冷却装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种用于发电机（2）的冷却装置（1），其包括固定的电枢（20），所述电枢（20）具有由电枢前板（20F）、电枢后板（20B）和主轴（24）界定的内腔（21），所述冷却装置（1）包括：分隔件（10），其布置成将所述内腔（21）分成与所述电枢（20）相邻的外部环形区域（21_outer）和围绕所述主轴（24）的内部环形区域（21_outer），并且其中，所述分隔件（10）包括若干个热交换器单元（11）；以及风扇组件（12），其布置在所述内腔（21）中，以促使热空气（AFhot）从所述外部环形区域（21_outer）通过所述分隔件（10）的所述热交换器单元（11）进入到所述内部环形区域（21_outer）中，并且从所述内腔（21）的所述内部环形区域（21_outer）排出冷却的空气（AFcool）。本发明专利技术还包括：风力涡轮机（3），其包括这样的冷却装置（1）用于冷却发电机（2）；以及冷却发电机（2）的方法。

Cooling system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冷却装置
本专利技术描述了用于发电机的冷却装置；风力涡轮机；以及冷却发电机的方法。
技术介绍
发电机可包括固定的电枢和旋转的场，或反之亦然。电枢可被布置在该场内，或反之亦然。在例如永磁同步发电机之类的发电机中，承载磁体的场通常是转子，而承载绕组的电枢通常是定子。包括这样的发电机的风力涡轮机可被实现为直驱式风力涡轮机，对于该直驱式风力涡轮机，旋转轮毂被直接安装到外部的转子。通常为三个的多个转子叶片被安装到轮毂，使得外部的转子和轮毂以相同的速度旋转。在发电机的操作期间，由于在绕组中感生的高电流，绕组将变得非常热。对于为高功率输出的风力涡轮机开发和安装的类型的非常大的发电机，增加的发电机容量导致更大的热损失，并且需要从发电机移除随之产生的热。发电机的低效冷却可对其效率具有严重影响，并且还可导致对磁体的热损伤。当发电机被安装在例如直驱式风力涡轮机之类的风力涡轮机中时，它通常围绕固定的主轴安装，该主轴从轮毂延伸到罩盖或机舱中，并且可用于将发电机和轮毂安装在塔架的顶部上。特别是在直驱式发电机的情况下，电枢的直径非常大，并且在电枢和主轴之间通常存在大的腔或内部空间。在冷却大型发电机的已知方法中，电枢被设计成允许冷却气流越过热的绕组并通过电枢体中的径向通道进入到电枢腔中。热空气由安装在电枢腔内的若干个冷却单元来冷却。每个单独的冷却单元包括风扇、具有冷却矩阵（coolingmatrix）的热交换器（或“冷却器”）以及两个歧管。第一歧管将风扇连接到热交换器，并且第二歧管将风扇连接到电枢的端板。在操作期间，风扇将空气抽吸通过热交换器的矩阵（该矩阵可以是薄金属翅片的密集布置结构，该薄金属翅片当空气越过它们时吸收热）。第一歧管被装配在热交换器和风扇之间，使得风扇可将空气抽取或吸取通过冷却矩阵。第二歧管通常被装配在风扇出口和电枢端板之间，使得冷却的空气可离开电枢，并且随后，其回到气隙中，以再次越过热的绕组。为了冷却较大尺寸的发电机，该方法通常是简单地在电枢腔中安装更多数量的这种冷却单元。然而，这种方法的缺点是：需要相对大量的风扇马达；流体冷却剂从热交换器泄漏的可能性较高；冷却单元所需的歧管数量；以及在风扇故障的情况下性能的显著下降。当风扇由于某种原因而停止运转时，它所连接到的冷却器也实际上不能起作用，这是因为空气不再被抽吸通过冷却矩阵。这样的装置的冷却能力被量化为乘积n·U·A，其中n是（相同的）冷却单元的数量，U是冷却单元的传热系数，并且A是冷却单元的热交换器面积。显然，一个或多个风扇的故障将显著地降低冷却能力。由于风扇和主轴被暴露于离开电枢的热空气，因此出现了另一个问题。当风扇被热空气包围时，热过载继电器（TOR）可使风扇马达在达到过高温度时停止。主轴的温度也是特别关注的，因为电气部件通常被安装在该轴内的相对大的空间中。来自发电机的热可到达主轴并加热主轴的内部。主轴内的高温可导致不得不关闭或下调发电机，以保护电气部件免受损坏。停机时间和下调导致风力涡轮机运营商的收益损失，并且因此必须认真对待。由于这些原因，在已知的冷却装置中，可能还需要为主轴内的电气部件提供低温空气的供应。此外，主轴内的空间直接与轮毂内的空间连接，并且还与罩盖或机舱内的空间连接，在那里通常还安装有其他电气部件。还必须保护这些部件免于过热，并且可能还需要在轮毂和罩盖中提供附加的冷却。因此，已知的冷却装置通常与不利的高安装成本和运行成本相关联。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种冷却上述类型的发电机的更高效的方式。该目的通过权利要求1的冷却装置；通过权利要求9的风力涡轮机；以及通过权利要求13的冷却发电机的方法来实现。可以假定本文所考虑的类型的发电机包括固定的电枢，该电枢具有由电枢前板、电枢后板和主轴界定的内腔。根据本专利技术，所述冷却装置包括分隔件，其布置成将所述内腔分成外部环形区域和内部环形区域。该外部环形区域与电枢相邻，使得该外部环形区域基本上由电枢和所述分隔件界定。该内部环形区域也基本上由所述分隔件和主轴界定。由此，所述分隔件限定了在空间上与内部环形区域分开或不同的外部环形区域。在本专利技术的冷却装置中，所述分隔件结合若干个热交换器单元，即热交换器单元是所述分隔件的结构元件，并且可被置入到或设置到所述分隔件中。因此，所述分隔件是基本上圆柱形的元件，其具有小于所述电枢的直径并且大于所述主轴的直径的直径。例如，所述分隔件可被构造成将电枢内腔分成两个基本上相等尺寸的容积。可替代地，所述分隔件的尺寸和形状可由待在所述冷却装置中实施的热交换器单元及风扇的数量和尺寸确定。本专利技术的冷却装置还包括风扇组件，其布置在所述内腔中，以促使热空气从所述外部环形区域通过所述分隔件的所述热交换器单元进入到所述内部环形区域中，并且从所述内腔的所述内部环形区域排出冷却的空气。换句话说，可包括任何数量的风扇或风扇单元的风扇组件以如下方式布置在内部环形区域中，即：使得将热空气从外部环形区域吸取通过所述分隔件中的热交换器单元，并且从定子内腔的内部环形区域排出冷却的空气。应当理解的是，本专利技术的冷却装置的风扇不以引言中描述的现有技术方法的方式附接到特定的热交换器。替代的是，风扇组件的任何风扇共同地作用以将热空气从外部环形区域吸取通过所述分隔件（在那里该热空气被冷却）并吸入到内部环形区域中，并且所述风扇还一起作用于从内部环形区域排出冷却的空气。根据本专利技术的冷却装置的一个优点在于，与上述的现有技术方法相比，可获得显著更高的冷却能力。例如，可增加热交换面积而不必增加风扇的数量，因为风扇未“绑定”到热交换器。本专利技术的冷却装置使得可以通过使用更多的热交换器来增加冷却能力，但是无需增加风扇的数量或风扇的电耗。风扇数量的减少也是可能的，同时维持或甚至增加冷却能力，从而有助于节省冷却装置的构造和运行成本。本专利技术的冷却装置的另一个优点在于，风扇故障的唯一影响是流率的略微减小，这是因为风扇故障对总热交换器面积没有影响。这里，冷却能力可被量化为乘积U·nA，其中U是冷却单元的总传热系数，并且nA是冷却单元的总面积。显然，一个或多个风扇的故障将对传热系数U具有影响，但对面积nA将没有影响。即使一个风扇故障，其他风扇也将继续吸取加热的空气通过冷却器。根据本专利技术，冷却发电机的方法包括以下步骤：将分隔件布置成将电枢内腔分成与固定的电枢相邻的外部环形区域和围绕主轴的内部环形区域；在所述分隔件中布置若干个热交换器单元；以及在所述内腔中设置风扇组件，以促使热空气从所述外部环形区域通过所述分隔件的热交换器单元并进入到所述内部环形区域中，并且从所述内腔的内部环形区域排出冷却的空气。本专利技术的方法的一个优点在于风扇马达在它们操作时被冷空气包围，从而降低过热的可能性。这可以有利地减少或完全消除由于热过载继电器引起的损失时间。本专利技术的方法的另一个优点在于，所述冷却装置不需要风扇和热交换单元之间的定制形状的歧管。根据本专利技术，所述风力涡轮机具有上述类型的发电机，并且还包括用于冷却该发电机的本专利技术的冷却装置的实施例。本专利技术的风力涡轮机的一个优点在于，其主轴内表面暴露于较低的气温，这是因为它暴露于已经在其通过所述分隔件中的热交换器单元的途中被冷却的空气。这导致轮毂和罩盖中的相应较低的温度，并且可消除由轮毂中的高温引起的停机时间的发生。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种用于发电机（2）的冷却装置（1），包括固定的电枢（20），所述电枢（20）具有由电枢前板（20F）、电枢后板（20B）和主轴（24）界定的内腔（21），所述冷却装置（1）包括：‑ 分隔件（10），其布置成将所述内腔（21）分成与所述电枢（20）相邻的外部环形区域（21_outer）和围绕所述主轴（24）的内部环形区域（21_outer），并且其中，所述分隔件（10）包括若干个热交换器单元（11）；以及‑ 风扇组件（12），其布置在所述内腔（21）中，以促使热空气（AFhot）从所述外部环形区域（21_outer）通过所述分隔件（10）的所述热交换器单元（11）进入到所述内部环形区域（21_outer）中，并且从所述内腔（21）的所述内部环形区域（21_outer）排出冷却的空气（AFcool）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.02 DE 102017201641.81.一种用于发电机（2）的冷却装置（1），包括固定的电枢（20），所述电枢（20）具有由电枢前板（20F）、电枢后板（20B）和主轴（24）界定的内腔（21），所述冷却装置（1）包括：-分隔件（10），其布置成将所述内腔（21）分成与所述电枢（20）相邻的外部环形区域（21_outer）和围绕所述主轴（24）的内部环形区域（21_outer），并且其中，所述分隔件（10）包括若干个热交换器单元（11）；以及-风扇组件（12），其布置在所述内腔（21）中，以促使热空气（AFhot）从所述外部环形区域（21_outer）通过所述分隔件（10）的所述热交换器单元（11）进入到所述内部环形区域（21_outer）中，并且从所述内腔（21）的所述内部环形区域（21_outer）排出冷却的空气（AFcool）。2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述分隔件（10）从所述电枢前板（20F）延伸到所述电枢后板（20B）。3.根据权利要求1或权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述分隔件（10）由多个热交换器单元（11）的环形布置结构形成。4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述分隔件（10）包括单个环形的热交换器单元（11）。5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，热交换器单元（11）是流体冷却回路（31）的一部分。6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，包括布置成通过电枢前板（20F）中的开口从所述内腔（21_inner）排出冷却的空气（AFcool）的若干个风扇（12），和/或布置成通过电枢后板（20B）中的开口从所述内腔（21）排出冷却的空气（AFcool）的若干个风扇（12）。7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，包括处于所述分隔件（10）和电枢端板（20F、20B）之间的密封装置（100）。8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，包括处于相邻的热交换器单元（11）之间的密封装置（101）。9.一种具有发...

【专利技术属性】
技术研发人员：G艾罗尔迪，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK