[發(fā)明專利]一種電機定子繞組內(nèi)部蒸發(fā)冷卻循環(huán)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010198303.0
• 申請日: 2010-06-04
• 公開（公告）號: CN101847899A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 傅德平;顧國彪;國建鴻;李振國;熊斌;董海虹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02K3/24
• 分類號: H02K3/24;H02K9/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機冷卻系統(tǒng)，特別涉及電機定子繞組內(nèi)部蒸發(fā)冷卻配套用的循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，風力發(fā)電、船舶電力推進和特種用途電機，這里所說的電機，包括電動機和發(fā)電機，其定子繞組的冷卻，大都采用空氣介質(zhì)吹拂發(fā)熱部件表面的冷卻方式。這種冷卻方式是利用流動的氣體介質(zhì)的“比熱”帶走電機各部件的能量損耗所產(chǎn)生的熱量。其特點是：電機冷卻不全面、銅鐵用量多、電機體積大、重量重。而且由于氣體以其無孔不入對大面積分散發(fā)熱部件，如鐵芯等部件的表面冷卻比較有利，但對集中發(fā)熱部件，如繞組線圈等部件則容易形成局部過熱區(qū)，從而影響絕緣使用壽命和電機的安全可靠運行，以及空氣冷卻電機單機容量小，隨著風力發(fā)電、船舶電力推進、礦山、油井等電機單機容量的不斷增大，以及電機運行環(huán)境的要求，單一的空氣冷卻方式已經(jīng)滿足不了大容量機組的冷卻技術(shù)要求。

由于空氣冷卻方式冷卻電機的效果差和容易形成局部過熱區(qū)而影響電機的安全運行，已經(jīng)滿足不了發(fā)展大型電機的冷卻技術(shù)要求。所以尋找新的冷卻介質(zhì)、研究新的冷卻技術(shù)，提高電機的冷卻效果和安全運行可靠性的要求變得越來越迫切。

在大型電機新型冷卻技術(shù)方面，我國自主研究開發(fā)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)獨樹一幟。所謂蒸發(fā)冷卻，是把特種冷卻液體灌入電機定子腔內(nèi)，或者注入電機定子繞組內(nèi)部，利用液體介質(zhì)氣體相變吸熱的原理來冷卻電機。蒸發(fā)冷卻選用的冷卻介質(zhì)具有高絕緣、低沸點、安全、無毒、穩(wěn)定的特性，如氟利昂-113及其替代品新氟碳化合物。電機蒸發(fā)冷卻技術(shù)除了保持了水、空、氫冷介質(zhì)冷卻的所有優(yōu)點外，還具有可靠性高、冷卻效果好、電機效率高、改善了定子絕緣環(huán)境、減少了銅鐵用量和電機運行操作簡單等優(yōu)點。

電機的冷卻是在電機的運行過程中，將其能量轉(zhuǎn)換中能量損耗產(chǎn)生的熱量借助流動的冷卻介質(zhì)帶出。具體地說，無論電機是空冷、氫冷或蒸發(fā)冷卻，都是由冷卻器或冷凝器中的冷卻管內(nèi)流動的水或空氣介質(zhì)將能量損耗的熱量帶出。當電機定子繞組內(nèi)部采用蒸發(fā)冷卻時，以高絕緣低沸點物化性能穩(wěn)定的新型冷卻介質(zhì)替代常規(guī)水(內(nèi)冷)、空氣(表面冷卻)介質(zhì)，為了保持定子繞組內(nèi)部蒸發(fā)冷卻電機的優(yōu)點，保證安全可靠地運行，與其配套的循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計必須滿足定子繞組內(nèi)部的低沸點冷卻介質(zhì)。在組成繞組的許多線圈內(nèi)冷通道長而窄，并聯(lián)支路多并且以不同的角度分布嵌入鐵心中，端部直徑大，各支路分布很不均勻的特點情況下，保證每個繞組線圈內(nèi)冷通道內(nèi)的低沸點冷卻介質(zhì)吸熱汽化后的流動和流量均勻且暢通；必須有效地控制冷卻液體在導體中的吸熱點的位置。ZL00123867.1發(fā)明技術(shù)，在定子繞組內(nèi)冷通道出液口采取設(shè)置一個由多個冷凝單元串聯(lián)構(gòu)成的壓力平衡器，使每個繞組線圈出液口的壓力保持相對均勻，并通過調(diào)節(jié)冷凝單元的二次冷卻水的流量，實現(xiàn)其控制繞組線圈內(nèi)部液體吸熱汽化的蒸發(fā)點位置。ZL00123867.1發(fā)明技術(shù)，已在200MW汽輪發(fā)電機1∶1比例的定子繞組線圈內(nèi)部蒸發(fā)冷卻試驗?zāi)M模型上得到以實際電機運行工況下的傳熱試驗驗證。結(jié)果表明，繞組內(nèi)部蒸發(fā)冷卻不但能夠滿足電機的冷卻技術(shù)要求，而且能夠較好地解決了電機定子繞組線圈的內(nèi)冷通道長，等效水力直徑小和并聯(lián)支路數(shù)多的內(nèi)部蒸發(fā)冷卻介質(zhì)分配均勻和穩(wěn)定可靠運行。但由于壓力平衡器結(jié)構(gòu)復雜和體積龐大，以及電機端部空間尺寸小。所以ZL00123867.1發(fā)明技術(shù)的壓力平衡器難易與繞組線圈的出液端組裝組合一起。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對風力發(fā)電，船舶電力推進、礦山和油井等用的電動機和發(fā)電機的運行工作環(huán)境，電機定子繞組構(gòu)造的特點，以及克服現(xiàn)有技術(shù)壓力平衡器所存在的結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大及電機端部空間尺寸小的問題，在電機定子繞組結(jié)構(gòu)更改不大的情況下，提供一種與電機定子繞組內(nèi)部冷卻采用低沸點介質(zhì)的蒸發(fā)冷卻方式相配套的循環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明采用高絕緣低沸點和物化性能穩(wěn)定的冷卻介質(zhì)，循環(huán)系統(tǒng)中的冷凝器的冷凝管二次冷卻介質(zhì)采用的是空氣介質(zhì)，在電機定子繞組內(nèi)部實施蒸發(fā)冷卻，并保障其安全可靠地運行。