[發明專利]一種機殼管道式定子蒸發冷卻裝置

無效

• 申請號: 201310162899.2
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103280928A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 閆靜;郭卉;顧國彪;田新東;宋福川;袁佳毅
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02K9/20
• 分類號: H02K9/20;H02K5/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種定子蒸發冷卻裝置。

背景技術

隨著電機容量的增加，發熱量增加，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提出更高的要求。目前，對電機定子鐵心、繞組線圈及其固定部件的冷卻，一般采用空冷、液冷兩種方式。空氣冷卻利用空氣流動帶走各部件的損耗所產生的熱量。其優點是：結構比較簡單，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境影響比較大，冷卻效率不高，而不封閉的冷卻空間極易收到風沙、潮氣等的侵蝕；且被冷卻對象溫度分布不均勻，可能出現過熱點，從而破壞繞組絕緣，影響電機使用壽命。液冷方式一般采用水作為冷卻介質，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。另外，鑒于一些特殊的運行環境，倘若冬季要承受零下40℃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。

我國自主研發的蒸發冷卻技術，利用蒸發冷卻介質汽化吸熱的原理來冷卻電機。與傳統的冷卻方式相比，其冷卻效率高，冷卻效果均勻全面。它采用高絕緣、低沸點、不燃不爆、安全、穩定、無毒環保的蒸發冷卻介質，保證了電機的安全穩定運行。目前蒸發冷卻技術的應用主要有兩種形式：浸泡式、管道內冷式。中國專利01131399.4提出了水輪發電機定子繞組的蒸發冷卻裝置。中國專利200710177555.3提出了一種內冷式自循環蒸發冷卻風力發電機定子結構。它的基本原理是：定子繞組采用空心導線，或者空、實導線組合構成，空心導線中流動著蒸發冷卻介質。但是以上傳統的管道內冷式蒸發冷卻裝置主要有兩個方面的不足：一是空心導線設置在定子槽內，必然會占用槽內的空間，降低槽滿率，尤其對槽數較多的電機，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，這樣必然會造成整個冷卻系統管路、接頭眾多，不僅使得系統的結構復雜，而且也造成運行、維護的困難，降低了整個系統的可靠性。另外，從應用場合出發，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。中國發明專利201110385743.1提出了一種定子蒸發冷卻裝置。它將蒸發冷卻管路設置在定子鐵心中，但是正因為如此，冷卻管路處于磁場中，會產生渦流損耗，因此冷卻管路的材料不能為金屬，同樣限制了應用。

目前針對管道內冷式蒸發冷卻技術的應用，已有專利所提及到的形式主要包括兩種：1、電機定子繞組由空心導線或者空心導線與實心導線的組合構成，其中空心導線內流動蒸發冷卻介質；2、在電機定子鐵心內部設置管路，空心管路內流動蒸發冷卻介質。前者由于空心導線設置在定子槽內，占用了槽內空間，使得槽滿率降低，對槽數較多的電機，會使得電機的體積和用材增加；而且空心導線作為定子繞組，需要電液分離接頭才能與冷卻系統連接，造成冷卻系統管路、接頭眾多。而后者在定子鐵心內設置管路，管路處于電機內部磁場中，倘若采用金屬材料，會產生渦流損耗，降低電機效率。

發明內容

本發明的目的是現有管道內冷式蒸發冷卻裝置所存在的問題，提出一種新的冷卻裝置。

本發明裝置采用管道內冷式蒸發冷卻方式，根據應用條件的不同，本發明裝置可以選擇自循環方式或者強迫循環方式。

本發明裝置中，自循環蒸發冷卻回路的主要組成部件為冷卻管路、集氣管、回液管和冷凝器。集氣管的一端連入冷凝器，集氣管的另一端與冷卻管路的出口相連；回液管的一端與冷卻管路的入口相連，回液管的另一端連入冷凝器。

本發明裝置中，強迫循環循環蒸發冷卻回路的主要組成部件為冷卻管路、集氣管、回液管、冷凝器和泵；集氣管的一端連入冷凝器，集氣管的另一端與冷卻管路的出口相連；回液管的一端連入冷凝器，回液管的另一端與泵的入口相連；泵的出口與冷卻管路的入口相連。

本裝置中冷卻管路的設置方式可以有多種：

在電機機殼的內壁或外壁上設置冷卻管路；冷卻管路的橫截面可以是圓形、方形或者是半圓形等。冷卻管路可以在電機機殼制造階段直接鑄成，從而成為電機機殼的一部分；也可以通過焊接等方式與電機機殼聯接。

所述的冷卻管路彼此之間的連接可以采用串聯方式，也可以采用并聯方式，也可分組以串、并聯方式相結合的方式連入蒸發冷卻回路中。