[發明專利]用于冷卻能量轉換設備的冷卻設備和方法

有效

• 申請號: 201580053125.3
• 申請日: 2015-07-28
• 公開（公告）號: CN106797159B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: T.阿爾恩特;M.弗蘭克;J.格倫德曼;A.鮑爾;P.庫梅思;W.尼克;M.P.歐門;P.范哈塞爾特
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K9/20
• 分類號: H02K9/20;H02K3/24;H02K7/00;H02K7/18
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 侯宇;孟婧

本發明涉及一種用于能量轉換設備的冷卻設備，所述能量轉換設備具有電機和至少一個第一渦輪機，所述電機包括能夠圍繞旋轉軸線旋轉地支承的轉子，所述轉子布置在能旋轉的中央軸上，所述第一渦輪機能旋轉地布置在相同的軸上。冷卻設備包括軸的至少一個第一內部空腔，用于將冷卻劑傳輸至轉子內部的區域中，其中，第一內部空腔沿軸向延伸穿過第一渦輪機并且穿過第一渦輪機與轉子之間的軸向空隙。本發明還涉及一種具有這種冷卻系統的能量轉換設備。最后，本發明涉及一種用于冷卻具有這種冷卻系統的設備的冷卻方法。

技術領域

本發明涉及一種用于冷卻能量轉換設備的冷卻設備，所述能量轉換設備具有電機，所述電機包括能夠圍繞旋轉軸線旋轉地支承的轉子，所述轉子布置在能旋轉的中央軸上。所述能量轉換設備還包括至少一個第一渦輪機，所述第一渦輪機能旋轉地布置在該中央軸上。本發明還涉及這種能量轉換設備以及一種用于這種設備的冷卻方法。

背景技術

由現有技術已知能量轉換設備，它們配有用于冷卻旋轉的電力線圈繞組的冷卻設備。尤其是具有超導轉子繞組的電機通常配有冷卻設備，其中，冷卻劑如液氮、液氦或者液氖可以在中央軸內部按照熱虹吸原理循環并且由此將熱量排出轉子。通過這種冷卻系統可以將超導的線圈繞組，尤其是超導的旋轉的勵磁繞組冷卻到超導體的轉變溫度以下的運行溫度并且保持在所述運行溫度。

在這種已知的冷卻設備中，軸的屬于電機轉子的端部區域通常用于將液化的冷卻劑例如通過伸入軸中的固定的冷卻劑管從固定的冷卻設備饋送到軸的內部空間。這種冷卻設備由EP2603968A1已知。

然而在這種通過配屬于電機轉子的軸端部的饋送中不利的是，不是在所有的能量轉換設備中都可以在轉子附近將軸的自由端部用于此用途。電機的這種布置的一個例子是燃氣和蒸汽發電設備中的發電機。在此期望的是，發電機和燃氣輪機和蒸汽輪機布置在相同的旋轉軸上。在此，發電機有利地布置在燃氣輪機與蒸汽輪機之間，因此為了相應的扭矩傳遞分別只需要通過軸橋接較短的軸向路徑。在這種布置中，沒有發電機的自由軸端部用于饋送冷卻劑。而在軸的中間軸向區域內將冷卻劑饋送入轉子軸空腔的過程一般難度較大，因為由于在軸旋轉時出現的離心力，在軸中待傳輸的冷卻劑移動至徑向外部區域中。但在冷卻劑沿徑向進入軸時，恰恰需要液態冷卻劑沿與離心力相反的方向流入。其它難度在于在設計用于饋送的軸區段處的軸的機械牢固性受影響以及其軸向空間需求和在饋送時出現的熱損耗。

發明內容

因此，本發明所要解決的技術問題在于，提供一種用于能量轉換設備的避免了上述缺點的冷卻設備。尤其應提供一種冷卻設備，其中能夠以簡單的方式將冷卻劑引入設備的電機轉子內部的軸的區域中。本發明所要解決的其它技術問題在于，提供一種具有這種冷卻設備的能量轉換設備和一種用于能量轉換設備的冷卻方法。

該技術問題通過如下按本發明所述的冷卻設備、能量轉換設備和冷卻方法解決。

按照本發明的冷卻設備用于冷卻能量轉換設備，其具有電機，所述電機包括能夠圍繞旋轉軸線旋轉地支承的轉子，所述轉子布置在能旋轉的中央軸上。所述能量轉換設備還包括至少一個第一渦輪機，所述第一渦輪機能旋轉地布置在相同的軸上。冷卻設備包括軸的至少一個第一內部空腔，用于將冷卻劑傳輸至電機轉子內部的區域中，其中，第一內部空腔沿軸向延伸穿過第一渦輪機并且穿過第一渦輪機與轉子之間的軸向空隙，并且所述軸在轉子內部具有用于進行冷卻劑的熱力學狀態改變的區域。