专利名称：内腔组合式励磁机冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明是根据与美国海军的合同在美国政府的援助下作出的。美国政府对本发明享有一定的权利。
直接装在发电机的内腔端部的端板上且与该发电机的内腔连通的励磁机系统(在本申请中称作内腔组合式(borepack)励磁机系统)是用以对交流电(AC)进行整流并给发电机提供直流(DC)磁场激励电能的。这种内腔组合式励磁机通常装在发电机的一端。但大功率的内腔组合式励磁机需要进行内部冷却，这是为了防止过热和停机，不仅是励磁机的停机，而且也是它供以直流磁场激励电能的发电机的停机。发电系统通常总包括一个具有冷却器的冷却系统给发电机机壳或外壳内部提供冷却空气，由装在发电机转轴上的风扇叶片将冷却空气吹遍发电机壳内的零件。风扇迫使冷空气沿着和围绕着发电机发热的各部分(例如线圈各环和铁芯叠片等)吹去。目前使用的装置促使部分已流经发电机的冷却空气流过内腔组合式励磁机，然后返回到冷却器进行再冷却后再返回到发电机中。然而，该冷却空气通过发电机时温度升高了而速度下降，从而使其不能充分或有效地冷却内腔组合式励磁机。此外，在某些要求限制发电系统的体积和重量的应用场合，需要将内腔组合式励磁机的冷却量提高到超过现有系统所能提高的水平。增设额外的冷却器和/或风扇来提高冷却量不仅增加了发电系统的体积和重量，同时还提高发电系统的成本。
本发明的一个目的是提供给发电系统的内腔组合式励磁机一种经改进的冷却系统。
本发明的另一个目的是无需增设冷却器或风扇提供给发电系统的内腔组合式励磁机一种经改进的冷却系统。
本发明的又一个目的是提供给发电系统的内腔组合式励磁机一种经改进和简化的不致增加系统的体积和重量的冷却系统。
为实现本发明的上述和其它目的，给发电系统的内腔组合式直流励磁机配备了一种气体冷却系统，在这种冷却系统中，冷却设备给发电机内部提供冷却气，由装在发电机转子上的风扇将冷却气吹过发电机内部，此外冷却设备还配备有引流装置，将气流以最高的流速、最低的温度从发电机的在风扇叶片附近的区域吹入内腔组合式励磁机的一端，通过励磁机再返回发电机，以便通过冷却设备再循环，返回到发电机中。
图1是实施本发明的发电机系统图，该图部分剖视，以便更好地说明本发明的内容。
图2是图1某一部分的有助于说明本发明的放大图。
参看图1。从图中可以看到发电机1有一个外壳2，外壳2内转子3可转动地由分别在端板6和7处的轴承4和5支撑着。发电机通过耦合器11由诸如汽轮机或燃气轮机之类的原动机(图中未示出)驱动。内腔组合式励磁机12固定在端板7上，给发电机1的磁场绕组提供直流电能。内腔组合式励磁机12包括一些将交流变换成直流的功率二极管(图中未示出)。发电机1的顶部固定有吸取流经发电机内气体中的热量的冷却器装置14和15。风扇毂盘17固定在外壳2内转子3端部的四周围靠近端板7和内腔组合式励磁机12的地方。风扇毂盘远离转子3的周边周围固定有多个风扇叶片，其中两个叶片以18和19表示，这样风扇叶片18和19随转子一起转动时将冷却气(氢气或空气)吹遍和吹入转子3与各定子绕组之间的空间，定子绕组的端部由端绕组20表示。在风扇叶片19附近的内防护屏26上的锯齿32形成可能在其间产生的漏泄气流的曲折通道，以将这种漏泄减至最小。此外，如果在风扇叶片19与内防护屏26之间因没有对准或其它原因而有摩擦或接触时，则摩擦和磨损将只局限于锯齿32的尖端部位。
冷却气或冷气23由冷却器14和15经由在外防护屏25与内防护屏26之间形成的通道24传送到发电机1的在风扇叶片(例如18和19，在它们转到18所示的位置时)附近的端部区(从图2中可以看到更详细)，并进入发电机1中，在发电机1中由风扇叶片18、19吹遍并吹入转子3、定子铁芯和定子条(图中未示出)、连接环(图中未示出)和发电机内象端绕组20之类的其它构件之间，以冷却发电机内部以及发电机内的各元件。冷却气23从发电机内部除去热量，通过回路29流回冷却装置14和15中，在那里由冷却装置进行冷却，然后再循环回流通过发电机。推动冷却气23在发电机中循环的不仅有风扇叶片18和19，此外还有因风扇叶片转动而在机壳2中形成的压力。
但是，此外还需要对内腔组合式励磁机12进行冷却。有人提出过，而且或许我们也知道，可以设置内腔组合式励磁机12专用的冷却系统，或者使冷却气流在从发电机流回冷却器装置之前流经内腔组合式励磁机。然而，增设另外的冷却器装置和有关的风扇会增加发电系统的成本、复杂性和重量。使冷却气在流回冷却器装置之前从发电机流过内腔组合式励磁机的作法是不太有效的，因为冷却气在到达内腔组合式励磁机时其温度已提高了且速度减小了。
根据本发明，采取了这样的措施，即利用冷却器装置14和15使它们也给内腔组合式励磁机12提供冷却气23，如图1和图2所示。参看图1和2，在风扇叶片18、19外周边附近设置了端口34，并设置了通过内防护屏26的一个通道35。通道35的横截面通常呈椭圆形，较大的直径约为19英寸，通道本身则通过内防护屏26延伸5英寸左右。外防护屏25中的一个圆孔38中安装着可调套管40，可调套管40在圆孔38上焊接就位，并介在外防护屏25与内防护屏26之间，将端口34通过入口导管42连接到内腔组合式励磁机12的内部。如图1中箭头所示那样，冷却气流23是通过入口导管42，环绕定子构件44两端，然后通过构件44与铁芯构件46之间的气隙(例如45)。然后冷却气23通过出口导管48出口到发电机通道24，在那里通过发电机1流到气体回路29中，以便通过冷却器装置14、15再循环。
应该指出的是，冷却气23是从发电机1内部的冷却气23从冷却器装置14、15最初进入发电机的那个区域供到内腔组合式励磁机12中的。正是在这个区域，冷却气23由于还没有从发电机内部吸收热量而处于最冷状态。此外该区域紧挨着风扇叶片，因而供到内腔组合式励磁机12的冷却气体的速度由于未受冷却气流经由发电机内部通过旋转着的转子3的影响，故处于最高速度状态。冷却气在高速下的冷却效果比在低速下的好。这样由于温度最低速度最高的冷却气是最有效的冷却介质的缘故，因此本发明提供了充分和最佳的冷却。
尽管本发明是就其最佳实施例进行介绍的，但应该理解，在不脱离本发明的精神实质和范围情况下，可以对其结构、各部件的配置和组合方式以及所使用的材料类型等的具体情况进行各种改变。
权利要求
1.毗连发电机设置的用以给发电机磁场提供直流电能的内腔组合式励磁机用的一种气体冷却系统，其特征在于，该系统包括一连接在所述发电机的轴的一端与其一齐转动的风扇；一用以吸收冷却气中的热量的冷却设备；用以将所述冷却气供到所述发电机内部的所述风扇附近的端部区域中的装置；用以将所述发电机的所述端部区域与所述内腔组合式励磁机的内部连接起来的一通道；用以引导冷却气流使其通过所述通道流过所述内腔组合式励磁机内部以便冷却其内部的装置；用以使所述冷却气在通过所述内腔组合式励磁机之后流回到所述发电机内部的装置；和用以将所述流回的冷却气引到所述冷却设备，以便从该流回的冷却气中吸热，将其作为经冷却的气体送回所述发电机中的装置；这样所述冷却气就以在所述发电机内所能获得的基本上最低的温度和最高的速度被供到所述内腔组合式励磁机中。
2.根据权利要求1所述的气体冷却系统，其特征在于，所述冷却气系通过在所述发电机的端板与邻接该端板配置的气体内防护屏之间形成的通道被供到所述发电机的内部的。
3.根据权利要求2所述的气体冷却系统，其特征在于，所述冷却气系通过所述通道传送到在所述发电机内部的所述风扇。
4.根据权利要求3所述的气体冷却系统，其特征在于，所述风扇在所述冷却气返回到所述冷却设备以除去其中的热量以及随后在所述冷却气返回到所述发电机的所述端部区域之前，也将冷却气传送到所述发电机的内部以冷却其内部。
5.根据权利要求4所述的气体冷却系统，其特征在于，所述内气体防护屏包括一个通过其表面的端口，供所述冷却气通入所述内腔组合式励磁机之用而所述冷却气的大部分即直接通入所述发电机内部，以便对发电机内部进行冷却。
6.根据权利要求5所述的气体冷却系统，其特征在于，所述冷却所述内腔组合式励磁机的冷却气系通过固定在所述发电机的外防护屏上且提供了一通道的可调套管，然后流到所述内腔组合式励磁机的内部。
7.根据权利要求5所述的气体冷却系统，其特征在于，有一个入口导管将所述端口与所述内腔组合式励磁机各端内部连接起来，以便将所述冷却气流引到所述诸端部中。
8.根据权利要求7所述的气体冷却系统，其特征在于，有一个出口导管将所述内腔组合式励磁机的中心区连接到所述发电机内部的所述通道的区域，以便将所述冷却气通过所述发电机引回到所述冷却设备中再循环。
9.根据权利要求8所述的气体冷却系统，其特征在于，所述端口是个基本上呈椭圆形的开孔。
10.根据权利要求9所述的气体冷却系统，其特征在于，所述风扇包括一风扇毂盘，装在所述轴上，与该轴一齐转动;多个风扇叶片，从所述风扇毂盘轴向伸出;和一些锯齿，在靠近所述风扇叶片的远离所述风扇毂盘的各端部的所述气体内防护屏上。
11.根据权利要求2所述的气体冷却系统，其特征在于，所述气体内防护屏包括一个通过其表面的端口，用以使所述冷却气的一部分通到所述内腔组合式励磁机中，而所述冷却气的大部分则直接通入所述发电机内部以便对其内部进行冷却。
12.根据权利要求11所述的气体冷却系统，其特征在于，有一个入口导管将所述端口连接到所述内腔组合式励磁机的各端部内部，以便将所述冷却气流引入所述各端部中。
13.根据权利要求12所述的气体冷却系统，其特征在于，有一个出口导管将所述内腔组合式励磁机的中心区连接到所述发电机内部的所述通道区，以便将所述冷却气通过所述发电机内部引回进行再循环。
14.根据权利要求13所述的气体冷却系统，其特征在于，所述风扇包括一风扇毂盘，装在所述轴上，与该轴一齐转动;和多个风扇叶片，从所述风扇毂盘轴向伸出。
15.根据权利要求14所述的气体冷却系统，其特征在于，在靠近所述风扇叶片的远离所述风扇毂盘的各端的所述气体内防护屏上设有一些锯齿。
全文摘要
发电机的内腔组合式励磁机用的一种气体冷却系统，在发电机内的一个区域内可获取高速较冷的冷却气，在该区域内，进入的冷却气由发电机的风扇推动，且配备有用以将该冷却气的一部分在其返回到发电机以便通过冷却设备再循环之前从该气流引流通过内腔组合式励磁机的装置。
文档编号H02K9/18GK1044018SQ89108210
公开日1990年7月18日 申请日期1989年10月23日 优先权日1989年1月3日
发明者詹姆斯·布朗利·阿奇博尔德, 厄内斯特·林·穆尔, 理查德·尼尔斯·道森, 肯尼思·戈登·赫德 申请人:通用电气公司