專利名稱：空氣冷卻電動發(fā)電機(jī)和運(yùn)行這種電動發(fā)電機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)動電機(jī)的領(lǐng)域。本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的空氣冷卻電動發(fā)電機(jī)及所述電動發(fā)電機(jī)的操作方法。
背景技術(shù)：
空氣冷卻電動發(fā)電機(jī)通常通過閉合空氣回路冷卻。所需要的空氣量由將要耗散的損耗量確定。由于不能預(yù)先準(zhǔn)確地確定發(fā)生的損耗量及所產(chǎn)生的冷卻空氣體積流量，需要在計劃中包括關(guān)于體積流量的儲存信息。過低的空氣量導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過熱。過高的體積流量導(dǎo)致與通風(fēng)相關(guān)的不必要的損失。因此，目標(biāo)是將冷卻空氣體積流量選擇為按照需要的大小，但是也盡可能地小?？傮w上，體積流量受空氣回路中人工產(chǎn)生的壓降限制(節(jié)流原理)。本發(fā)明簡化并優(yōu)化該步驟。目的在于使冷卻空氣體積流量與冷卻要求盡可能精確地匹配，不管是當(dāng)發(fā)電機(jī)首次投入使用時匹配一次，或者在發(fā)電機(jī)的不同載荷的情況中經(jīng)常地匹配，比如在異步發(fā)電機(jī)的情況中出現(xiàn)的不同載荷。常規(guī)地，例如在文獻(xiàn)EP 740402A1 的圖1中所公開的，在水力發(fā)電機(jī)的情況中，通過在氣體通路中收縮特定的截面實現(xiàn)該匹配。在大規(guī)模水力發(fā)電機(jī)的情況中，收縮通常在通往轉(zhuǎn)子支架的入口處發(fā)生。借助于另外的分層，入口截面被收縮并且因此限制了冷卻空氣的量。但是，該步驟具有若干缺點(diǎn) 根據(jù)安裝有轉(zhuǎn)子的發(fā)動機(jī)的構(gòu)造，不再能夠?qū)C(jī)蓋薄片安裝在轉(zhuǎn)子支架上。因此，即使在轉(zhuǎn)子安裝之前，也需要固定地限定通往轉(zhuǎn)子支架的入口處的開口面積?！と绻诎惭b有轉(zhuǎn)子的狀態(tài)下可以引入附加的薄片，這僅能夠在發(fā)電機(jī)停止時發(fā)生。這很耗時，并且仍不能精確地影響體積流量。 機(jī)蓋薄片增大了軸承的載荷重量。另外，由于層狀結(jié)構(gòu)位于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分， 相應(yīng)地需要仔細(xì)地固定薄片。 對于發(fā)電機(jī)中的冷卻均勻性具有決定性作用、并且因此對溫度的均勻性具有決定性作用的體積流量分布會受到不利影響。 不能適用于發(fā)電機(jī)的不同的載荷情況。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種電動發(fā)電機(jī)，該電動發(fā)電機(jī)在冷卻方面避免了常規(guī)方案的缺點(diǎn)并且特別使得可以在運(yùn)行過程中進(jìn)行節(jié)流或者使冷卻空氣的體積流量與各個要求精確匹配，并且特別針對不同載荷動態(tài)地進(jìn)行匹配。在這種情況下，發(fā)電機(jī)的軸承將不承受任何附加載荷。另外的目的在于確定運(yùn)行這種電動發(fā)電機(jī)的方法。所述目的通過權(quán)利要求1和權(quán)利要求13中的特征的組合而實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，空氣冷卻電動發(fā)電機(jī)包括帶有轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子繞機(jī)器軸線可轉(zhuǎn)動地布置并且轉(zhuǎn)子繞組布置在所述轉(zhuǎn)子上；定子，所述定子帶有定子層狀疊片組和布置在所述定子中的定子繞組，所述定子繞組同心地環(huán)繞轉(zhuǎn)子繞組；運(yùn)行時提供冷卻空氣的閉合冷卻回路，其中冷卻回路中的冷卻空氣從內(nèi)向外徑向地流過轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組，冷卻空氣在布置在定子外部的冷卻器中冷卻并且被回送到轉(zhuǎn)子。根據(jù)本發(fā)明的電動發(fā)電機(jī)的特征在于，設(shè)置可調(diào)節(jié)節(jié)流裝置以用于在冷卻器處調(diào)節(jié)冷卻回路中的冷卻空氣的體積流量。本發(fā)明使得能夠在運(yùn)行操作過程中進(jìn)行節(jié)流。因此，體積流量能夠與各個要求精確地匹配。如果需要，還可以對不同的載荷進(jìn)行動態(tài)地匹配。額外需要的部件不位于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分且因此不會對軸承產(chǎn)生非必要的載荷。在本發(fā)明中，實際上在冷卻回路的“端部”即在冷卻器的上游或者下游進(jìn)行節(jié)流。根據(jù)本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)，節(jié)流裝置布置于冷卻器的入口側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的另一個結(jié)構(gòu)，節(jié)流裝置布置于冷卻器的出口側(cè)。本發(fā)明的另一個結(jié)構(gòu)的特征在于節(jié)流裝置包括多個薄片，該薄片布置為在與流動方向垂直的平面中互相平行。根據(jù)所述結(jié)構(gòu)的發(fā)展例，每個薄片均設(shè)計成能夠繞它們的縱軸樞轉(zhuǎn)。在有利的發(fā)展例中，薄片能夠單獨(dú)樞轉(zhuǎn)。由此使得不僅可以整體上影響體積流量， 還能夠影響在整個截面上的分布。本發(fā)明的再一個結(jié)構(gòu)的特征在于薄片在冷卻器的整個寬度上和/或冷卻器的整個高度上延伸。本發(fā)明的另一個結(jié)構(gòu)的特征在于節(jié)流裝置具有大量的布置成在與流動方向垂直的平面中分布的節(jié)流元件，其中每個節(jié)流元件包括通孔。根據(jù)優(yōu)選實施方式，能夠繞轉(zhuǎn)動軸線樞轉(zhuǎn)的節(jié)流閥以片狀活門的方式布置在至少一些通孔中。 同樣在本情況中，節(jié)流元件能夠被單獨(dú)致動。根據(jù)本發(fā)明的用于運(yùn)行電動發(fā)電機(jī)的方法的特征在于，在電動發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過程中，冷卻空氣的體積流量通過節(jié)流裝置的連續(xù)調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，體積流量通過節(jié)流裝置按照在電動發(fā)電機(jī)處測量的溫度得以調(diào)節(jié)。另一個結(jié)構(gòu)的特征在于體積流量在電動發(fā)電機(jī)被首次使用時調(diào)節(jié)一次。再另一種結(jié)構(gòu)的特征在于在電動發(fā)電機(jī)的操作過程中，體積流量根據(jù)載荷情況被動態(tài)調(diào)節(jié)。


下面將參考示例性實施方式結(jié)合附圖更為詳細(xì)地說明本發(fā)明，在附圖中圖1示出了適于實施本發(fā)明的空氣冷卻豎軸電動發(fā)電機(jī)的示意性設(shè)計；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的位于冷卻器入口側(cè)的可調(diào)節(jié)節(jié)流裝置的布置；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方式的位于冷卻器出口側(cè)的可調(diào)節(jié)節(jié)流裝置(具有控制器)的布置；圖4示出了另一種類型的節(jié)流裝置的沿流動方向的平面圖；和圖5示出了圖4中所示的節(jié)流裝置的單個節(jié)流元件的設(shè)計。
具體實施例方式圖1示出了適于實現(xiàn)本發(fā)明的空氣冷卻豎軸電動發(fā)電機(jī)的示意性設(shè)計。電動發(fā)電機(jī)10包括轉(zhuǎn)子34，所述轉(zhuǎn)子34繞機(jī)器軸線15可轉(zhuǎn)動地布置且具有轉(zhuǎn)子軸或轉(zhuǎn)子中心輪轂 11，轉(zhuǎn)子繞組16以分布地布置的極繞組的形式設(shè)置于轉(zhuǎn)子34上。轉(zhuǎn)子繞組16經(jīng)由轉(zhuǎn)子支架21連接到轉(zhuǎn)子軸11。轉(zhuǎn)子軸11借助于徑向軸承12、13和軸向軸承14以可轉(zhuǎn)動的方式安裝。轉(zhuǎn)子支架 21設(shè)計成引導(dǎo)冷卻空氣M，所述冷卻空氣通過入口 22進(jìn)入并借助于轉(zhuǎn)子繞組16中的相應(yīng)通道23沿著徑向穿過轉(zhuǎn)子繞組16被傳送到外部。轉(zhuǎn)子繞組16被定子35同軸地環(huán)繞，定子35具有安裝在定子層狀疊片組18中的定子繞組17。從轉(zhuǎn)子繞組16出來的冷卻空氣沿著徑向流過定子35并且一旦冷卻空氣從定子35中出來就被外部布置的冷卻器19冷卻，水 20流過冷卻器19 (見圖2和圖3中所標(biāo)示的管路27)。在冷卻器19中被冷卻的冷卻空氣 24被回送到轉(zhuǎn)子34并再次進(jìn)入轉(zhuǎn)子支架21以閉合冷卻回路。對于冷卻空氣的節(jié)流現(xiàn)在隨冷卻空氣進(jìn)入冷卻器19或者隨冷卻空氣從冷卻器19 中出來而執(zhí)行，如在圖2和圖3中作為示例所示出的。在圖2中，節(jié)流裝置25布置于冷卻器19的入口側(cè)，所述節(jié)流裝置具有能夠繞縱軸樞轉(zhuǎn)的多個薄片26(在圖2中，薄片沈的縱軸的方向與圖面垂直)。原則上，薄片沈能夠通過機(jī)構(gòu)(未示出)共同地樞轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)對通過冷卻器19的或在冷卻回路中的冷卻空氣M的體積流量的可調(diào)節(jié)節(jié)流。但是，還能夠構(gòu)思為將薄片26設(shè)計成可單獨(dú)地樞轉(zhuǎn)以便能夠由此在截面的不同點(diǎn)處不同地影響體積流量。但是，同樣的節(jié)流裝置25還能夠設(shè)置在冷卻器19的出口側(cè)，如圖3中所示。在兩種情況中，在冷卻器19處有足夠的空間可用于節(jié)流裝置25。另外，該區(qū)域易于從外部接觸到且因此良好地適合于安裝和維護(hù)。借助于層狀格柵中的薄片沈的位置能夠以簡單的方式影響壓力損失系數(shù)，并且因此影響壓降。根據(jù)設(shè)計，薄片沈在這種情況下能夠在過整個冷卻器寬度和/或高度上延伸。節(jié)流裝置的設(shè)計和操作模式能夠根據(jù)要求變化在圖4和圖5中示出了不同類型的節(jié)流裝置。圖4中的節(jié)流裝置觀包括大量的單個節(jié)流元件四，所述節(jié)流元件四布置成在否則非滲透性壁中均勻分布。單個節(jié)流元件四具有(圖幻通孔30 (在示例中為圓形)， 節(jié)流閥33布置在通孔30中使得該節(jié)流閥33能夠借助于閥軸32繞旋轉(zhuǎn)軸線31以片狀活門的方式樞轉(zhuǎn)。根據(jù)節(jié)流閥33的樞轉(zhuǎn)位置，通孔30打開更大或更小的程度。通過節(jié)流閥 33的位置能夠影響壓力損失系數(shù)并因此影響壓降。單個“節(jié)流閥”或者節(jié)流元件四能夠按照要求組合。節(jié)流裝置的目標(biāo)通常是影響壓降并因此影響體積流量。體積流量在裝置的運(yùn)行操作其間被連續(xù)地調(diào)節(jié)。最佳的體積流量通過監(jiān)控發(fā)電機(jī)的溫度而調(diào)節(jié)。為此目的，可以設(shè)置節(jié)流控制器36 (如圖3中以非常簡化的方式所示的)，控制器36從溫度傳感器37獲取溫度信息并隨后控制節(jié)流裝置25中的節(jié)流。如已經(jīng)提到的，當(dāng)該裝置被首次操作時可以進(jìn)行一次調(diào)節(jié)，或者如需要，根據(jù)載荷情況，還能夠動態(tài)地調(diào)節(jié)體積流量。在前一種的情況中，出于降低裝置的復(fù)雜度的考慮，有利的是至少一些節(jié)流元件四被實施為固定的隔片。由于這些節(jié)流元件的截面形狀和/或面積能夠被不同地設(shè)計，能夠影響截面上的壓力損失且因此影響冷卻空氣流在截面上的分布。由于在公差方面沒有特別的要求，節(jié)流裝置25或觀能夠制造的很簡單并且很堅固。附圖標(biāo)記表
10電動發(fā)電機(jī)(空
11轉(zhuǎn)子軸
12,13徑向軸承
14軸向軸承
15發(fā)電機(jī)軸線
16轉(zhuǎn)子繞組
17定子繞組
18定子層狀疊片組
19冷卻器
20水
21轉(zhuǎn)子支架
22入口
23通道
24冷卻空氣
25,28節(jié)流裝置
26薄片(可樞轉(zhuǎn))
27管路
29節(jié)流元件
30通孔
31轉(zhuǎn)動軸線
32閥軸
33節(jié)流閥
34轉(zhuǎn)子
35定子
36節(jié)流控制器
37溫度傳感器
權(quán)利要求
1.一種空氣冷卻電動發(fā)電機(jī)(10)，包括帶有轉(zhuǎn)子軸(11)的轉(zhuǎn)子(34)，所述轉(zhuǎn)子繞機(jī)器軸線(1 可轉(zhuǎn)動地布置并且轉(zhuǎn)子繞組(16)布置在所述轉(zhuǎn)子(34)上；定子(35)，所述定子帶有定子層狀疊片組(18)和布置在所述定子中的定子繞組(17)，所述定子同軸環(huán)繞所述轉(zhuǎn)子繞組(16)；運(yùn)行時提供冷卻空氣04)的閉合冷卻回路，其中所述冷卻回路中的冷卻空氣從內(nèi)向外徑向地流過所述轉(zhuǎn)子繞組(16)和所述定子繞組(17)，所述冷卻空氣在布置于所述定子(35)外部的冷卻器(19)中被冷卻并且被回送到所述轉(zhuǎn)子(34)，其特征在于，設(shè)置可調(diào)節(jié)節(jié)流裝置05、觀)，用于在所述冷卻器(19)處調(diào)節(jié)所述冷卻回路中的冷卻空氣的體積流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述節(jié)流裝置(25、28)布置在所述冷卻器(19)的入口側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述節(jié)流裝置(25、28)布置在所述冷卻器(19)的出口側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述節(jié)流裝置05)包括多個薄片06)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，至少一部分薄片06)布置成在與流動方向垂直的平面中互相平行，使得它們每一個能夠繞它們的縱軸樞轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述薄片06)設(shè)計成能夠單獨(dú)地樞轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中一項所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述薄片06)在所述冷卻器(19)的整個寬度上和/或所述冷卻器(19)的整個高度上延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述節(jié)流裝置08)具有在與所述流動方向垂直的平面中分布布置的多個節(jié)流元件( )，其中，每個所述節(jié)流元件(29)包括通孔(30)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述通孔(30)的截面形狀和/或截面面積互相一致。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述通孔(30)的截面形狀和/或截面面積設(shè)計成不同。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中一項所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述節(jié)流裝置08) 具有在與所述流動方向垂直的平面中分布布置的多個節(jié)流元件( )，其中每個所述節(jié)流元件09)包括通孔(30)，能夠繞轉(zhuǎn)動軸線(31)樞轉(zhuǎn)的節(jié)流閥(3 以片狀活門的方式布置在所述通孔(30)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電動發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述節(jié)流元件09)能夠被單獨(dú)致動。
13.根據(jù)運(yùn)行如權(quán)利要求1至12中任一項所述的電動發(fā)電機(jī)的方法，其特征在于，在所述電動發(fā)電機(jī)(10)的運(yùn)行期間，所述冷卻空氣的體積流量通過所述節(jié)流裝置(25、28)的連續(xù)調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述體積流量通過所述節(jié)流裝置05、 28)根據(jù)在所述電動發(fā)電機(jī)(10)處測量的溫度來調(diào)節(jié)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述體積流量在所述電動發(fā)電機(jī)(10)首次使用時被調(diào)節(jié)一次。
16.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，在所述電動發(fā)電機(jī)(10)的運(yùn)行過程中，所述體積流量根據(jù)載荷情況被動態(tài)調(diào)節(jié)。
全文摘要
空氣冷卻電動發(fā)電機(jī)(10)，包括帶有轉(zhuǎn)子軸(11)的轉(zhuǎn)子(34)，所述轉(zhuǎn)子布置成可繞機(jī)器軸線(15)轉(zhuǎn)動且轉(zhuǎn)子繞組(16)布置在轉(zhuǎn)子(34)上；定子(35)，其具有定子壓層疊片組(18)和布置在層狀疊片組中的定子繞組(17)，并且同心地環(huán)繞轉(zhuǎn)子繞組(16)；運(yùn)行時提供冷卻空氣(24)的閉合冷卻回路，其中所述冷卻回路中的冷卻空氣從內(nèi)側(cè)徑向向外流過轉(zhuǎn)子繞組(16)和定子繞組(17)，所述冷卻空氣在布置在定子(25)外側(cè)的冷卻器(19)中冷卻并被回送到轉(zhuǎn)子(34)?？梢员桓淖兊讲僮髦盎虿僮鲿r的冷卻通過設(shè)置可調(diào)節(jié)節(jié)流裝置以用于在冷卻器(19)處調(diào)節(jié)冷卻回路中的冷卻空氣的體積流量而以簡單的方式實現(xiàn)。本發(fā)明該公開了所述電動發(fā)電機(jī)的操作方法。
文檔編號H02K9/10GK102412663SQ20111028995
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者A·施韋里, B·約爾丹, S·A·弗魯?shù)俑? S·鮑邁斯特 申請人:阿爾斯通法國水電公司