CN112627914A - 一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置 - Google Patents

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张子健
张攀登
李玉彬
吕文杰
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Abstract

本发明公开了一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,包括机壳、冷却管道、冷却泵、冷却池、定子绕组上的绝缘材料。机壳建在汽轮发电机之外,覆盖汽轮发电机的定子铁芯,机壳与气轮发电机之间留有缝隙,机壳采用双层结构,外层为密封层,使用机械强度大的钢,内层为多孔介质材料层,使用人造多孔介质材料,机壳与冷却泵、冷却池之间通过冷却管道连接,定义绕组上的绝缘材料采用散热效果更强的新型绝缘材料。汽轮发电机的机壳采用多孔介质,其内装有液态金属,加强汽轮发电机的冷却效果。对定子绕组的绝缘材料从材料的种类和结构上做了改进,以降低定子绕组的最高温度。

Description

一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置
技术领域
本发明涉及电机技术领域,设计了一种用于增强汽轮发电机的散热效果的复合冷却装置,适用于汽轮发电机的冷却***。
背景技术
随着科学技术的发展,大型汽轮发电机的容量不断增大,汽轮发电机运行过程中的线电流负荷也越来越大,电机的热损耗将会急剧增加继而导致汽轮发电机的温升过高,这将严重影响发电机的稳定运行。
大型汽轮发电机传统的冷却方法包括空气冷却法、水内冷却法和氢气冷却法。空气冷却法一般只适用于小型汽轮发电机。水内冷却法一般为双水内冷,即定子绕组和转子激磁绕组的导体都是空心的,在其导体内部通以冷却水,在定子膛内仍以空气冷却,冷却效率虽高,但导体内部易结垢、堵塞。氢气冷却法的冷却效果比空气要好,但由于氢气是易燃易爆气体,为防止氢气泄漏,需要加装复杂的油密封***,安全性能不强。
本发明设计的用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,首次把汽轮发电机的机壳纳入冷却***中,并对定子绕组的绝缘材料作出了改进,增强了汽轮发电机的冷却效果,能够有效降低汽轮发电机运行的最高温度。
现有技术往往只对风冷的风道,或定子绕组水路通道的改进。如哈尔滨理工大学提出的一种具有轴径向冷却***的汽轮发电机(见专利公开号CN 102064635 B),山东齐鲁电机制造有限公司设计的一种适用于空冷汽轮发电机的冷却风路装置(见专利公开号CN106329829B)。本发明针对现有专利的不足,设计了一种增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,将汽轮发电机的机壳纳入冷却***,提高冷却效果,为降低定子绕组的最高温度,还改善了定子绕组外表面的绝缘材料,所以本发明专利具有实际意义。
发明内容
本发明设计了一种增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,旨在增强汽轮发电机的散热效果,降低汽轮发电机运行的最高温度,适用于中大型汽轮发电机。
本发明采用如下技术方案:
一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,冷却装置包括机壳、冷却管道、冷却泵、冷却池、定子绕组上的绝缘材料。机壳建在汽轮发电机之外,覆盖汽轮发电机的定子铁芯,机壳与气轮发电机之间留有缝隙,机壳采用双层结构,外层为密封层,使用机械强度大的钢,内层为多孔介质材料层,使用人造多孔介质材料,机壳与冷却泵、冷却池之间通过冷却管道连接,定义绕组上的绝缘材料采用散热效果更强的新型绝缘材料。
所述多孔介质材料采用通孔率高达98%的泡沫铜或烧结陶瓷,用于提供冷却剂的流通通道,冷却剂采用液态金属水银、镓、铷、铯及镓基合金中的一种。
所述多孔介质材料层增大了换热面积能够增强散热效果,多孔介质材料层中孔洞的直径为大于或等于1毫米,且小于或等于3毫米。
所述密封层的厚度为1厘米,多孔介质材料层的厚度为2厘米。
密封层与多孔介质材料层之间的连接方式为焊接或粘接。
所述定子绕组上的新型绝缘材料采用三层结构,上下两层采用绝缘耐高温的云母材料,中层采用导热性能强的碳纤维树脂基复合材料以及少量铜丝。
所述绝缘材料的上、中、下三层之间的连接方式为粘接。
所述绝缘材料的上下两层由绝缘耐高温的云母材料平铺而成,中层由碳纤维树脂基以3D编织技术制成。
所述绝缘材料中层中的少量铜丝能够增强其导热性,同时铜丝产生的少量涡流对汽轮发电机产生的微量影响也可以忽略。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:采用了新型的机壳结构,将机壳纳入了汽轮发电机的冷却***,采用多孔介质材料层增大了换热面积,增强了散热效果。改进了定子绕组的绝缘材料,增强了定子绕组的通风对流换热能力,具有***简单、安装周期短、启停方便、运行经济、可靠性高、维护检修方便的突出优点,具有广阔的发展前景。
附图说明
图1为机壳结构示意图
图2位机壳正视图
图3为机壳冷却装置示意图
图4为定子绕组绝缘材料结构示意图
具体实施方式
本发明设计的一种增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置包括新型机壳、进液口、出液口、冷却管道、冷却池、冷却泵、有利于定子绕组散热的新型绝缘材料。
其具体实施步骤如下:
(1)汽轮发电机新型机壳的多孔介质材料型号与具体设计参数有关。
(2)液态金属的型号和流动速度与具体设计参数有关。
(3)将机壳多孔介质材料层的孔道里充满液态金属。
(4)当汽轮发电机运行时,温度较低的液态金属由冷却泵提供的动力从进液口进入多孔介质材料并,在孔洞里面流动,多孔介质材料层中温度较低液态金属通过热传导带走机壳内的热量,给汽轮发电机降温,温度较高的液态金属从出液口流出进入冷却管道,在冷却池冷却后再次进入机壳的多孔介质材料层进行循环冷却。
(5)随着汽轮发电机的运行定子绕组的温度逐渐升高,定子的绕组的绝缘材料将吸收定子绕组的热量,并通过与机壳内空气热热传导将热量带离定子绕组给定子绕组降温。
所述步骤(1)中的多孔介质材料为通孔率高达98%的泡沫铜或烧结陶瓷中的一种。
特别地,所述步骤(1)中的多孔介质材料中的孔洞的直径为大于或等于1毫米,且
小于或等于3毫米。
所述步骤(2)中的液态金属可以采用:水银、镓、铷、铯及镓基合金中的一种。
所述步骤(5)中的转子绕组的绝缘材料采用三层结构,内外两层采用绝缘耐高温的云母材料,中间采用导热性能强的碳纤维树脂基复合材料。
下面结合图1-图4来说明具体的实施方式。本发明的一种增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置包括机壳冷却***和改进的定子绕组绝缘材料。如图1所示,其中(1)为机壳的外表面,(2)为机壳的密封层、(3)为机壳的多孔介质材料层,密封层与多孔介质材料层之间的连接方式为焊接或粘接,(4)为多孔介质材料层中的孔洞,用于提供冷却液的流通通道。如图2所示,其中(5)为进液口,(6)为机壳的出液口,多孔介质材料层采用通孔率高达98%的泡沫铜,冷却剂采用液态金属镓,进液口在机壳下部,出液口在机壳的上部有利于冷却液在机壳内充分吸收热量。如图3所示,(7)为冷却泵,(8)为冷却池,冷却泵、冷却池、进液口、出液口之间用冷却管道连接,冷却液通过冷却泵提供的动力流动。如图4所示为定子绕组绝缘材料结构示意图,绝缘材料采用三层结构,(9)为绝缘耐高温的云母材料、(10)为导热性能强的碳纤维树脂基复合材料。定子绝缘绕组的上下两层用绝缘耐高温的云母材料平铺而成,中层由导热性能强的碳纤维树脂基复合材料采用3D编织技术制成,中层中含有少量的铜丝增强其导热性。
当冷却装置运作时,机壳会吸收汽轮发电机的热量而温度升高,此时温度较低的液态金属通过冷却泵7提供的动力在冷却管道内流动,并从机壳下端的进液口5进入机壳的多孔介质材料层,液态金属通过热传导吸收机壳的热量给汽轮发电机降温,温度较高的液态金属从机壳上端的出液口6流出,经过冷却池8冷却后再次从进液口5进入机壳进行循环冷却。多孔介质材料层3能够极大地增大液态金属的换热面积,从而增强汽轮发电机的散热效果。
汽轮发电机运行时,转子转动带动转子上的离心风扇将冷空气吹入机壳内,温度较低的冷空气经过汽轮发电机的风道,通过与定子绕组绝缘层外表面的热对流带走定子绕组上的热量,给定子绕组降温。新型的绝缘材料能够有效提高热对流的效率,从而增强定子绕组的冷却效果。

Claims (9)

1.一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,其特征在于,冷却装置包括机壳、冷却管道、冷却泵、冷却池、定子绕组上的绝缘材料。机壳建在汽轮发电机之外,覆盖汽轮发电机的定子铁芯,机壳与气轮发电机之间留有缝隙,机壳采用双层结构,外层为密封层,使用机械强度大的钢,内层为多孔介质材料层,使用人造多孔介质材料,机壳与冷却泵、冷却池之间通过冷却管道连接,定义绕组上的绝缘材料采用散热效果更强的新型绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,其特征在于:所述多孔介质材料采用通孔率高达98%的泡沫铜或烧结陶瓷,用于提供冷却剂的流通通道,冷却剂采用液态金属水银、镓、铷、铯及镓基合金中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,其特征在于:所述多孔介质材料层增大了换热面积能够增强散热效果,多孔介质材料层中孔洞的直径为大于或等于1毫米,且小于或等于3毫米。
4.根据权利要求1所述的一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,其特征在于:所述密封层的厚度为1厘米,多孔介质材料层的厚度为2厘米。
5.根据权利要求1所述的一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,其特征在于:密封层与多孔介质材料层之间的连接方式为焊接或粘接。
6.根据权利要求1所述的一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,其特征在于:所述定子绕组上的新型绝缘材料采用三层结构,上下两层采用绝缘耐高温的云母材料,中层采用导热性能强的碳纤维树脂基复合材料以及少量铜丝。
7.根据权利要求1所述的一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,其特征在于:所述绝缘材料的上、中、下三层之间的连接方式为粘接。
8.根据权利要求1所述的一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,其特征在于:所述绝缘材料的上下两层由绝缘耐高温的云母材料平铺而成,中层由碳纤维树脂基以3D编织技术制成。
9.根据权利要求1所述的一种用于增强汽轮发电机散热效果的复合冷却装置,其特征在于:所述绝缘材料中层中的少量铜丝能够增强其导热性,同时铜丝产生的少量涡流对汽轮发电机产生的微量影响也可以忽略。
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