[发明专利]一种混合型电机定子蒸发冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机定子蒸发冷却系统

背景技术

随着电机容量的增加，发热量增加，电机的散热能力直接影响着电机的性能和寿命，这就对电机的冷却系统提出更高的要求。蒸发冷却技术利用蒸发冷却介质汽化吸热的原理来冷却电机。与传统的冷却方式相比，有着独特的优势。蒸发冷却技术利用汽化潜热吸热，冷却效率高，冷却效果均匀全面。它采用高绝缘、沸点合适、不燃不爆、安全、稳定、无毒环保的蒸发冷却介质，保证了电机的安全稳定运行。

目前，蒸发冷却技术应用于电机定子冷却共有两种常规形式：管道内冷式和全浸泡式。

管道内冷式蒸发冷却的常规应用方式是：定子绕组采用空心导线，或者空心导线与实心导线组合的方式，空心导线内部流动着蒸发冷却介质。热量传递到空心导线内部，蒸发冷却介质吸热汽化，在自身或者外在的循环动力的作用下，沿蒸发冷却回路进入到外部冷凝器，经冷凝器冷凝后再回到空心导线内部继续下一次的循环，如此周而复始，达到冷却电机定子的目的。中国专利01131399.4提出了水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置。中国专利200710177555.3提出了一种内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构。这两者分别是上面这种管道内冷式蒸发冷却技术在水轮发电机和风力发电机上的应用。中国专利201110385743.1提出了一种定子蒸发冷却装置，提出在定子铁心内部布置空心管道，空心管道与定子两侧安装的集液环和集汽环相连接，冷却介质在封闭管路内部循环。以上这几种内冷式蒸发冷却方案最主要的不足有两方面：一方面定子绕组在端部发生扭转变形，定子绕组内部布置的空心管道也要随之扭转，对于直径较小的定子加工难度较大，无法有效保障空心管道内部的空心截面尺寸，影响内部蒸发冷却介质流动；另一方面由于电机定子绕组发热量较大，因此需要在定子铁心或定子绕组内设置多根空心管道，封闭的内冷循环要求每根空心管道都通过接头与集液管和集汽管相连，这样必然会造成整个冷却系统管路、接头众多，且接头的位置多位于空间狭窄的定子绕组端部，系统的结构复杂且施工困难，而且也造成运行、维护的困难，降低了整个系统的可靠性。

全浸泡式蒸发冷却的常规应用方式是：以定子机壳、隔离套筒和密封端盖组成封闭空间，将定子铁心和定子绕组等发热部件全部浸泡在蒸发冷却介质中。蒸发冷却介质吸热汽化，蒸汽上升进入到外部冷凝器，经冷凝器冷凝后变成液体再流回到封闭空间内部，达到冷却电机定子的目的。中国专利200810114870.6提出了卧式全蒸发冷却电机。中国专利200510086794.9提出了一种蒸发冷却风力发电机定子。这两者分别是上面全浸泡式蒸发冷却技术在汽轮发电机和风力发电机上的应用。但是这种冷却方式的不足主要有两方面：一方面是采用全浸泡式结构需要的蒸发冷却介质用量比较大，特别是端部发热部件所占据的空间较小，但需要浪费很多蒸发冷却介质去进行填充。目前新型环保型的蒸发冷却介质价格较高，采用全浸泡式结构的定子成本受制于高昂的蒸发冷却介质，严重地影响了电机的经济性；另一方面，采用全浸泡式结构的定子内部密封空间充满了蒸发冷却介质，对隔离套筒的刚度和密封结构的可靠性提出了较高的要求，尤其是隔离套筒为了保持足够的刚度，因此需要有一定的径向厚度，电机气隙随之增大，给电机设计增加了难度，也提高了电机的成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有管道内冷式和全浸泡式蒸发冷却方式的不足，提供一种电机定子混合型蒸发冷却系统。本发明的电机定子绕组直线段采用管道内冷式，定子绕组的端部采用喷淋冷却，并采用隔离套筒与定子机壳形成封闭空间，多余的蒸发冷却介质和冷凝之后的蒸发冷却介质将直接保存在封闭空间内部。定子密闭空间内部蒸发冷却介质液面以上的空间为定子蒸发空间。

本发明采用以下技术方案。