[发明专利]高速电机直驱透平机械的转子自循环冷却系统及冷却方法

说明书

本发明涉及高速电机直驱透平机械的转子自循环冷却系统及冷却方法，其中电机转子设置在壳体内部中间，在电机转子两侧与壳体内壁之间装有轴承座和轴承，在电机转子的外围装有定子线圈，壳体内部空间形成电机内腔。壳体一端设为一级压缩，另一端设为二级压缩，在壳体上分别设置转子内腔冷却进气管和出气管，进气管连接压缩机二级冷却器，出气管连接压缩机一级冷却器。小量冷却气体从二级冷却器进入电机内腔，带走电机转子的热量，进入一级冷却器进行冷却，再通过二级压缩进行压缩，进入二级冷却器冷却后又进入电机内腔，完成小量的电机转子冷却气体自循环过程。本发明能够提高换热效率，综合能耗低，冷却过程无须外部气源、冷却风扇等部件。

技术领域

本发明涉及高速电机直驱透平机械（包括离心压缩机、制冷压缩机、MVR蒸汽压缩机、余热回收膨胀机、化工介质压缩机等）的转子自循环冷却方式，特别涉及一种高转速的高速电机直驱透平机械例如离心压缩机的转子自循环冷却系统及冷却方法。

背景技术

高速电机直驱透平机械将电机功能与齿轮增速传动在结构上融为一体，由高速电机主轴直接带动透平叶轮，并用电磁悬浮轴承或者空气悬浮轴承支撑转子。高速电机的发热主要分为定子线圈发热和转子发热，对于电机定子线圈的发热问题，基本上可以通过定子水冷解决，而对于高速转子的热量、转子及表面的散热冷却则成为核心技术。

电机转子及表面的热量主要来源于电机转子的涡流损失产生的热量、转子外表面与空气摩擦产生的热量，以及定子线圈辐射到转子的热量。高速电机直驱离心压缩机结构紧凑，散热空间小，同时转子高转速导致转子表面与空气的摩擦损失产生大量热量，因此机组的电机转子冷却问题成为高速电机直驱离心压缩机产品性能及寿命的关键技术。

目前常用的高速电机直驱离心压缩机的转子冷却结构参见图1，图中由一侧的外置气源或者风扇将冷却气通入电机内腔，冷却气体流经转子表面，带走热量，然后从电机壳体的另一侧流出。

目前这种转子冷却方式存在下述三个问题：

一、外置气源或者风扇需要耗功，对应的机组整体效率下降。

二、冷却风扇等结构的存在，导致高速电机直驱离心压缩机整体结构设计的复杂性，特别是大功率高转速的高速电机直驱离心压缩机，转子产生的热量大，对应的冷却风量大，风扇结构庞大，会破坏机组的协调性。

三、由于高速电机转子与定子之间的间隙非常小，流通的冷却气的气量有限，冷却效果不明显，而且电机定子和转子间小间隙导致流通阻力很大，整体冷却效果不好。

有鉴于此，该领域技术人员致力于研发一种高速电机直驱透平机械的转子自循环冷却系统，以解决高速电机直驱的透平机械的电机转子及内腔的散热冷却问题。

发明内容

本发明的任务是提供一种高速电机直驱透平机械的转子自循环冷却系统及冷却方法，能够解决高速电机直驱的透平机械的电机转子及内腔的散热冷却问题，完成透平机械的电机转子自循环换热过程，提高了换热效率。

本发明的技术解决方案如下：

一种高速电机直驱透平机械的转子自循环冷却系统，它包括电机封闭壳体、高速电机内腔、高速电机转子、电机定子线圈，它还包括一级压缩、二级压缩、转子内腔冷却进气管、转子内腔冷却出气管、压缩机一级冷却器以及压缩机二级冷却器；

所述高速电机转子设置在电机封闭壳体内部中间，在电机转子两侧与电机封闭壳体内壁之间装有轴承座和轴承，在电机转子的外围装有电机定子线圈，电机封闭壳体内部空间形成高速电机内腔；

所述电机封闭壳体的一端设为一级压缩，电机封闭壳体的另一端设为二级压缩，在电机封闭壳体上分别设置转子内腔冷却进气管和转子内腔冷却出气管，转子内腔冷却进气管连接压缩机二级冷却器，转子内腔冷却出气管连接压缩机一级冷却器；

压缩机进气从一级压缩到压缩机一级冷却器，经过二级压缩再到压缩机二级冷却器，压缩机排气，完成气体压缩过程；