專利名稱：帶有一個軸流風扇的電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機，它帶有一個裝在一個軸端上的軸流風扇、一個轉(zhuǎn)子和一個被一個機殼包圍住的定子體，該定子體設有一個在定子體的兩個端面上具有繞組端部的定子繞組，還帶有一個主要由機殼的端壁和在繞組端部與所述端壁之間的一道隔壁形成的軸流風扇的流入空間、一個軸流風扇的流出空間，由軸流風扇輸送來的冷卻氣體從那里被送至轉(zhuǎn)子和定子體及定子繞組。
本發(fā)明涉及一種公開在例如歐洲專利EP-A-0 279 064或內(nèi)容完全相同的美國專利US-A-4,876,470中的現(xiàn)有技術(shù)。
隨著材料利用的提高，旋轉(zhuǎn)電機對冷卻的要求也越來越高。特別是氣冷渦輪發(fā)電機和在更大程度上帶有間接冷卻定子繞組的渦輪發(fā)電機尤其好此。在這種類型的電機中，在定子繞組中產(chǎn)生的損耗熱必須通過繞組絕緣引出到經(jīng)受冷卻的定子疊片體。
在氣冷渦輪發(fā)電機中，壓力通常是由軸流風扇產(chǎn)生的。多級壓縮機由于占用空間太大的原因而在提高壓力的措施中被排除。由于安裝條件以及裝配可能性，裝設前或后導引裝置的方案至今仍被棄置。
從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于以簡單和經(jīng)濟的方式提高冷卻效應而不會降低機器的效率。
實現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)方案在于，在軸流風扇的流出空間中設有一個與轉(zhuǎn)子軸同軸心設置的氣體導引裝置，該氣體導引裝置包含有多個圓錐套罩形的并在徑向上相互間隔開設置的導環(huán)和一個同樣是圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件，它們相互連接并直接或間接地通過基本上徑向伸展的多根桿或?qū)О迮c機殼相連，并且在相應的徑向相鄰的導環(huán)之間形成有沿冷卻氣體的流動方向上連續(xù)地增寬的環(huán)形通道。
這種在繞組端部空間的氣體導引裝置的作用可以與所謂的出口擴散器的作用相比擬，這種出口擴散器由再細分的環(huán)形導向葉片構(gòu)成，并且多年前已在大型風洞的出口處使用過，請參看由柏林/海德堡/紐約的Springer出版公司1966年出版的Bruno Eck所著的“技術(shù)流體力學”(Technische Strmungslehre)的第186和187頁，特別是187頁上的

圖176。它導致繞組端部空間內(nèi)的壓力顯著提高，結(jié)果是每單位時間內(nèi)有更多的冷卻氣體流經(jīng)轉(zhuǎn)子和定子的冷卻通道。
此外，軸流風扇出口處的動態(tài)壓力將降低，也就是說，出口損失下降了。在同樣的風扇中以這種方式通過壓力轉(zhuǎn)換可以避免了15％至25％的機器中的壓力損失。
本發(fā)明以及其它的由此可獲得的優(yōu)點將在下文中通過一個在附圖中示出的實施例進行詳細描述。
在附圖中示意地示出本發(fā)明的實施例，在附圖中圖1是通過一個帶有一個軸流風扇及其相連的氣體導引裝置的渦輪發(fā)電機的端頭部份的簡化的縱向截面圖；圖2是一個配屬于軸流風扇的氣體導引裝置的俯視圖；圖3是在水平的分開部位通過氣體導引裝置的部份徑向截面圖；圖4是沿圖3的A-A線通過分開部位的截面圖；和圖5是在圖1的氣體導引裝置的環(huán)形通道內(nèi)的兩種不同結(jié)構(gòu)的導板的簡化視圖。
在通過一個圖1所示的渦輪發(fā)電機的非驅(qū)動側(cè)端頭部份(NS側(cè)或勵磁側(cè))的簡化縱向截面圖中，標號1指的是一個轉(zhuǎn)子，2是轉(zhuǎn)子軸，3是轉(zhuǎn)子罩而4是它的罩板。圖中只能看到其尾軛(Stirnbuegel)的定子繞組具有一根下桿5和一根上桿6，這兩根桿由凸耳7實現(xiàn)電的與機械的連接。所有尾軛整體形成繞組端部。
固定在轉(zhuǎn)子軸2的軸環(huán)8上的是一個軸流風扇9。它的轂盤用10標示，它的葉片用11標示，它的流入空間12由機殼14的端側(cè)13和一個用玻璃纖維加強的塑料或另外一種材料制成的隔壁15形成。這個隔壁15(風扇殼)可軸向朝外卸開地固定在機殼14上，它徑向向內(nèi)伸展，然后朝軸向彎轉(zhuǎn)并在軸向上一直伸到軸流風扇9的后面。流入空間12通過在風扇轂盤10上的軸向指向的環(huán)形凸緣16實現(xiàn)相對于外界的密封。到現(xiàn)在為止，所描述的電機的端頭部份的構(gòu)造與現(xiàn)有技術(shù)相同。
根據(jù)本發(fā)明，為了提高壓力，在軸流風扇9的流出空間17(繞組端部空間)內(nèi)設置了一個總的以標號18標示的氣體導引裝置。它與轉(zhuǎn)子軸2同軸心設置，并具有多個(在本實例中是7個)圓錐套罩形的并在徑向上相互間隔開設置的導環(huán)19至25，其中，中間的導環(huán)22是圓筒形的(圓錐形的邊界情況)。在導環(huán)的數(shù)目是偶數(shù)并在圖1的幾何結(jié)構(gòu)的情況下，兩個中間的導環(huán)也可以是圓錐套罩形狀的。風扇轂盤10的朝著機器中心成錐形地縮小的轂端26以及基本上是無縫地連接在隔壁15的內(nèi)端15a上的圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件27也是導引裝置的一部份。軸流風扇9的出口區(qū)就這樣被成分多個沿著冷卻氣體的流動方向連續(xù)地增寬的環(huán)形通道K1，……，K8，環(huán)形通道具有一個張角α，α最好≤12°，它們各自形成一個擴散段，整體形成一個“多重擴散段”。為了達致近乎完全相同的通道長度，圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件19至25的軸向長度、更確切地說是母線的長度選擇成使它們的內(nèi)端大致位于一個假想圓環(huán)基面T上。這一圓環(huán)的生成線是一個圓，其中心點MT自身位于與轉(zhuǎn)子軸2同軸心的一個圓上，它大致經(jīng)過葉片11的徑向中心點。在安裝條件不允許的情況下，位于繞組端部一側(cè)的導環(huán)19，……，25也可以終接在一個徑向平面E上(在圖1中用虛線表示)。
單個的導環(huán)19-25和環(huán)形構(gòu)件27通過基本上徑向伸展的并具有圓形或橢圓形橫截面的桿28和29實現(xiàn)相互連接，桿28和29穿過導環(huán)19-25以及環(huán)形構(gòu)件27。從圖2所示俯視圖可看出，這些桿沿圓周方向均勻分布。導環(huán)19-25還有環(huán)形構(gòu)件27以及桿28和29由非磁性材料、最好是鋁合金制成。各單個構(gòu)件的相互連接最好通過焊接來實現(xiàn)。異環(huán)19-25以及桿28、29也可以由玻璃纖維加強的塑料制成。在這種情況下，最好考慮用粘接劑進行連接。
導環(huán)19-25可以以另外一種方式或附加地通過導板36分隔開與/或連接起來，這些導板在環(huán)形通道K1-K8的一部份或全部的長度上伸展。為清楚起見，在圖1中只示出在環(huán)形通道K1中的一塊導板。
導板可以具有一個圓弧形型面，如圖5中的導板36，或者具有一個扭轉(zhuǎn)的型面，如圖5中的導板36′。導板36、36′的數(shù)目可以根據(jù)它們的效果、也就是根據(jù)它們的造型來自由選擇；這數(shù)目可以大于或者小于風扇轂盤10上的葉片11的數(shù)目。通過導板36、36′可以改善氣體導引裝置18內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)換。
氣體導引裝置18由一塊環(huán)形板30支撐住，環(huán)形板用螺栓32固定在隔壁15上，中間連接有墊塊31。在此，在軸向上在外側(cè)的桿28與/或?qū)О?6、36′焊接到環(huán)形板30上。為了提高剛性，還在環(huán)形板30與環(huán)形構(gòu)件27之間焊上三角形板件33。在安裝條件許可的情況下，氣體導引裝置18也可以支撐在一個分立的結(jié)構(gòu)上，例如，在從機殼14的壁一直伸到環(huán)形板30的徑向朝內(nèi)指的支柱S上(圖1中以虛線表示)。
為了使氣體導引裝置18相對于隔壁15的內(nèi)端15a對準中心，內(nèi)端15a在其外圓周上具有一個臺肩15b，它與環(huán)形板30內(nèi)圓周上的環(huán)形槽30a相適配。
為了能夠?qū)怏w導引裝置18裝到機器上-由于結(jié)構(gòu)上和功能上的原因，氣體導引裝置不能成整體地套在軸流風扇9上-，它被設計成多件式結(jié)構(gòu)，最好是像在實例中那樣設計成兩件式結(jié)構(gòu)，兩個半體以18a和18b標示。分離面大致位于機器的水平對稱平面HM內(nèi)(圖2)。分離面穿過兩個水平伸展的桿對28和29，其中只有桿對29可以在圖2中看到。那些桿在那里在其縱向上被分斷開，具有半圓形橫截面的桿半部分別標示為28a、28b和29a、29b。相應地，所有導環(huán)19-25、環(huán)形構(gòu)件27以及環(huán)形板30都設計成為兩件式結(jié)構(gòu)，其分離面均沿著水平對稱平面HM伸展。在圖3中，只能看到兩個相鄰的導環(huán)23、24，其半部分別標示為23a、23b和24a、24b。這些半部跟桿半部28a、28b焊接在一起。接合在兩個桿半部28a和28b內(nèi)的配合銷34、35保證了氣體導引裝置的兩個半部18a、18b的相對位置。兩個半部18a和18b通過螺栓32(圖1)保證夾持在一起。但是，也可以不用配合銷而用螺釘將桿半部28a、28b和29a、29b連接起來而將兩個半部18a和18b夾緊在一起。但是，由于工作空間的原因，這種螺釘連接只能用在桿半部的外端。
通過所述的氣體導引裝置18的兩件式結(jié)構(gòu)設計，可以使其裝配簡單化將隔壁15卸下就可以將半部18a和18b放落到軸流風扇9的后面，暫時地固定在該處，最后牢固地固定在隔壁15上，此時，在隔壁15的內(nèi)端15a處的臺肩15b與環(huán)形板30的環(huán)形槽30a的配合保證了氣體導引裝置18的精確定中心。
通過氣體導引裝置18內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)換和在其后面的出口損失的降低，相對于迄今為止的通常的軸流葉輪出口可以節(jié)省15％至25％的機器壓力損失，因而大大地提高了冷卻效應。
在前文中本發(fā)明借助于一個氣冷式渦輪發(fā)電機進行說明。但是，本發(fā)明并不僅限于這種類型的機器，它適合于所有帶有軸流風扇的電機，只要其構(gòu)造情況和工作空間條件使其有可能裝置一個這種類型的氣體導引裝置。例如，在改裝規(guī)劃的范疇內(nèi)，在情況合適的情況下可以考慮隨后裝進這樣的氣體導引裝置，因為在機械結(jié)構(gòu)上并不需要作多大的改動，只需要在風扇轂盤10上以及本來作為氣體導引裝置18的支承件的隔壁15上作一些改動就行。
權(quán)利要求
1.一種氣冷電機，它帶有一個裝在一個軸端上的軸流風扇(9)、一個轉(zhuǎn)子(1)和一個被一個機殼(14)包圍住的定子體，該定子體設有一個在定子體的兩個端面上具有繞組端部的定子繞組(5、6)，還帶有一個主要由機殼(14)的端壁(13)和在繞組端部與所述端壁(13)之間的一道隔壁(15)形成的軸流風扇(9)的流入空間(12)、一個軸流風扇(9)的流出空間(17)，由軸流風扇輸送來的冷卻氣體從那里被送至轉(zhuǎn)子和定子體及定子繞組，其特征在于，在軸流風扇的流出空間(17)中設有一個與轉(zhuǎn)子軸(2)同軸心設置的氣體導引裝置(18)，該氣體導引裝置包含有多個圓錐套罩形的并在徑向上相互間隔開設置的導環(huán)(19-25)和一個同樣是圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件(27)，它們相互連接并直接或間接地通過基本上徑向伸展的多根桿(28、29)與/或?qū)О?36、36′)與機殼(14)相連，并且在相應的徑向相鄰的導環(huán)之間形成有沿冷卻氣體的流動方向連續(xù)地增寬的環(huán)形通道(K2，……，K8)。
2.按權(quán)利要求1所述的電機，其特征在于軸流風扇(9)的轂盤(10)趄著機器內(nèi)部成錐形地縮小，使得在轂盤(10)與與其直接相鄰的導環(huán)(19)之間形成一個在冷卻氣體流動方向上連續(xù)地增寬的環(huán)形通道(K1)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的電機，其特征在于導引裝置(18)固定在一塊環(huán)形板(30)上，而該環(huán)形板本身可拆卸地連接在隔壁(15)上。
4.按權(quán)利要求1至3中之一項所述的電機，其特征在于圓錐套罩形的環(huán)形構(gòu)件(19，……，15)的母線的長度選擇成使它們的內(nèi)端大致位于一個假想圓環(huán)基面(T)上，這一圓環(huán)的生成線是一個圓，其中心點(MT)位于與轉(zhuǎn)子軸(2)同軸心的一個圓上，它大致經(jīng)過軸流風扇(9)的葉片(11)的徑向中心點。
5.按權(quán)利要求1至4中之一項所述的電機，其特征在于環(huán)形通道的張角(α)小于或等于12°。
6.按權(quán)利要求1至5中之一項所述的電機，其特征在于氣體導引裝置(18)設計成兩件式結(jié)構(gòu)并由可拆卸地相互連接著的兩個半部(18a、18b)組成，其分離面大致在機器的水平中間平面(HM)內(nèi)伸展。
7.按前述權(quán)利要求中之一項所述的電機，其特征在于導板(36)具有一個圓形型面。
8.按權(quán)利要求1至6中之一項所述的電機，其特征在于導板(36′)具有一個扭轉(zhuǎn)的型面。
全文摘要
一種汽冷電機，帶有軸流風扇、轉(zhuǎn)子、定子體，一氣體導引裝置與轉(zhuǎn)子軸同軸地設在風扇流出空間內(nèi)以將冷卻空氣導向轉(zhuǎn)子、定子體與定子繞組，它包含多個圓錐套罩形的并徑向間隔開的導環(huán)和一個同構(gòu)形的環(huán)形構(gòu)件，這些直接或間接通過基本上徑向伸展的桿相互連接并連接到機殼上，導環(huán)間及與環(huán)形構(gòu)件間形成有沿冷卻氣流方向連續(xù)增寬的環(huán)形通道。導引裝置導致壓力轉(zhuǎn)換，降低了出口損失，可節(jié)省15至25％機器壓力損失而顯著提高冷卻效率。
文檔編號F04D29/54GK1126901SQ9510339
公開日1996年7月17日 申請日期1995年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月9日
發(fā)明者J·貝爾, H·齊默曼 申請人:Abb管理有限公司