[发明专利]为汽轮发电机低速时在转子面电流承载部件之间提供充分电接触的装置

说明书

本发明总的涉及一种用来发电的汽轮发电机，它有转子和定子绕组。尤其涉及在静止起动或低速运行期间用来保持使位于绕组槽上方的键槽中的槽楔和阻尼绕组以及其它部件彼此之间及与转子本体之间具有有效的充分的低电阻的电接触的装置。本发明还涉及用来在键槽内嵌入槽楔的工具和方法，以及电机起动和低速运行的方法。

在现有的发电机中，转子上有周边分布的、轴向延伸的槽，用来安放转子绕组。借助于安放在绕组的径向向外的键槽内的槽楔把绕组固定在转子槽内。现有的汽轮发电机由一起动电动机驱动涡轮机，典型的是燃汽轮机，达到工作转速的65-70%时，汽轮机进入工作状态以驱动发电机运行。当发电机给电力系统供电时，流过定子绕组的电流产生了在转子表面感应相当数量电流的旋转磁场。这些面电流将沿各个路径流动，包括转子槽楔，转子本体，阻尼绕组和端部护环。在一般工作转速时产生的离心力使转子面电流的各部承载部件之间保持着有效的低电阻的电接触，借此避免由于感应电流在这些路径之间产生的电弧及局部发热。

然而，在发电机被用作涡轮发电机（典型地为汽轮机）的起动电机时，从静止起动开始到具有一定速度，往往在当转子处在静止或在很低的转速下时，例如3或4转/分的数量级时，电动机（发电机）绕组已通有电流。这就在转子以及有关的部件中感应出相当大的面电流。在这些状态下，基本上不存在离心力，或者至少不能有效地使转子部件之间，例如槽楔和转子槽表面之间，阻尼绕组和槽楔之间，阻尼绕组和端部护环之间保持充分的电接触。当低速时，相当大的感应电流流过转子部件之间的连接处有气隙或接触不良因而呈现高电阻的区域时，就可能产生电弧和/或局部发热，引起转子部件的严重损坏。

为了防止这种低转速时的损坏，可提供绝缘来防止感应电流在转子部件相接的区域内流动。不过这难以实现，并且几乎是不能现实的。不过，已经发现径向向外的偏移力类似于在普通转速下运行时的离心作用所获得的离心力，可以将该偏移力施加于阻尼绕组、槽楔、转子本体以及护环之间的各搭接面上，从而在发电机起动和低转速时在这些部件的连接处提供足够的感应电流的承载能力。本发明在于得到完成这一任务的装置和方法，即为了在起动和低转速时提供偏移力而有效地把槽楔嵌入键槽内的装置以及装配的方法。

按照本发明，提供了一种发电机转子结构，其中转子绕组上方的转子槽上面的键槽内的转子部件彼此之间以及与转子本体和护环之间，在径向向外的压力下，在静止起动或极低的转速下保持处于充分的电接触状态。这种结构在普通工作转速下也能使离心力在这些部件之间及其与转子本体和护环之间为其提供充分的低电阻的电接触。为完成这一任务，按照本发明，在键槽内阻尼绕组和槽楔的下面放置细长的带状弹簧。这种弹簧片在阻尼绕组和槽楔上维持足够的径向向外的压力，从而在起动和低转速期间允许感应面电流流过所形成的这些部件之间的低电阻的接面处，借此防止产生电弧和局部过热，及防止对电机转子部件的损坏。

每个弹簧带包括一个横截面为弧形的导电或非导电材料的细长片。在键槽内，弹簧片的纵长边缘支撑在键槽底面的肩部。由于弹簧片的弯曲，它们向上紧压在细长的阻尼绕组的下侧面，而阻尼绕组依次位于槽楔与护环的下面。槽阻尼绕组是一个完整的单片的结构，延伸通过绕组槽的全长。在护环下方转子本体端部使用附加的阻尼绕组片，且它包括短的定位指，叠放在走过转子全长的槽阻尼绕组之上。槽楔和弹簧设在键槽中的分段长度上。弹簧片上有一个或几个贯通孔，用以向转子传导冷却气体，这些孔与贯穿阻尼绕组及槽楔的相应孔对准。这样，弹簧片使键槽内的转子部件沿径向向外偏移，因而沿键槽的全长在这些部件之间的连接面处形成低电阻接触，尤其是在发电机（电动机）起动及低速运转时。这些连接面处在转子本体与槽楔之间，阻尼绕组与槽楔之间，弹簧片和阻尼绕组之间，转子本体和弹簧片之间以及转子端部的阻尼绕组和阻尼绕组定位指（finger）与端部护环之间。而且不难理解，在工作转速下仍然存在的离心力将迫使键槽内的转子部件彼此接触，并与转子本体及在转子端部与护环接触，以此在这些转子部件之间提供足够的低电阻感应面电流通路。

在起动和低转速期间的面电流也将流过转子上横槽端部与绕组槽之间的较窄的区域。对于这种大电流，这些边缘区域可能过热而损坏。为了承受这种低转速及起动时的大感应电流，本发明中的横槽的深度被减小了，并且沿轴向的相互间隔比常规的转子结构更近，以便在转子旋转时给转子本体的挠曲平衡提供所需的柔性。例如，以前转子中12英吋的横槽间的轴向间距被减小到约为8英吋。较浅的横槽深度可以使横槽端部与绕组槽之间的距离增加例如大约为2至3英吋的数量级。