CN105703541A - 一种电机冷却*** - Google Patents

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陈文学
杨劼
廖毅刚
令红兵
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Abstract

一种电机冷却***，包含冷凝冷却器、气体冷却回路和蒸发冷却回路。气体冷却回路和蒸发冷却回路位于密闭的机壳内腔中，两条回路在冷凝冷却器交汇。冷凝冷却器为气体冷却回路和蒸发冷却回路的共用部件，冷凝冷却器置于电机机壳外部，通过进气口和出气口与机壳内腔连通。本发明适用于大功率发电机、电动机的冷却。

Description

一种电机冷却***
技术领域
本发明涉及一种电机冷却装置。
背景技术
电机现有的冷却方式可分为两种，一种是利用流动气体或液体的比热容带走热量，如空冷、氢冷、水冷、油冷等冷却方式，其中按照工质的状态又可细分为气体冷却(空冷、氢冷)和液体冷却(水冷、油冷等)；另一种是利用冷却工质的相变潜热带走热量，如蒸发冷却方式。液体发生相变时吸收的热量比其靠比热带走的热量大得多。
空冷、氢冷等气体冷却方式因其发展时间长、工艺成熟稳定，应用范围最广。现有的空气冷却***的结构形式多种多样，其优点是结构简单，设备制造容易，成本较低，但冷却效果较差，高速电机的风磨损耗较大。氢气冷却的效率高于空气冷却，但结构复杂，设备投资维护费用大，且一定条件下可能发生***。典型的气体冷却电机通常包含冷却气体循环回路，冷却气体的驱动力由风扇提供，气体在吸热升温后，通过冷却器降温。蒸发冷却的结构形式包括全浸式、管道内冷式、表贴液盒式和喷淋式等，其中的喷淋式结构冷却工质用量相对较少，同时离散液体颗粒的换热效果好。中国专利200910061351.2公布了一种典型的电机喷淋式蒸发冷却***，该***实现了定子和转子全部采用蒸发冷却，其冷却效果相对于空冷***大幅提高，而蒸发冷却工质的用量相对于全浸式、内冷式蒸发冷却***却大幅减少，冷却工质在吸热相变为气体后，由于密度的变化自然上升至电机顶部的冷凝器，冷凝后再次相变为液体。但该***的冷却效果依赖于每个喷嘴在电机内部的布置及其流量分配，因此，与各发热体接触的冷却工质分布不够均匀，冷却效果的均匀性不够好，特别是当有喷嘴出现故障时，容易引起局部过热，影响电机的使用寿命。
发明内容
为了克服现有空冷***冷却效率低、风摩损耗大，氢冷***结构复杂、有***隐患，以及现有喷淋式蒸发冷却***均匀性不好的问题，本发明提供一种新的电机冷却***。本发明兼有气体冷却***和蒸发冷却***的优点，但不是两种冷却方式的简单叠加。
本发明电机冷却***包含冷凝冷却器、气体冷却回路和蒸发冷却回路。气体冷却回路和蒸发冷却回路位于密闭的机壳内腔中，在冷凝冷却器内交汇。冷凝冷却器为气体冷却回路和蒸发冷却回路的共用部件。冷凝冷却器置于电机机壳外部，通过进气口和出气口与机壳内腔连通。
所述的气体冷却回路包括定子铁心、风道片、转子铁心、挡风板、以及风扇，风扇安装于转子铁心的一端或两端，与转子同轴；挡风板位于定子铁心的两端，定子铁心段之间以及转子铁心段之间设置有风道片。
所述的蒸发冷却回路包括储液箱、过冷器、循环泵、过滤器、管路和喷嘴。储液箱位于机壳的底部，储液箱的进液口与机壳内腔连通，储液箱的出液口与过冷器的进液口连通，过冷器的出液口与循环泵的前端连通，循环泵的后端连接过滤器的前端，过滤器的后端依次连接管路和喷嘴。喷嘴可以布置在定子绕组端部和风扇之间，也可以布置在前述气体冷却回路当中任意位置。储液箱可以是与电机内腔底部连通的独立装置，也可以将电机内腔作为储液箱使用。蒸发冷却工质经喷嘴雾化后，与冷却气体形成的混合型冷却介质在电机内部循环。
冷凝冷却器可置于机壳外部的上部、下部、或外侧，作用是将冷却工质与冷却气体混合而成的冷却介质冷却，使冷却工质液化的同时使冷却气体降温。冷凝冷却器可以是集中式结构，即电机腔体内循环的混合型冷却介质全部由一台集中式安装的冷凝冷却器进行冷凝和冷却，也可以是分布式结构，即由多台分布式安装的冷凝冷却器共同对冷却介质进行冷凝和冷却。冷凝冷却器是实现本发明蒸发冷却回路与气体冷却回路协同工作的关键部件。
本发明电机冷却***的蒸发冷却回路由循环泵驱动，气体冷却回路由风扇驱动。运行前，冷却工质灌入蒸发冷却回路的储液箱，冷却气体充入密闭的机壳内腔。运行时，储液箱内的液态冷却工质由循环泵抽出，先经过冷器降温，再经过滤器过滤，最后流经管路由喷嘴喷出雾化。雾化后的工质被循环流动的冷却气体带至电机内各发热体表面，冷却工质吸热汽化后再随循环流动的气体进入冷凝冷却器，液化后的冷却工质沿冷凝冷却器进气口回流至储液箱。
冷却气体及雾化的冷却工质的混合后，由风扇驱动，自电机端部分别进入定子铁心、转子铁心、定转子间气隙，分别对绕组端部、绕组直线段、定转子铁心等发热部件进行冷却，并最终经进气口进入冷凝冷却器，冷却工质在冷凝冷却器内冷凝后沿进气口流回储液箱并继续循环，冷却气体经冷凝冷却器降温后回到电机端部并继续循环。
与常规的电机气体冷却方式相比，本发明冷却***的冷却介质不再是单一气体，而是冷却气体与雾化冷却工质的混合物，换热方式也由单一的对流换热方式变为相变换热与对流换热相结合的方式，而相变换热效率远高于对流换热，因此冷却效果远大于常规的气体冷却方式。与典型的喷淋式蒸发冷却方式相比，本发明冷却***的雾化工质不再靠汽化后的上升力完成循环，而是借助气体冷却回路的风扇完成循环，冷却工质的循环速度远大于喷淋式蒸发冷却***中冷却工质的循环速度，大幅提高了冷却效率。因此，本发明新型电机冷却***促成了两种冷却方式的相辅相成，冷却效果远高于两种冷却方式的简单叠加。与现有的气体冷却***和蒸发冷却***相比，本发明具有以下的显著效果：
1.实现了气体冷却方式与蒸发冷却方式的有机结合，这种有机结合能够提高其中每一种冷却方式的冷却能力，其综合冷却效果不但远高于单一冷却***的冷却效果，也明显高于气体冷却和蒸发冷却两种方式的简单叠加，且冷却的均匀性更好。
2.相对于喷淋式蒸发冷却***，增强了冷却***的鲁棒性和可靠性，当喷嘴布置不均匀、流量分配不够、以及某些喷嘴出现故障时，仍能保证冷却工质充满密闭壳体，不会出现电机局部温度过高的情况。
3.蒸发冷却工质不再单纯依靠汽化后的上升力完成循环，而是随流动的气体一起加速循环，强迫对流换热效果加强，冷却效率得到提高，可进一步减少冷却工质的用量，进而降低***的成本。
4.根据气体冷却回路设计的不同，冷凝冷却器可安装于电机的顶部、底部、侧部，并可以采用集中式整体结构或模块式分布结构，解决了单一蒸发冷却***中冷凝器须安装于电机顶部的局限性。
5.相对于空冷***，可以适当减小风压，降低气体流速，从而减小了电机的风摩损耗。
6.由于冷却效率的提高，可以进一步提高电机的电磁负荷和热负荷，增加电机单位体积的输出功率。
附图说明
图1本发明电机冷却***整体结构示意图；
图中：1机壳，2冷凝冷却器，3喷嘴，4管路，5储液箱，6过冷器，7循环泵，8过滤器，9风扇，10挡风板。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明包括冷凝冷却器2、气体冷却回路和蒸发冷却回路。气体冷却回路和蒸发冷却回路置于密闭的机壳1的内部，冷凝冷却器2安装于机壳1外部的顶端，冷凝冷却器2通过其进气口和出气口与机壳1连通。冷凝冷却器2是气体冷却回路与蒸发冷却回路的共用部件，气体冷却回路和蒸发冷却回路在冷凝冷却器2内交汇。针对气体冷却回路的不同设计，冷凝冷却器2还可以安装于机壳1外部的下部或侧部。
所述的气体冷却回路包括定子铁心、风道片、转子铁心、挡风板10、以及风扇9。风扇9安装于转子铁心的一端或两端，风扇9与转子同轴。挡风板10位于定子铁心两端，定子铁心段之间以及转子铁心段之间均设置有风道片。风扇9产生一定的风压，使预先充入电机腔体内的冷却气体按照图1所示箭头方向流动。
所述的蒸发冷却回路包括储液箱5、过冷器6、循环泵7、过滤器8、管路4和喷嘴3。储液箱5位于机壳底部，储液箱5的进液口与机壳1的内腔连通，储液箱5的出液口与过冷器6的进液口连通，过冷器6的出液口与循环泵7的前端连通，循环泵7的后端连接过滤器8的前端，过滤器8的后端依次连接管路4和喷嘴3。喷嘴3布置在定子绕组端部和风扇9之间。储液箱5内的液态冷却工质由循环泵7抽出，先经过过冷器6降温，再经过滤器8过滤，最后流经管路由喷嘴3喷出雾化。冷却工质经喷嘴3雾化后与冷却气体形成混合冷却介质在电机内部循环，冷凝冷却器2对混合冷却介质进行冷凝和冷却。
流动气体与喷嘴2喷出的雾化工质混合后与电机发热体接触，一路气流进入定转子之间气隙，另一路气流吹向定子绕组端部，然后从定子铁心背部进入定子铁心，并沿铁心径向风道进入气隙，先后冷却定子绕组端部、定子铁心、定子绕组直线段，还有一路气流从转子端部进入转子铁心，并从出风口进入气隙，先后冷却转子绕组端部、转子铁心、转子绕组直线段，三路气流在气隙中混合后从定子径向通风道进入机壳1上部的冷凝冷却器2。冷却工质在冷凝后经冷凝冷却器2的进气口回流至电机腔体内部并最终流回机壳底部的储液箱5，冷却气体冷却后回到电机端部。

Claims (2)

1.一种电机冷却***，其特征在于，所述的电机冷却***包括冷凝冷却器(2)、气体冷却回路和蒸发冷却回路；气体冷却回路和蒸发冷却回路均置于密闭的机壳(1)内，冷凝冷却器(2)为气体冷却回路与蒸发冷却回路的共用部件，气体冷却回路和蒸发冷却回路在冷凝冷却器(2)内交汇；冷凝冷却器(2)安装于机壳(1)的外部，通过其进气口和出气口与机壳(1)连通；
所述的气体冷却回路包括定子铁心、风道片、转子铁心、挡风板(10)、以及风扇(9)；风扇(9)安装于转子铁心的一端或两端，与转子同轴；挡风板(10)位于定子铁心的两端，定子铁心段之间以及转子铁心段之间均设置有风道片；
所述的蒸发冷却回路包括储液箱(5)、过冷器(6)、循环泵(7)、过滤器(8)、管路(4)和喷嘴(3)；储液箱(5)位于机壳的底部，储液箱(5)的进液口与机壳(1)内腔连通，储液箱(5)的出液口与过冷器(6)的进液口连通，过冷器(6)的出液口与循环泵(7)的前端连通，循环泵(7)的后端连接过滤器(8)的前端，过滤器(8)的后端依次连接管路(4)和喷嘴3；喷嘴(3)布置在定子绕组端部和风扇(9)之间。
2.按照权利要求1所述的电机冷却***，其特征在于，所述的气体冷却回路中循环流动的是冷却气体与雾化后的冷却工质形成的混合冷却介质，混合冷却介质由风扇(9)驱动，对电机内各发热部件冷却后进入冷凝冷却器(2)，冷却工质在冷凝冷却器(2)内冷凝后流回储液箱(5)，冷却气体在冷凝冷却器(2)内降温后回到电机端部。
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