氢冷发电机的换气构想

摘要

公开了一种氢冷发电机组件(1)，其中氢冷发电机(31)安装在基部(2)上，所述基部(2)包括至少一个位于发电机(31)下方的空腔(6)。在空腔(6)中相邻发电机(31)并且从其向下延伸设置有至少一个用于收集来自发电机(31)的电连接部件的接线盒(8)。而且在空腔(6)中，基本上在所述接线盒(8)的下方设置有至少一个收集箱(5)，来自接线盒(8)的电连接部件(14)沿更向下的方向被引导穿过收集箱(5)，所述电连接部件(14)通过收集箱(5)的顶壁(16)进入其内。收集箱(5)的侧壁(15，23)和基部(2)中的空腔(6)的壁(32)相互远离并且限定出一个横向空间(4)，并且其中横向空间(4)朝向其上侧面被密封板(25)覆盖。冷却空气(18)被引导进入所述至少一个收集箱(5)中并且通过顶壁(16)离开，密封板(25)最终禁止冷却空气流进入横向空间(4)。

说明书

技术领域

本发明涉及氢冷发电机领域。特别涉及一种氢冷发电机组件，其中氢冷发电机安装在基部上，所述基部包括至少一个位于发电机下方的空腔，其中在空腔中相邻发电机并且从其向下延伸设置有至少一个用于收集来自发电机的电连接部件的接线盒，其中在空腔中，基本上在所述接线盒的下方设置有至少一个收集箱，来自接线盒的电连接部件沿更向下的方向被引导穿过收集箱，所述电连接部件通过收集箱的顶壁进入其内。

背景技术

如果气态氢作为一种极其可燃物质用于冷却的话，交流发电机/发电机周围的环境易受到爆炸的持续危险。交流发电机周边的氢泄漏存在许多可能的原因，这使得氢泄漏出来进入空气中，例如波形导管密封物、界面和气密过渡部分上的漏点，还有人为或者仪器插入制造的钻孔，等等。交流发电机的环境，作为一种危险区域，根据标准EN 60079-10的定义被分为第2区。

因此，新交流发电机的设计必须改进以便避免爆炸的危险。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种氢冷发电机组件，降低了由于氢泄漏而导致的爆炸危险。特别是提出了对氢冷却发电机组件的改进，其中氢冷发电机安装在基部上，所述基部包括至少一个位于发电机下方的空腔，其中在空腔中相邻发电机并且从其向下延伸设置有至少一个用于收集来自发电机的电连接部件的接线盒，其中在空腔中，基本上在所述接线盒的下方设置有至少一个收集箱，来自接线盒的电连接部件沿更向下的方向被引导穿过收集箱，所述电连接部件通过收集箱的顶壁进入收集箱内。

特别是，对于通常情况，收集箱(通常有两个箱，其中每一个位于发电机的每一端)的侧壁和基部中的空腔的壁(通常是立壁)相互远离并且限定出一个横向空间，表述的横向空间应该还包括关于发电机轴线的这些空间的轴线部分。本发明显著降低了由于横向空间朝向其上侧面被密封板覆盖而导致的在发电机底部聚集有害的氢而产生的危险。

事实上，尽管氢的质量密度比空气低，但是危险区域之一是在氢冷发电机的基部中的底部。这是通过电连接部件，通常为位于发电机每个轴向端部的一组六个，将发电机中被转换为电能的能量引导离开的地方。这些电连接部件连接到发电机的定子部分的区域是氢冷的，所以电连接部件的起始部分远离定子。因而，当电连接部件通常沿着基本上垂直向下的方向远离发电机而进入基部时，这是一个高度危险的区域，这里会发生泄漏并且不排除出现火花。特别在上述的通常结构的组件中，基部中的空腔中设置有箱子，在本发明中称为收集箱，通过该收集箱电连接部件被导入。这些收集箱是不锈钢的，其侧壁远离通常由混凝土制成的基部的壁。

根据现有技术，冷却空气被推入收集箱中，并且通过其顶壁离开收集箱。由于漩涡等等，导致气流和对流引起大量的冷却空气穿过收集箱进入横向空间中，甚至可能在这些区域中出现氢聚集。仅仅留在发电机周围的空间中的一小部分气流向上移动并且穿过发电机。大部分气流或者被围绕收集箱的横向空间捕获，或者沿横向和/或向下方向通过未受控制的气隙和通道留在这些横向空间中，这也增加了这些区域发生爆炸的危险。

但是，横向空间是重要的而且为了维修、安装等等，必须是可进入的。

现在，惊喜地发现，通过提供一种密封板，基本上防止了冷却空气从收集箱排出而进入这些横向空间中，从而解决了这些问题。

根据第一优选实施例，至少具有与收集箱临界的边缘的密封板与收集箱的顶壁基本上处于相同高度或者在收集箱的顶壁的垂直位置之下不超过50cm处，或者优选不超过20cm，或者优选不超过10cm。

根据更优选的实施例，密封板基本上是水平的。但是密封板也可是倾斜的，或者甚至被特别塑形，只要其完成上述功能以便基本上保护横向空间不让冷却空气进入其内即可。为了改善气流状况，例如，可以具有密封板，这些密封板的边缘与收集箱邻接，基本上与收集箱的顶壁处于同样水平，然后或者直立或者以平滑的圆形朝向基部周围的壁的较高部分上升。使用这种形状降低了具有非循环或者涡流倾向区域的危险，但是另一方面，减小了进入、安装等等的简单性和可能性。

根据更优选的实施例，密封板由电绝缘材料制成或者至少覆盖一种电绝缘材料。优选密封板由聚合体材料制成或者覆盖有聚合体材料，优选环氧基聚合体材料。聚合体材料可以是加强型纤维，例如，加强型玻璃纤维。

可能并且在许多情况下，密封板没有将上述空间与横向空间完全密封并且允许从收集箱排出的一些冷却空气进入横向空间。通常，范围为5％-15％的上述气流被允许进入横向空间。通过允许特别用于直通电连接部件和/或冷却媒体连接部件的开口和/或间隙来实现密封板的目标“渗透性”。

此外在密封板上提供孔(检修孔)，用于从上面进入横向空间或者从下面离开横向空间。

本发明更优选的实施例的特征在于收集箱的所述侧壁关于发电机的主轴线沿轴向和横向方向远离空腔的壁。通常沿横向和/或轴向方向远离至少50cm，优选至少1m。正常情况下优选密封板基本上覆盖沿横向和轴向方向围绕收集箱的整个外围的横向空间。

根据更优选的实施例，电连接部件以圆柱结构从接线盒沿向下的方向单独被导入并且穿过所述收集箱。而且优选至少三个这样的电连接部件，更优选的是至少六个这样的电连接部件，提供给每个接线盒。

优选每个电连接部件的顶壁具有优选为圆柱形(然而正方形、矩形或者三角形或者多角形横截面也是可能的)的从顶壁朝向接线盒延伸的管状结构。正常情况下，每个管状结构具有内径，其大于相应的电连接部件的外径，并且每个管状结构朝向收集箱的内部开口并且朝向顶部开口，前者开口允许冷却空气进入管状结构，后者允许冷却空气从那排出。优选管状结构的顶部边缘远离接线盒的底壁以便冷却空气流不被受阻，所以通常远离至少10cm，更优选的是至少20cm，甚至更为优选的是至少40cm。

优选地，每个管状结构的轴线与相应的电连接部件的轴线基本上在同一直线上。

每个电连接部件的外径小于相应的管状结构的内径至少2倍，优选为至少3倍，更优选为至少4倍。不同地，每个电连接部件的外径在5mm-20mm的范围内，优选在5mm-15mm的范围内，每个管状结构的内径在20mm-100mm的范围内，优选30mm-60mm的范围内。

而且，在至少一个管状结构中具有至少一个环状绕组，用于测量穿过管状结构的电连接部件中的电流。优选环状绕组设置成并且构造成被来自收集箱的穿过管状结构的气流冷却。

如上所述，优选在发电机的每一个轴向末端，设置一个接线盒和收集箱。

根据更优选的实施例，至少一个风扇或通风设备(或者用于推入冷却空气的等效装置)设置在基部的更下方和/或基部的外部(横向地)以便吸入外部空气。所述通风设备/风扇所推入冷却空气通过冷却空气管被引导到至少一个收集箱的底部。

此外，本发明还涉及一种用于给氢冷发电机的底部换气的方法。通常具有以下情况：氢冷发电机安装在基部上，所述基部包括至少一个位于发电机下方的空腔，其中在空腔中相邻发电机并且从其向下延伸设置有至少一个用于收集来自发电机的电连接部件的接线盒，其中在空腔中，基本上在所述接线盒的下方设置有至少一个收集箱，来自接线盒的电连接部件沿更向下的方向被引导穿过收集箱，所述电连接部件通过收集箱的顶壁进入其内，其中收集箱的侧壁和基部的空腔的壁彼此远离并限定了横向空间，其中横向空间朝向其上侧面被密封板覆盖，包括以下步骤：强迫外部提供的冷却空气进入所述至少一个收集箱中并且允许冷却空气穿过收集箱的顶壁离开收集箱，并且随后允许冷却空气穿过发电机周围的空间并且朝向顶部离开该空间。

该方法优选在上述发电机中执行。而且优选具有在标准温度和压力下测量的范围为10,000-30,000m³/h/端(在发电机每个末端存在两个收集箱的情况下，该数量翻倍)的气流。

此外，本发明的实施例在相关的权利要求中概述。

附图说明

本发明的优选实施例在附图中示出，其中：

图1是根据现有技术的具有底部气流调节器的氢冷发电机的轴向剖面图；

图2是垂直于根据现有技术的具有底部气流调节器的图1的氢冷发电机的主轴线的剖面图；

图3是根据本发明的具有气流调节器的氢冷发电机的轴向剖面图；和

图4是垂直于根据本发明的具有气流调节器的图3的氢冷发电机的主轴线的剖面图。

图5显示了图4的局部。

具体实施方式

参考附图，其用于显示本发明的优选实施例但不限于此，图1和图2示出了一种沿轴向剖面的(图1)和在接线盒8的区域垂直于发电机的轴线剖面的(图2)的氢冷发电机组件1。在图1和2中，示出了根据现有技术的底部冷却气流的状态。

轴向发电机31安装在通常由混凝土制成的基部2的上面。基部具有两个空腔6，位于发电机的每一末端。在这两个空腔6之间是基部的中心部3。发电机31是氢冷发电机，所以其配备有用于进行氢冷的必需元件7。发电机通常包括定子和转子，后者安装在由轴承支撑的轴10上，在末端可以看到加强肋11。在发电机的一个末端且在基部的上方，设置有励磁机9，其能与建筑物接触或可不接触，并且在相对的末端还设有一个轴接地系统34。优选地，发电机的上部结构，即在基部上方的那些部分，被环绕包围发电机部分的上侧壁24所包围。当轴接地系统34倾向于发出火花并因而在氢泄漏的情况下增加了爆炸的危险时，优选将该系统排除在外。

在发电机周围存在一个危险区域13，在所有附图中均以斜虚线阴影显示。在许多国家，这个危险区域13被定义为围绕发电机及其连接部分的所有潜在气体泄漏部分距离1.5米的区域。

朝向发电机的每个末端底部设置有接线盒8，其中在定子中所产生的电力被收集并被聚集到单个导体中。这个部分通常是被氢冷，而且也示出一个相应的冷却管12。

发电机每个末端的这个接线盒8与发电机相邻设置，并且深入上述空腔6中。六个单独的电连接部件以三个单独的连接部件为一列形成两个轴向列的方式排列，沿向下的方向离开每个端部的接线盒8并且深入空腔6中。在每个接线盒8的下方设置一个所谓的收集箱5，其是具有侧壁15(轴向)和23(横向)的不锈钢盒子。电连接部件14深入到这些收集箱5的每一个内，并且被导出(未示出)位于更下方的基部外。

为了安装和维修，这些收集箱5的侧壁15，23与围绕并限定出基部中的空腔6的直立壁32隔开。因而，在收集箱5和直立壁32之间存在一个所谓的横向空间4(沿轴向和横向方向)。

由于借助电连接部件14进行高功率传输，所以必须冷却这些电连接部件14。这通过如下工作的冷却气流来实现。外部冷却空气由通风设备17吸入(仅在图1-4中示意性示出，这些通风设备设置在基部外侧或者设置在基部的更下方)。这些通风设备吸进冷的外部空气并且通过相应的通道将其推入收集箱5中。虽然这些收集箱5在其横向和轴向侧面基本上是气密的，但是其顶壁16具有冷却空气出口孔，电连接部件14通过该顶壁16深入其内。因而，进入收集箱5的冷却空气18按照冷却空气箭头19所示那样从这些收集箱5的顶部离开。

由于在底部的气流调节器，导致冷却气流主要在向下的方向上被改变方向并且进入相应的横向空间4中。形成这个横向空间的涡流20，并且一部分21通过未受控制的间隙和通道在向下的方向和横向/轴向方向上离开这些横向空间4。

这导致冷却空气不希望的较长的滞留时间，并因此潜在地导致氢在横向空间4中的不希望的较长的滞留时间。事实上，仅仅箭头22所示的小部分在向上的方向上移动并且穿过发电机。

这是本发明提出的一个解决方案。如图3和4所示，再次示出了轴向剖视图(图3)和沿垂直于发电机的轴线的相应剖视图(图4)，其中提供了基本上在横向空间4的顶部开口覆盖横向空间4的密封板25。

这些密封板或者可以被移动，或者具有为了维修和/或安装用于接近横向空间4的检修孔，这些密封板基本上防止冷却空气进入这些横向空间中。因此，可以有效地防止在这些横向空间4中积累氢。

事实上，由于密封板25的存在，使得通过收集箱5的顶壁而排出的冷却空气基本上仅能够在向上的方向上穿过危险区域13，穿过轴向发电机部件，并且按照箭头27所示的那样在向上方向上离开危险区域13。

而且，由于每个收集箱5的顶壁16具有管子26，所以可以对气流进行特别控制。图4示出了垂直于发电机轴线的方向的剖面图，在图4所示的某些细节中，这些管子中的每一个与电连接部件共轴并且围绕这些电连接部件14。来自收集箱5内部的冷却空气基本上仅被允许穿过这些管状结构26，这些管状结构26在其底部侧面朝向收集箱5内部开口并且也朝向其上端开口。因而，冷却空气仅被允许通过这些管子26排出收集箱外，导致冷却空气处于以可控的形式沿电连接部件移动的状态。因而，冷却被集中在最需要的地方。

此外，如图5所示，在这些管状结构中设置环状绕组23，用于测量电连接部件14中的电流。在这些管状结构26中设置这些环状绕组具有以下优点：能够高效地测量电流，并且需要被冷却的这些绕组设置在存在有较高冷却气流的区域。

应该注意到，密封板25不必完全气密，相反，希望具有一个小的气流(通常10％)也穿过这些密封板以便对区域4进行一定的换气。通过特殊地清洗密封板25的边缘并且通过留有某些也可用于线缆、冷却管等的开口来提供该气流。而且，密封板25提供有检修孔，但是该检修孔通常具有关闭的手段。

通常，密封板25由绝缘材料制成，例如，聚合体材料，可以是加强玻璃纤维。在某些情况下，密封板优选安装成可以容易移动以便安装和维修。密封板还有可以由铝制成。

正如所看到的那样，结合收集箱结构的密封板允许对从底部到顶部围绕发电机的危险区域进行可控的换气。

附图标记列表

1   氢冷发电机组件

2   基部

3   基部，中心部

4   横向空间

5   收集箱

6   基部的空腔

7   1的氢冷却器

8   接线盒

9   励磁机

10  轴

11  带法兰盘轴承的加强肋

12  冷却管

13  危险区域

14  电连接部件

15  5的轴向侧壁

16  5的顶壁

17  通风设备

18  提供给8的冷却空气

19  排出8的冷却空气

20  涡流

21  在向下或横向方向上排出横向空间的的空气

22  在危险区域中朝上移动的空气

23  5的横向侧壁

24  上侧壁

25  密封板

26  16的管子

27  排出1的空气

28  排出26的空气

29  26的顶部开口

30  14和26的轴线

31  发电机

32  6的直立壁

33  环状绕组

34  轴接地系统

35  氢检测器