專利名稱：一種定子蒸發(fā)冷卻裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種定子蒸發(fā)冷卻裝置。
背景技術：
隨著電機容量的增加，發(fā)熱量增加，電機的散熱能力直接影響著電機的性能和壽命，這就對電機的冷卻系統(tǒng)提出更高的要求。目前，空冷方式和水冷方式作為主要的冷卻方式，逐漸得到了廣泛的應用。空氣冷卻是利用空氣流動及其比熱帶走各部件的損耗所產(chǎn)生的熱量。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，方便可行，初投資和運行費用都較低。但是缺點是其冷卻效果受外界環(huán)境影響比較大，冷卻效率不高，而且由于機艙需要通風，會造成風沙和潮氣侵蝕電機的問題，從而對電機的可靠性和工作壽命帶來不利的影響。水冷方式采用水作為冷卻介質(zhì)，冷卻效果較好，但是采用水冷方式要面對的最大問題就是，一旦冷卻水泄漏往往引起短路，造成重大損失，這是水冷機組安全運行中的一個重大隱患。因此，要求水路系統(tǒng)具有絕對良好的密封性能，或者需要加入復雜龐大的去離子水處理系統(tǒng)。另外，鑒于一些特殊的運行環(huán)境，倘若冬季要承受零下40°C的嚴寒，冷卻水還必須加入防凍劑，而這種防凍劑對鋼鐵有腐蝕性。所以水冷機組的冷卻通道必須采用特殊金屬加工，或者進行防腐處理。蒸發(fā)冷卻技術利用蒸發(fā)冷卻介質(zhì)汽化吸熱的原理來冷卻電機。與傳統(tǒng)的冷卻方式相比，有著獨特的優(yōu)勢。蒸發(fā)冷卻技術利用汽化潛熱吸熱，冷卻效率高，冷卻效果均勻全面。 它采用高絕緣、沸點合適、不燃不爆、安全、穩(wěn)定、無毒環(huán)保的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)，保證了電機的安全穩(wěn)定運行，克服了空冷方式、水冷方式在這方面的不足。目前，管道內(nèi)冷式蒸發(fā)冷卻的常規(guī)應用方式是定子繞組采用空心導線，或者空心導線與實心導線組合的方式，空心導線內(nèi)部流動著蒸發(fā)冷卻介質(zhì)。熱量傳遞到空心導線內(nèi)部，蒸發(fā)冷卻介質(zhì)吸熱汽化，在自身或者外在的循環(huán)動力的作用下，沿蒸發(fā)冷卻回路進入到外部冷凝器，經(jīng)冷凝器冷凝后再回到空心導線內(nèi)部繼續(xù)下一次的循環(huán)，如此周而復始，達到冷卻電機定子的目的。中國專利01131399. 4提出了水輪發(fā)電機定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置。 中國專利200710177555. 3提出了一種內(nèi)冷式自循環(huán)蒸發(fā)冷卻風力發(fā)電機定子結(jié)構(gòu)。這兩者分別是上面這種管道內(nèi)冷式蒸發(fā)冷卻技術在水輪發(fā)電機和風力發(fā)電機上的應用。但是這種冷卻方式的不足主要有兩方面一方面是空心導線設置在定子槽內(nèi)，必然會占用槽內(nèi)的空間，降低槽滿率，尤其對槽數(shù)較多的電機，會使得電機的體積和用材增加；另一方面，每一個槽內(nèi)都需要設置一根或多根空心導線，每根空心導線都需要通過電液分離接頭與集氣管、集液管相連，進而連入整個系統(tǒng)，這樣必然會造成整個冷卻系統(tǒng)管路、接頭眾多，不僅使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜，而且也造成運行、維護的困難，降低了整個系統(tǒng)的可靠性。另外，從應用場合出發(fā)，由于冷卻回路設置在定子繞組中，在一些應用場合中，這種冷卻方式的冷卻范圍將有很大的局限性，冷卻的效果也會受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有管道內(nèi)冷式蒸發(fā)冷卻方式的不足，提供一種定子蒸發(fā)冷卻裝置。本發(fā)明的蒸發(fā)冷卻管路設置在定子鐵心中，不占用定子槽內(nèi)空間，管路和接頭數(shù)大大減少。不同應用場合電機的布置形態(tài)不同，例如水平式，傾斜式等。不同的布置形態(tài)將會帶來不同的壓力條件，進而影響蒸發(fā)冷卻介質(zhì)的流動和傳熱狀態(tài)。相應的，本發(fā)明電機定子所采用的蒸發(fā)冷卻裝置也根據(jù)電機的布置形態(tài)有不同的實現(xiàn)形式強迫循環(huán)和自循環(huán)兩種形式。本發(fā)明定子蒸發(fā)冷卻裝置，包括在定子鐵心上以電機軸為中心設置的蒸發(fā)冷卻通道組、冷凝器、出汽管、集汽環(huán)、集液環(huán)和回液管。所述的蒸發(fā)冷卻通道組由多根平行于電機軸的管路構(gòu)成，多根管路以電機軸為中心軸向均勻分布在定子鐵心上，呈環(huán)形。管路的數(shù)目根據(jù)電機的尺寸和定子損耗而定。管路采用空心管。管路的材料可以是銅管、不銹鋼管等金屬管，也可以是四氟管等非金屬管。在電機的一端設有集液環(huán)，電機的另一端設有集汽環(huán)。 蒸發(fā)冷卻通道組中每根管路的前端通過連接頭與集汽環(huán)連通，每根管路的后端通過連接頭與集液環(huán)連通。集汽環(huán)與出汽管的后端相連，出汽管的前端連入冷凝器。對于自循環(huán)方式， 集液環(huán)與回液管的前端相連，回液管的后端與冷凝器連通。對于強迫循環(huán)方式，回液管的后端與冷凝器相連，回液管的前端連入循環(huán)泵的入口，循環(huán)泵的出口再與集液環(huán)相連。蒸發(fā)冷卻通道組的各個管路及其連接管路中流動著蒸發(fā)冷卻介質(zhì)。對于立式布置的電機(例如水輪發(fā)電價)或傾斜布置的電機(例如風力發(fā)電機)，由于電機兩端具有高度差，將集汽環(huán)放置于電機的高端，將集液環(huán)放置于電機的低端。 當電機運行時，管路中的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)吸熱后汽化形成兩相混合物，兩相介質(zhì)與液相介質(zhì)具有一定的密度差，從而形成循環(huán)壓頭。在該循環(huán)壓頭的作用下，兩相混合物將不斷上升進入集汽環(huán)。然后通過出汽管進入冷凝器的冷卻空間，與二次冷卻介質(zhì)進行熱交換，冷凝后的液化流入回液管，經(jīng)過回液管進入集液環(huán)，進而重新回到蒸發(fā)冷卻通道組的各個管路內(nèi)，構(gòu)成自循環(huán)蒸發(fā)冷卻回路，周而復始地進行自循環(huán)，以達到直接冷卻電機定子的目的。而對于臥式布置的電機(例如汽輪發(fā)電機)，由于電機沿軸向兩端不存在高度差，不能提供有利的條件實現(xiàn)自循環(huán)，此時可采用強迫循環(huán)方式，即在裝置中增加循環(huán)泵。循環(huán)泵的入口連接回液管的前端，循環(huán)泵的出口則與集液環(huán)連通。強迫蒸發(fā)冷卻回路由循環(huán)泵提供外在的循環(huán)動力以維持循環(huán)?？傊鶕?jù)具體的應用場合，可以相應地選擇合適的實現(xiàn)形式。本發(fā)明定子蒸發(fā)冷卻裝置，具有以下顯著的特點(1)本發(fā)明所采用管道內(nèi)冷式蒸發(fā)冷卻技術，由于采用高絕緣、不燃不爆、安全、穩(wěn)定、無毒環(huán)保的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)，避免了因為水冷機組因為水泄漏而發(fā)生各種事故的危險。(2)與水冷和空冷等方式相比，采用的管道內(nèi)冷式蒸發(fā)冷卻技術選用沸點合適的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)，利用潛熱帶走熱量，具有更高的冷卻效率，更好的冷卻效果；(3)與傳統(tǒng)的管路內(nèi)冷式蒸發(fā)冷卻方式相比，該裝置的冷卻管路設置在鐵心中，不占用槽內(nèi)空間，而且管路和接頭的數(shù)量都大大減少。(4)蒸發(fā)冷卻循環(huán)裝置具有自調(diào)節(jié)的能力，在一定的條件下，內(nèi)冷通道中的蒸發(fā)點位置將隨著負荷大小的改變而改變，以保證定子繞組的溫升基本保持不變。這樣就避免了負荷變化對絕緣使用壽命的影響，節(jié)省了維護費用。


圖Ia為電機縱向剖面展示的自循環(huán)方式的定子蒸發(fā)冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ib為電機縱向剖面展示的強迫循環(huán)方式的定子蒸發(fā)冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是電機橫向剖面展示的定子鐵心示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明內(nèi)容做進一步說明。本發(fā)明定子蒸發(fā)冷卻裝置，包括在定子鐵心1上以電機軸2為中心設置的蒸發(fā)冷卻通道組、冷凝器11、出汽管10、集汽環(huán)4、集液環(huán)5和回液管12。本發(fā)明定子蒸發(fā)冷卻裝置有自循環(huán)和強迫循環(huán)兩種形式。對強迫循環(huán)方式的定子蒸發(fā)冷卻裝置，還包括循環(huán)泵13。圖Ia為電機縱向剖面展示的自循環(huán)方式的定子蒸發(fā)冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。以傾斜布置的電機(例如風力發(fā)電機)為例表示。如圖Ia所示，在定子鐵心1上以電機軸2 為中心設置蒸發(fā)冷卻通道組，所述的蒸發(fā)冷卻通道組由多根平行于電機軸2的管路3構(gòu)成， 多根管路3以電機軸2為中心，沿軸向均勻分布，呈環(huán)形。管路3采用空心管。管路3的材料可以是銅管、不銹鋼管等金屬管，也可以是聚四氟乙烯等非金屬管。圖Ia以單根管路3 為例說明每根管路在本發(fā)明裝置中的連接方式。在電機的高端設有集汽環(huán)4，電機的低端設有集液環(huán)5。對于自循環(huán)方式，一般將集汽環(huán)4設在電機的高端，將集液環(huán)5設在電機的低端。管路3的前端通過第一連接頭6、第一連接管路7與集汽環(huán)4相連；管路3的后端則通過第二連接頭8、第二連接管路9與集液環(huán)5連通。集汽環(huán)4與出汽管10的后端相連，出汽管10的前端連入外部的冷凝器11。集液環(huán)5與回液管12的前端相連，回液管12的后端與冷凝器11連通。如此，構(gòu)成一個自循環(huán)蒸發(fā)冷卻回路。圖Ib為電機縱向剖面展示的強迫循環(huán)方式的定子蒸發(fā)冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。以水平布置的電機(例如汽輪發(fā)電機)為例。如圖Ib所示，在定子鐵心1上以電機軸2為中心設置蒸發(fā)冷卻通道組，所述的蒸發(fā)冷卻通道組由多根平行于電機軸2的管路3構(gòu)成，多根管路3以電機軸2為中心，沿軸向均勻分布，呈環(huán)形。管路3采用空心管。管路3的材料可以是銅管、不銹鋼管等金屬管，也可以是四氟管等非金屬管。圖Ib以單根管路3為例說明每根管路在本發(fā)明裝置中的連接。對于強迫循環(huán)方式，集汽環(huán)4和集液環(huán)5可以根據(jù)電機的結(jié)構(gòu)設在任一端。在電機的一端設有集汽環(huán)4，電機的另一端設有集液環(huán)5。管路3的前端通過第一連接頭6和第一連接管路7與集汽環(huán)4相連；管路3的后端則通過第二連接接頭8和第二連接管路9與集液環(huán)5連通。集汽環(huán)4與出汽管10的后端相連，出汽管10 的前端連入外部的冷凝器11。回液管12的后端與冷凝器11連通。回液管12的前端連入循環(huán)泵13的入口。循環(huán)泵13的出口通過第三連接管路14與集液環(huán)5相連。如此，構(gòu)成一個強迫循環(huán)蒸發(fā)冷卻回路。在實際應用中，設置在定子鐵心內(nèi)部的多根空心管路，可以全部共用一個循環(huán)泵，也可以依照具體需求分組共用多個循環(huán)泵。蒸發(fā)冷卻回路中流動著蒸發(fā)冷卻介質(zhì)。本發(fā)明所選用的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)，均應滿足高絕緣、不燃不爆、沸點合適、穩(wěn)定安全、無毒、環(huán)保的要求。在實際應用中，集汽環(huán)、集液環(huán)的布置方式以及各連接管路和接頭可以根據(jù)具體的電機結(jié)構(gòu)作相應的調(diào)整。圖2為電機橫向剖面展示的定子鐵心示意圖。蒸發(fā)冷卻通道組所包含的管路數(shù)目依據(jù)冷卻需求確定。圖2以八個管路3構(gòu)成一個蒸發(fā)冷卻通道組為例。圖2以常見的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機為例，定子的結(jié)構(gòu)、槽型也以常見的形式為例，主要以展示本發(fā)明定子蒸發(fā)冷卻裝置在定子鐵心內(nèi)的分布。本發(fā)明的應用并不局限于圖2所示的某一種電機結(jié)構(gòu)。如圖2所示， 八個管路3以電機軸2為中心，呈環(huán)狀均勻分布在定子鐵心1中。
權(quán)利要求
1.一種定子蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于，所述的定子冷卻裝置包括蒸發(fā)冷卻通道組、冷凝器(11)、出汽管(10)、集汽環(huán)0)、集液環(huán)(5)和回液管(12)；所述的蒸發(fā)冷卻通道組由多根平行于電機軸的管路C3)構(gòu)成，多根管路(3)以電機軸為中心軸向均勻分布在定子鐵心上，呈環(huán)形；每根管路( 的前端通過第一連接頭(6)、第一連接管路(7)與集汽環(huán)(4)相連；管路(3)的后端則通過第二連接頭(8)、第二連接管路(9)與集液環(huán)( 連通；集汽環(huán) ⑷與出汽管(10)的后端相連，出汽管(10)的前端連入冷凝器(11)；回液管(12)的后端與冷凝器(11)相連，回液管(12)的前端直接與集液環(huán)(5)相連；蒸發(fā)冷卻通道組的管路及其連接管路中流動著蒸發(fā)冷卻介質(zhì)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種定子蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于，所述的定子冷卻裝置有自循環(huán)和強迫循環(huán)兩種形式；自循環(huán)方式的定子冷卻裝置中，所述的回液管(1 的后端與冷凝器(11)相連，回液管(1 的前端直接與集液環(huán)( 相連；強迫循環(huán)方式的定子冷卻裝置中，所述的回液管(1 的后端與冷凝器(11)相連，回液管(1 的前端連入循環(huán)泵 (13)的入口，循環(huán)泵(1 的出口再通過第三連接管路(14)與集液環(huán)( 相連。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種定子蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于，所述的回液管(12)的前端或通過循環(huán)泵(13)、第三連接管路(14)再與集液環(huán)( 相連。
全文摘要
一種定子蒸發(fā)冷卻裝置，多根管路(3)以電機軸(2)為中心沿軸向均勻分布在定子鐵心(1)中構(gòu)成蒸發(fā)冷卻組。每根管路(3)的前端通過第一連接頭(6)、第一連接管路(7)與集汽環(huán)(4)相連。管路(3)的后端則通過第二連接頭(8)、第二連接管路(9)與集液環(huán)(5)連通。集汽環(huán)(4)與出汽管(10)的后端相連，出汽管(10)的前端連入冷凝器(11)?；匾汗?12)的后端與冷凝器(11)相連。對自循環(huán)方式，回液管(12)的前端與集液環(huán)(5)相連。對強迫循環(huán)方式，回液管(12)的前端與循環(huán)泵(13)的入口相連，循環(huán)泵(13)的出口再通過第三連接管路(14)與集液環(huán)(5)相連。蒸發(fā)冷卻通道組及其連接管路中流動著蒸發(fā)冷卻介質(zhì)。
文檔編號H02K3/24GK102497049SQ20111038574
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者宋玉潔, 郭卉, 閆靜, 顧國彪 申請人:中國科學院電工研究所