[发明专利]一种电机定子绕组内部蒸发冷却循环系统

说明书

技术领域

本发明涉及电机冷却系统，特别涉及电机定子绕组内部蒸发冷却配套用的循环系统。

背景技术

现有技术中，风力发电、船舶电力推进和特种用途电机，这里所说的电机，包括电动机和发电机，其定子绕组的冷却，大都采用空气介质吹拂发热部件表面的冷却方式。这种冷却方式是利用流动的气体介质的“比热”带走电机各部件的能量损耗所产生的热量。其特点是：电机冷却不全面、铜铁用量多、电机体积大、重量重。而且由于气体以其无孔不入对大面积分散发热部件，如铁芯等部件的表面冷却比较有利，但对集中发热部件，如绕组线圈等部件则容易形成局部过热区，从而影响绝缘使用寿命和电机的安全可靠运行，以及空气冷却电机单机容量小，随着风力发电、船舶电力推进、矿山、油井等电机单机容量的不断增大，以及电机运行环境的要求，单一的空气冷却方式已经满足不了大容量机组的冷却技术要求。

由于空气冷却方式冷却电机的效果差和容易形成局部过热区而影响电机的安全运行，已经满足不了发展大型电机的冷却技术要求。所以寻找新的冷却介质、研究新的冷却技术，提高电机的冷却效果和安全运行可靠性的要求变得越来越迫切。

在大型电机新型冷却技术方面，我国自主研究开发的蒸发冷却技术独树一帜。所谓蒸发冷却，是把特种冷却液体灌入电机定子腔内，或者注入电机定子绕组内部，利用液体介质气体相变吸热的原理来冷却电机。蒸发冷却选用的冷却介质具有高绝缘、低沸点、安全、无毒、稳定的特性，如氟利昂-113及其替代品新氟碳化合物。电机蒸发冷却技术除了保持了水、空、氢冷介质冷却的所有优点外，还具有可靠性高、冷却效果好、电机效率高、改善了定子绝缘环境、减少了铜铁用量和电机运行操作简单等优点。

电机的冷却是在电机的运行过程中，将其能量转换中能量损耗产生的热量借助流动的冷却介质带出。具体地说，无论电机是空冷、氢冷或蒸发冷却，都是由冷却器或冷凝器中的冷却管内流动的水或空气介质将能量损耗的热量带出。当电机定子绕组内部采用蒸发冷却时，以高绝缘低沸点物化性能稳定的新型冷却介质替代常规水(内冷)、空气(表面冷却)介质，为了保持定子绕组内部蒸发冷却电机的优点，保证安全可靠地运行，与其配套的循环系统的设计必须满足定子绕组内部的低沸点冷却介质。在组成绕组的许多线圈内冷通道长而窄，并联支路多并且以不同的角度分布嵌入铁心中，端部直径大，各支路分布很不均匀的特点情况下，保证每个绕组线圈内冷通道内的低沸点冷却介质吸热汽化后的流动和流量均匀且畅通；必须有效地控制冷却液体在导体中的吸热点的位置。ZL00123867.1发明技术，在定子绕组内冷通道出液口采取设置一个由多个冷凝单元串联构成的压力平衡器，使每个绕组线圈出液口的压力保持相对均匀，并通过调节冷凝单元的二次冷却水的流量，实现其控制绕组线圈内部液体吸热汽化的蒸发点位置。ZL00123867.1发明技术，已在200MW汽轮发电机1∶1比例的定子绕组线圈内部蒸发冷却试验模拟模型上得到以实际电机运行工况下的传热试验验证。结果表明，绕组内部蒸发冷却不但能够满足电机的冷却技术要求，而且能够较好地解决了电机定子绕组线圈的内冷通道长，等效水力直径小和并联支路数多的内部蒸发冷却介质分配均匀和稳定可靠运行。但由于压力平衡器结构复杂和体积庞大，以及电机端部空间尺寸小。所以ZL00123867.1发明技术的压力平衡器难易与绕组线圈的出液端组装组合一起。

发明内容

本发明的目的是针对风力发电，船舶电力推进、矿山和油井等用的电动机和发电机的运行工作环境，电机定子绕组构造的特点，以及克服现有技术压力平衡器所存在的结构复杂、体积庞大及电机端部空间尺寸小的问题，在电机定子绕组结构更改不大的情况下，提供一种与电机定子绕组内部冷却采用低沸点介质的蒸发冷却方式相配套的循环系统。本发明采用高绝缘低沸点和物化性能稳定的冷却介质，循环系统中的冷凝器的冷凝管二次冷却介质采用的是空气介质，在电机定子绕组内部实施蒸发冷却，并保障其安全可靠地运行。