제 1 전도성 스트랩의 일부가 상기 제 2 구멍을 덮고 상기 제 2 전도성 스트랩의 일부가 상기 1 구멍을 덮도록 서로 편위(displaced)되게 구성함으로써, 상기 제 1 및 제 2 스트랩을 통하여 냉각재용의 단차진 통로(stepped passage)가 규정되도록 함과 아울러, 냉각재와의 열전달을 위하여 노출된 표면적은 상기 단차진 통로가 단차지지 않은 통로보다 더 넓어지도록 하고 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 발전기와 같은 전기역학적 장치용으로 사용되는 개선된 로터 권선 말단 권선부 조립체는, 복수의 전도성 스트랩의 적층체를 포함하고, 상기 스트랩의 적층체와 그 내의 각 스트랩은 전기역학적 장치내에 있는 로터의 말단 권선부 둘레로 권취되도록 구성 및 배열되고; 상기 적층체내에는 냉각재용의 단차진 통로가 형성되고, 상기 단차진 통로는 상기 스트랩내에 각기 형성된 복수의 구멍에 의해 규정되며, 상기 제 1 스트랩의 제 1 구멍은 인접한 제 2 스트랩의 제 2 구멍과 연통하지만 상기 제 1 스트랩의 일부는 상기 제 2 구멍을 덮고 상기 제 2 스트랩의 일부는 상기 1 구멍을 덮도록 상기 제 1 및 제 2 구멍을 서로편위되게 구성함에 의하여 상기 구멍들을 위치설정함으로써, 냉각재와의 열전달을 위하여 노출된 표면적은 상기 단차진 통로가 단차지지 않은 통로보다 더 넓어지도록 하고 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 발전기와 같은 전기역학적 장치용으로 사용되는 개선된 로터 말단 권선 조립체는, 로터 샤프트와; 복수의 전도성 스트랩으로 이루어지며, 말단 권선부를 갖고, 상층 스트랩과 하층 스트랩 및 그 사이에 적층되는 다수의 중간층 스트랩을 구비하는 적층체와; 상기 로터 샤프트와 상기 하층 스트랩의 사이에 규정되며, 분할 블록에 의해 고압 구역와 저압 구역으로 양분되는 공간과; 상기 적층체내에 규정되는 냉각재 통로를 포함하며, 상기 냉각재 통로는, 상기 고압 구역에 인접해 있는 상기 하층 스트랩내에 규정되는 입구 구멍과; 다수의 중간층 스트랩내에 각기 규정되어, 상기 상층 스트랩을 향하여 상기 분할 블록 및 저압 구역의 방향으로 안내되는 상승 통로를 규정하는 다수의 상승 구멍과; 상기 저압 구역에 인접해 있는 상기 하층 스트랩내에 규정되는 출구 구멍과, 제 1 단부에서는 상기 상승 통로와 연통하고 제 2 단부에서는 상기 출구 구멍과 연통하는 하강 통로를 규정하는 다수의 하강 구멍을 구비함으로써, 냉각재가 상기 고압 구역으로부터 상기 저압 구역으로 흘러서 상기 스트랩의 적층체를 효율적으로 냉각할 수 있도록 하고 있다.
본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 높은 출력 밀도를 허용하는 개선된 냉각 특성을 갖는 발전기 조립체는, 스테이터와; 상기 스테이터내에 회전가능하게 장착되며, 로터 샤프트를 갖는 로터와; 복수의 전도성 스트랩으로 이루어지며, 말단 권선부를 갖고, 상층 스트랩과 하층 스트랩 및 그 사이에 적층되는 다수의 중간층 스트랩을 구비하는 적층체와; 상기 로터 샤프트와 상기 하층 스트랩의 사이에 규정되며, 분할 블록에 의해 고압 구역와 저압 구역으로 양분되는 공간과; 상기 적층체내에 규정되는 단차진 냉각재 통로를 포함하며, 상기 냉각재 통로는, 상기 고압 구역에 인접해 있는 상기 하층 스트랩내에 규정되는 입구 구멍과; 다수의 중간층 스트랩내에 각기 규정되어, 상기 상층 스트랩을 향하여 상기 분할 블록 및 저압 구역의 방향으로 안내되는 상승 통로를 규정하는 다수의 중첩된 상승 구멍과; 상기 저압구역에 인접해 있는 상기 하층 스트랩내에 규정되는 출구 구멍과; 제 1 단부에서는 상기 상승 통로와 연통하고 제 2 단부에서는 상기 출구 구멍과 연통하는 하강 통로를 규정하는 다수의 중첩된 하강 구멍을 구비함으로써, 냉각재가 상기 고압 구역으로부터 상기 저압 구역으로 흘러서 상기 스트랩의 적층체를 효율적으로 냉각할 수 있도록 하고 있다.
본 발명의 특징이 되는 신규한 상기 및 다른 각종 장점과 특성은 본원의 특허청구범위에 첨부되어 그것의 일부를 형성하는 청구범위에 구체적으로 나타낸다. 그러나, 본 발명, 그것의 장점 및 그것의 사용에 의해 얻어지는 목적에 대한 이해를 돕기 위하여, 본 발명의 일부를 형성하는 도면 및 이하의 설명을 참조하고자 한다. 이하의 설명은 본 발명의 바람직한 설명을 예시 및 기술한다.
이하, 도면을 참조하면, 여러 도면에 걸쳐서 동일한 참조부호는 동일한 구조체를 나타낸다. 제 1 도를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 발전기 조립체(10)는 스테이터 조립체(12)와, 그 내에 회전가능하게 장착된 로터 조립체 (14)를 구비한다.
제 1 도에는 로터 조립체(14)상에 있는 권선의 말단 권선부가 도시되며, 이것은 전도성 스트랩의 다수의 적층체(16)를 구비한다. 각각의 스트랩 적층체(16)는 상층 스트랩(18), 하층 스트랩(20) 및 다수의 중간층 스트랩(46)을 구비하고, 이것은 제 2 도 및 제 3 도에 가장 잘 도시되어 있다. 이용되고 있는 권선 패턴에 따라서, 인접 스트랩이 전기 접촉상태로 있지 않을 수도 있다. 인접 스트랩은 물리적 접촉상태에 있을 수도 있고, 또는 그 사이에 작은 간극 및/또는 절연물질이 있을 수도 있다. 본 발명의 목적상, 그러한 인접 스트랩은 "접촉" 상태에 있다고 고려하기로 한다. 상층 스트랩(18)과 하층 스트랩(20)은 일반적으로 각기 최상측 및 최하측 스트랩을 나타내며, 각기 최상측 및 최하측 스트랩은 권선 패턴의 결과로서 말단 권선부 전체에 걸쳐서 구조적으로 동일한 스트랩이 아닐 수도 있을 것이다.
로터 조립체(14)의 샤프트(24)의 회전중 구조적인 지지를 제공하기 위해서 스트랩의 적층체(16) 사이에, 바람직하게는 유리섬유로 이루어진 블로킹(22)이 제공된다. 그러한 시스템에 있어서 보통 사용되는 바 대로, 각 적층체(16)의 최상측 스트랩(18) 위에 슬립레이어 (sliplayer)가 제공되며, 적층체(16)와 슬립레이어 위에는 리테이닝 링(26)이 끼워맞춤되어, 정상 동작중 발생하는 고속 회전중 로터(14)의 말단 권선부 조립체를 구조적으로 수납한다.
발전기 조립체(10)는 공냉식으로 이루어진다. 제 3 도를 간단히 참조하면, 전도성 스트랩의 인접 적층체(16) 사이에 개재된 유리섬유제 블로킹(22)내에 다수의 통기 통로(28)가 규정된다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 통기 통로(28)는 로터조립체(14)의 말단 권선부를 냉각하기 위하여 냉각재가 관통하여 흐르는 1차 도관이다. 그러나, 그러한 통로의 냉각 용량은 발전기 조립체(10)의 설계자가 추구하는 고 출력 밀도를 허용하기에는 불충분하다. 따라서, 본 발명의 중요한 일 실시예는 스트랩 적층체(16) 자체내에 추가의 통기 구조체(30)를 설치하는 것에 대한 것이다.
제 2 도 및 제 3 도를 참조하면, 스트랩 적층체(16)의 하층 스트랩(20)과 로터 샤프트(24)의 외측 원주방향 표면의 사이에 공간(38)이 형성된다는 것을 알 것이다. 제 2 도로부터 알 수도 있는 바와 같이, 로터 샤프트(36)와 하층 스트랩(20) 사이의 공간(38)내에는 분할 블록(zone block)(36)이 개재된다. 분할 블록(36)은 공간(38)을 고압 구역(32)과 저압 구역(34)으로 양분한다. 바람직한 실시예에 있어서, 양 구역(32)(34)의 상이한 압력은 정압의 냉각재를 고압 구역(32)내로 공급함으로써 이루어진다. 제 2 도에 도시한 바와 같이, 고압 구역(32)과 저압 구역(34)을 연통시키기 위해서 스트랩의 적층체(16)내에 다수의 단차진 냉각재 통로(40)가 규정된다. 제 2 도에 도시한 바와 같이, 단차진 냉각재 통로(40)는 고압 구역(32)에 인접해 있는 하층 스트랩(20)내에 규정된 입구 구멍(44)과, 다수의 중간층 스트랩(46)내에 각기 규정되어 상층 스트랩(18)을 향하여 분할 블록(36) 및 저압 구역(34)의 방향으로 안내되는 상승 통로(42)를 규정하는 다수의 중첩된 상승 구멍(52)을 구비한다. 이 단차진 냉각재 통로(40)는 저압 구역(34)에 인접해 있는 하층 스트랩(20)내에 규정되는 출구 구멍(50)도 추가로 구비한다. 하강 통로(48)는 제 1 단부에서는 상승 통로(42)와 연통하고 그 반대쪽의 제 2 단부에서는 저압 구역(34)과 연통한다. 하강 통로(48)는 다수의 중간층 스트랩(46)내에 형성된 대응하는 수의 다수의 중첩된 하강 구멍(54)에 의해 규정된다.
제 2 도에 추가로 도시한 바와 같이, 상승 구멍(52) 및 하강 구멍(54)의 양자는, 제 1 스트랩의 제 1 구멍이 인접한 제 2 스트랩의 제 2 구멍과 연통하며, 제 1 스트랩의 일부가 제 2 구멍을 덮고 제 2 스트랩의 일부가 제 1 구멍을 덮도록 제 1 및 제 2 구멍이 서로에 대하여 편위되게 구성 및 배열한다. 단차진 통로(40)는 이러한 "계단형" 또는 단차진 구성으로 한 결과, 냉각재와 스트랩 적층체(16)간의 열전달을 위해 노출된 표면적이 단차지지 않은 통로보다 더 넓어진다.
그러나, 상술한 설명에서는 본 발명의 다양한 특징 및 장점을 본 발명의 구조 및 기능의 세부사항과 함께 기술하였지만, 그 개시내용은 단지 예시적인 것으로서, 첨부된 특허청구범위에 표현된 일반적인 의미로 표시된 범위까지 본 발명의 원칙내에서 특히 부품의 형상, 크기 및 배열에 대한 세부적인 변경이 가해질 수도 있다.
제 1 도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제작된 발전기 조립체의 일부 사시도로서, 일부는 개략적으로 도시하고 일부 부품은 명료하게 하기 위하여 절취한 도면,
제 2 도는 제 1 도에 도시한 발전기 조립체의 일부 단면도,
제 3 도는 제 2 도의 3-3 선 단면도.
10 : 발전기 12 : 스테이터 조립체
14 : 로터 조립체 16 : 전도성 스트랩 적층체
18 : 상층 스트랩 20 : 하층 스트랩
24 : 로터 샤프트 32 : 고압 구역
34 : 저압 구역 36 : 분할 블록
40 : 단차진 통로 46 : 중간층 스트랩
52, 54 : 구멍

Claims (5)

  1. 발전기(10)와 같은 전기역학적 장치를 위한 로터 말단 권선 조립체에 있어서,
    로터 샤프트(24)와;
    복수의 전도성 스트랩으로 이루어지며, 말단 권선부를 갖고, 상층 스트랩(18)과 하층 스트랩(20) 및 그 사이에 적층되는 다수의 중간층 스트랩(46)을 구비하는 적층체(16)와;
    상기 로터 샤프트(24)와 상기 하층 스트랩(20)의 사이에 규정되며, 분할 블록에 의해 고압 구역(32)와 저압 구역(34)으로 양분되는 공간(38)과;
    상기 적층체(16)내에 규정되는 냉각재 통로(40)를 포함하며,
    상기 냉각재 통로(16)는,
    상기 고압 구역(32)에 인접해 있는 상기 하층 스트랩(20)내에 규정되는 입구 구멍(44)과;
    상기 다수의 중간층 스트랩(46)내에 각기 규정되어, 상기 상층 스트랩(18)을 향하여 상기 분할 블록(36) 및 저압 구역(34)의 방향으로 안내되는 상승 통로(42)를 규정하는 다수의 상승 구멍(52)과;
    상기 저압 구역(34)에 인접해 있는 상기 하층 스트랩(20)내에 규정되는 출구 구멍(50)과;
    제 1 단부에서는 상기 상승 통로(42)와 연통하고 제 2 단부에서는 상기 출구구멍(50)과 연통하는 하강 통로(48)를 규정하는 다수의 하강 구멍(54)을 구비함으로써,
    냉각재가 상기 고압 구역으로부터 상기 저압 구역으로 흘러서 상기 스트랩의 적층체를 효율적으로 냉각할 수 있도록 한
    로터 말단 권선 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하강 구멍(54)은, 상기 제 1 스트랩의 제 1 구멍이 인접한 제 2 스트랩의 제 2 구멍과 연통하지만, 상기 제 1 스트랩의 일부가 상기 제 2 구멍을 덮고 상기 제 2 스트랩의 일부가 상기 제 1 구멍을 덮도록 상기 제 1 및 제 2 구멍을 서로 편위되게 하여 구성 및 배열됨으로써, 냉각재와의 열전달을 위하여 노출된 표면적은 단차진 통로가 단차지지 않은 통로보다 더 넓어지도록 한
    로터 말단 권선 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상승 구멍(52)은, 상기 제 1 스트랩의 제 1 구멍이 인접한 제 2 스트랩의 제 2 구멍과 연통하지만, 상기 제 1 스트랩의 일부가 상기 제 2 구멍을 덮고 상기 제 2 스트랩의 일부가 상기 1 구멍을 덮도록 상기 제 1 및 제 2 구멍을 서로 편위되게 하여 구성 및 배열됨으로써, 냉각재와의 열전달을 위하여 노출된 표면적은 단차진 통로가 단차지지 않은 통로보다 더 넓어지도록 한
    로터 말단 권선 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상층 스트랩은 상기 통로와 연통하도록 형성된 구멍을 구비하지 않는 로터 말단 권선 조립체.
  5. 높은 출력 밀도를 허용하는 냉각 특성을 갖는 발전기 조립체에 있어서,
    스테이터(12)와;
    상기 스테이터(12)내에 회전가능하게 장착되며, 로터 샤프트(14)를 갖는 로터(14)와;
    복수의 전도성 스트랩으로 이루어지며, 말단 권선부를 갖고, 상층 스트랩(18)과 하층 스트랩(20) 및 그 사이에 적층되는 다수의 중간층 스트랩(46)을 구비하는 적층체(16)와;
    상기 로터 샤프트(24)와 상기 하층 스트랩(20) 사이에 규정되며, 분할 블록에 의해 고압 구역(32)과 저압 구역(34)으로 양분되는 공간(38)과;
    상기 적층체(16)내에 규정되는 단차진 냉각재 통로(40)를 포함하며,
    상기 냉각재 통로(16)는,
    상기 고압 구역(32)에 인접해 있는 상기 하층 스트랩(20)내에 규정되는 입구 구멍과;
    상기 다수의 중간층 스트랩(46)내에 각기 규정되어, 상기 상층 스트랩(18)을향하여 상기 분할 블록(35) 및 저압 구역(34)의 방향으로 안내되는 상승 통로(42)를 규정하는 다수의 중첩된 상승 구멍(52)과;
    상기 저압 구역(34)에 인접해 있는 상기 하층 스트랩(20)내에 규정되는 출구 구멍(50)과;
    제 1 단부에서는 상기 상승 통로(42)와 연통하고 제 2 단부에서는 상기 출구 구멍과 연통하는 하강 통로(48)를 규정하는 다수의 중첩된 하강 구멍을 구비함으로써,
    냉각재가 상기 고압 구역으로부터 상기 저압 구역으로 흘러서 상기 스트랩의 적층체를 효율적으로 냉각할 수 있도록 한
    발전기 조립체.
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