本发明专利技术公开了一种冷却装置、定子及风力发电机。冷却装置包括空冷系统和液冷管路；空冷系统包括使气态介质在风力发电机的内部流通的气态介质流动路径和设于气态介质流动路径上的第一换热装置；液冷管路包括位于第一换热装置内部的第一部分和位于定子内部或外表面上的第二部分；其中液冷管路中的冷却液先后流经第一部分、第二部分。本发明专利技术利用风冷系统及液冷管路相结合，不仅提升了风力发电机的冷却效率，减小了风力发电机的内部温升和温度梯度，更使得冷却装置具有可靠性高、易维护及成本低的优点。
Cooling unit, stator and wind turbine
【技术实现步骤摘要】
冷却装置、定子及风力发电机
本专利技术涉及风力发电领域，特别涉及一种冷却装置、定子及风力发电机。
技术介绍
风力发电机运行时产生的铜耗和铁耗会造成风力发电机各部件温升，过高的温升将会直接影响到风力发电机的寿命甚至导致其无法正常运行。在电机各部件中，受温升影响最为明显的是绕组绝缘，绕组绝缘温度每升高10℃将导致绕组绝缘减少大约一半的寿命，风力发电机运行时由于冷却系统失效等原因造成绝缘温度远超限制范围，更严重的，还可能造成绝缘彻底击穿、电机损毁。对于永磁风力发电机，永磁体温度也需要控制在一定限制一下，防止由不可逆退磁引起的电机性能永久性下降。因此，冷却设计是风力发电机设计中非常重要的一环，是保障风力发电机可靠性的必要条件。现有风力发电机冷却技术中，空冷技术相对比较成熟，其具有可靠性高、易维护、成本低等优点，因此对于可靠性要求较高、维护难度较大的场合，例如海上风力发电机组，空冷相对于其他冷却技术有着明显优势。但是，空冷最大的劣势则是冷却效率低，这个劣势在近年来风力发电机体积增大、转矩密度提升的趋势下显得尤为明显。现有6-8MW级别的风力发电机采用空冷技术尚能满足冷却要求，随着发电机容量的进一步增大，其产热进一步增加，依靠提高风量来增强空冷系统的散热能力的效果带来的效果非常有限。特别是对于海上机组，其防腐要求决定了机舱必须实施成封闭式。由此，空冷只能依靠热交换装置将风力发电机内部循环空气的热量传递至外界，因此电机内部冷却空气的温度必然高于外界，也导致空冷效率进一步的降低。另一种具有一定可行性的方式是液冷技术，比如采用水套冷，即将液冷装置布置在定子铁芯外侧，也包括将液冷装置布置在定子铁芯内部但不与定子绕组直接接合的冷却结构，该技术在部分机型上已经得到了应用。相对于水内冷，水套冷由于不与绕组直接接合，因此可以通过合理的设计，彻底避免在冷却液回路上设置绝缘装置、冷却液电导率控制装置，从而大大增强其可行性、可靠性、经济性。水套冷技术虽然在过去的风力发电机应用上起到了良好的效果，但是对于未来大兆瓦风力发电机的冷却效果也是有限的。这是因为液冷装置设置在绕组外的一侧时，绕组线圈内部产生的绝大部分热量将通过该侧达到液冷装置，在这个路径需要穿过导热率在0.2W/mK级别的多层绝缘，导致热量传递路径上的产生较大温度梯度，同时意味着绕组线圈内部局部温度较高。综上所述，现有的风力发电机中空冷技术、液冷技术的冷却效率相对偏低，无法很好的适应未来海上的风力发电机组大型化趋势，造成海上机组成本过高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术风力发电机中空冷技术、液冷技术的冷却效率相对偏低的上述缺陷，提供一种冷却装置、定子及风力发电机。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种风力发电机的冷却装置，所述风力发电机包括定子、转子、位于所述定子和所述转子之间的气隙、以及用于冷却所述风力发电机的冷却装置，其特点在于，所述冷却装置包括空冷系统和液冷管路；所述空冷系统包括使气态介质在所述风力发电机的内部流通的气态介质流动路径和设于所述气态介质流动路径上的第一换热装置；所述液冷管路包括位于所述第一换热装置内部的第一部分和位于所述定子内部或外表面上的第二部分；其中所述液冷管路中的冷却液先后流经所述第一部分、所述第二部分。在本实施例中，通过采用以上结构，利用空冷系统将风力发电机产生的热量传递至第一换热装置，并利用第一换热装置将热量传递至外部；再利用液冷管路的第二部分将定子的热量传递至第一换热装置，同时，液冷管路的第一部分先流经第一换热装置，有利于降低第一换热装置的温度，进而有利于提高冷却装置的换热效率。本实施例利用风冷系统及液冷管路相结合，不仅提升了风力发电机的冷却效率，减小了风力发电机的内部温升和温度梯度，更使得冷却装置具有可靠性高、易维护及成本低的优点。较佳地，所述第一换热装置为具有气侧和液侧的空水热交换器，所述空冷系统与所述气侧连通，所述液冷管路与所述液侧连通，且所述液侧包括所述液冷管路的第二部分。在本实施例中，通过采用以上结构，利用具有气侧和液侧的空水热交换器，使得第一换热装置能够及时的吸收空冷系统的热量，有利于有效地降低气态介质的温度。利用液冷管路的与液侧相连通，使得液冷管路能够有效地与第一换热装置发生热量交换，有利于有效地降低第一换热装置的温度，温度较低的第一换热装置也有利于更加高效的降低空冷系统中气体介质的温度，进而有利于提高空冷系统的冷却效率，最终，有利于提高冷却装置的冷却效率。较佳地，所述空水热交换器位于所述定子的径向内侧，所述气隙位于所述定子的径向外侧，其中所述径向外侧与所述径向内侧相对。较佳地，所述空冷系统还包括用于驱动所述气态介质在所述风力发电机内部流动的风扇，所述风扇设于所述气态介质流动路径上。在本实施例中，通过采用以上结构，利用风扇驱动气态介质的流动，有利于降低冷却装置的成本，提高冷却装置的寿命。较佳地，所述空冷系统为封闭式系统，所述气态介质在所述风力发电机内部循环流动。在本实施例中，通过采用以上结构，通过将空冷系统设计为封闭式系统，有利于降低外部气体对风力发电机的内部的影响，特别是对于海上风力发电机，利用封闭式系统能够有效地避免海风对风力发电机内部的腐蚀。较佳地，所述风扇设于所述第一换热装置内部或设于所述第一换热装置上。较佳地，所述风扇上还设有开关装置和/或变频装置，用于调节所述风扇的开关和/或通过所述风扇的气态介质流量。在本实施例中，通过采用以上结构，通过在风扇上设置开关装置和/或变频装置，有利于灵活地控制风扇的工作状态。较佳地，所述气态介质的流动路径包括：位于所述定子轴向至少一侧的端部空间，位于所述定子径向外侧的所述气隙，位于所述定子内部的径向通风槽，位于所述定子径向内侧的内部空腔，位于所述定子径向内侧的、且位于所述内部空腔内的第一换热装置，所述气态介质先后流经所述端部空间、所述气隙、所述径向通风槽、所述内部空腔、所述第一换热装置。在本实施例中，通过采用以上结构，利用风力发电机内部的空间作为气态介质的流动路径，简化了流动路径的设计形式，有利于气态介质直接将风力发电机内的热量传送至第一换热装置，进而提高冷却装置的换热效率。较佳地，所述定子的轭部设有沿轴向延伸的通孔，所述液冷管路的第二部分至少部分的设于所述通孔内。在本实施例中，通过采用以上结构，通过将液冷管路的第二部分设置在定子的通孔内，避免了冷却液直接接触定子，也避免了冷却液对定子的腐蚀。同时，也降低了对冷却液的要求，使得冷却液不需要进行特殊的去离子处理。也有利于降低冷却装置的使用成本有利于提高液冷管路与定子之间热量传递的效率，进而有利于快速的降低定子的温度。较佳地，所述液冷管路的第二部分包括多个U型管，所述U型管插入安装至所述通孔内，所述U型管之间通过连接装置相连通。在本实施例中，通过采用以上结构，利用U型管简化了液冷管路的第二部分的安装工序，有利于降低冷却装置的制造成本。较佳地，所述连接装置为卡箍、焊接接头、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风力发电机的冷却装置，所述风力发电机包括定子、转子、位于所述定子和所述转子之间的气隙、以及用于冷却所述风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括空冷系统和液冷管路；/n所述空冷系统包括使气态介质在所述风力发电机的内部流通的气态介质流动路径和设于所述气态介质流动路径上的第一换热装置；/n所述液冷管路包括位于所述第一换热装置内部的第一部分和位于所述定子内部或外表面上的第二部分；其中所述液冷管路中的冷却液先后流经所述第一部分、所述第二部分。/n
【技术特征摘要】
1.一种风力发电机的冷却装置，所述风力发电机包括定子、转子、位于所述定子和所述转子之间的气隙、以及用于冷却所述风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括空冷系统和液冷管路；
所述空冷系统包括使气态介质在所述风力发电机的内部流通的气态介质流动路径和设于所述气态介质流动路径上的第一换热装置；
所述液冷管路包括位于所述第一换热装置内部的第一部分和位于所述定子内部或外表面上的第二部分；其中所述液冷管路中的冷却液先后流经所述第一部分、所述第二部分。
2.如权利要求1所述的风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述第一换热装置为具有气侧和液侧的空水热交换器，所述空冷系统与所述气侧连通，所述液冷管路与所述液侧连通，且所述液侧包括所述液冷管路的第二部分。
3.如权利要求2所述的风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述空水热交换器位于所述定子的径向内侧，所述气隙位于所述定子的径向外侧，其中所述径向外侧与所述径向内侧相对。
4.如权利要求1所述的风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述空冷系统还包括用于驱动所述气态介质在所述风力发电机内部流动的风扇，所述风扇设于所述气态介质流动路径上。
5.如权利要求4所述的风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述空冷系统为封闭式系统，所述气态介质在所述风力发电机内部循环流动。
6.如权利要求5所述的风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述风扇设于所述第一换热装置内部或设于所述第一换热装置上。
7.如权利要求4所述的风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述风扇上还设有开关装置和/或变频装置，用于调节所述风扇的开关和/或通过所述风扇的气态介质流量。
8.如权利要求1、4-7中任意一项所述的风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述气态介质的流动路径包括：
位于所述定子轴向至少一侧的端部空间，
位于所述定子径向外侧的所述气隙，
位于所述定子内部的径向通风槽，
位于所述定子径向内侧的内部空腔，
位于所述定子径向内侧的、且位于所述内部空腔内的第一换热装置，
所述气态介质先后流经所述端部空间、所述气隙、所述径向通风槽、所述内部空腔、所述第一换热装置。
9.如权利要求1所述的风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴立建，闻汇，施杨，崔明，方攸同，
申请(专利权)人：浙江大学，上海电气风电集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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