定子铁芯液冷系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种定子铁芯液冷系统，属于电机冷却技术领域。所述液冷系统包括：冷板或铁芯冷却管的一端连接出气通道，另一端连接回液通道，所述出气通道和回液通道之间设有冷凝器；铁芯产生的热量由冷板或铁芯冷却管内的冷却介质吸收，所述冷却介质吸热汽化穿过出气通道，在冷凝器中冷却凝结为液态，再通过回液通道流回冷板或铁芯冷却管内。本实用新型专利技术所述定子铁芯液冷系统利用冷却介质的相变换热对目标设备进行冷却，换热效率高，温度控制均匀。

【技术实现步骤摘要】
定子铁芯液冷系统
本技术涉及一种定子铁芯液冷系统，属于电机冷却

技术介绍
利用空气对定、转子绕组以及铁芯表面进行冷却是电机的主流散热方式。在空气冷却能力达到极限的大容量电机中用氢气代替空气作为冷却介质能够在很大程度上提高冷却强度。可是氢气冷却的电机设计、安装和防爆技术均较为复杂。水内冷电机，特别是全水内冷电机的定转子绕组和定子铁芯都采用水内冷的方式，冷却效果优异，同时兼顾铁芯的高效散热。水内冷电机定转子绕组的运行温度不仅低而且均匀，然而其不可回避结构复杂、维护负担重、管路元件堵塞、水渗漏等问题。非纯净的水是导体，水渗漏造成的短路风险在所有电气设备中都是不容忽视的。中国科学院电工研究所(后文简称“电工所”)研发的电机液冷技术利用冷却介质的相变潜热来吸收、转移热量，换热效率高于空冷、氢冷和水内冷却技术的对流换热方法，在保持内冷电机优点的同时，避免了水内冷电机的堵塞、渗漏风险。目前电机的定子绕组液冷技术已经成熟，转子液冷技术也有一定的技术储备，尚需要铁芯液冷技术来填补电机全液冷技术体系的空白。传统电机中，只有类似于大型发电机这种大容量电机才需要对铁芯进行加强冷却。随着电机技术的进步，高功率密度的中小型电机对铁芯冷却同样表现出了一定需求。在铁芯冷却技术上，无论是是汽轮发电机还是水轮发电机，根据铁芯水冷却系统进出液口的排布方式，可以将其分为径向水冷却系统和轴向水冷却系统。径向水冷却系统指的是冷板比照定子扇形片的形状制成，分成若干片间隔迭压在铁芯中，进出液口沿铁芯外圆布置。轴向水冷却系统是指冷却水管沿轴向穿过定子铁芯对其进行冷却，进出水口位于铁芯的端部。现有的定子铁芯水内冷系统存在以下缺点：a现有的定子铁芯水内冷系统均需要水泵驱动进行强迫循环，水泵需要消耗额外的电能。b为了保证足够的流速，管内水压较大，这就对循环管路各处的密封接头提出了很高的要求。c一旦密封失效，水泄漏造成的短路风险又非常大。d水内冷系统需要有水净化装置，否则水垢、杂质等容易堵塞管路，造成冷却系统失效。
技术实现思路
针对上述现在技术中存在的问题与缺陷，本技术的目的在于提出基于相变换热的定子铁芯液冷系统。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种定子铁芯液冷系统，冷板或铁芯冷却管的一端连接出气通道，另一端连接回液通道，所述出气通道和回液通道之间设有冷凝器；铁芯产生的热量由冷板或铁芯冷却管内的冷却介质吸收，所述冷却介质吸热汽化穿过出气通道，在冷凝器中冷却凝结为液态，再通过回液通道流回冷板或铁芯冷却管内。进一步的，所述冷板呈圆环形，沿铁芯径向布置，所述冷板的冷板壁面与相邻定子冲片贴紧。进一步的，所述冷板内部为空腔结构，且所述冷板的一端设有用于与出气通道连接的出气口，另一端设有用于与回液通道连接的回液口，且所述出气口和回液口分别设有一个或多个。进一步的，所述冷板由若干片扇形板拼接成圆环形，所述扇形板沿所述冷板的中心线呈对称分布，相邻扇形板通过板间连接管连接或在交界面处直接连通。进一步的，当相邻扇形板在交界面处直接连通时，接缝处通过焊接、胶粘或挤压填料函的方式密封。进一步的，所述冷板内设有加强筋。进一步的，在铁芯内部沿其中心轴设置有一圈铁芯冷却管，所述铁芯冷却管为单层管式铁芯冷却管或双层同心套管式铁芯冷却管。进一步的，所述铁芯冷却管为双层同心套管式铁芯冷却管时，所述回液通道套于所述出气通道内部，其中所述回液通道的出口端与所述出气通道的底部连通，所述回液通道的进口端连接冷凝器。进一步的，当所述冷板沿铁芯径向设置在卧式电机中或当所述铁芯冷却管沿铁芯轴向设置在立式电机中时，所述液冷系统均为自循环液冷系统。进一步的，当所述冷板沿铁芯径向设置在立式电机中或当所述铁芯冷却管沿铁芯轴向设置在卧式电机中时，所述回液通道上分别设有一台循环泵。本技术的有益效果为：(1)本技术所述定子铁芯液冷系统利用冷却介质的相变换热对目标设备进行冷却，换热效率高，温度控制均匀。(2)本技术所述定子铁芯液冷系统的管路压力较低，大大降低了对循环管路的密封要求和机械强度要求，有利于降低密封难度、减轻设备重量、缩减设备成本。(3)本技术采用液冷系统进行铁芯冷却，冷却介质绝缘、不燃，可以从根本上避免因冷却介质泄漏而导致的短路、火灾等风险。(4)定子铁芯径向自循环液冷系统和定子铁芯轴向自循环液冷系统的冷却介质循环无需循环泵的驱动，对热负荷的变化具有自适应的能力，有利于降低系统复杂度，提高系统可靠性；降低冷却系统能耗，提高整机效率。(5)泵驱动的定子铁芯径向液冷系统和定子铁芯轴向液冷系统虽然增加了循环泵，但是对循环泵的功率要求较低，且提高了冷却系统的适应范围，有利于对安装在复杂环境下的电机进行冷却。(6)定子铁芯径向液冷系统采用内部为空腔的冷板结构，过流截面大，即使冷却介质中掺杂一部分杂质，也不易堵塞，对铁芯的散热能力更加稳定可靠。(7)定子铁芯径向液冷系统的冷板内部采用加强筋后，可以同时起到优化流场和加强机械强度的效果，有利于降低冷板重量、提高冷却效果。附图说明图1为卧式电机的定子铁芯径向自循环液冷系统示意图；图2为圆环形冷板结构示意图；图3为圆环形冷板剖面结构；图4为扇形板拼接成冷板的第一种排布方式；图5为扇形板拼接成冷板的第二种排布方式；图6为扇形板拼接成冷板的第三种排布方式；图7为扇形板拼接成冷板的第四种排布方式；图8为相邻扇形板通过板间连接管连通的结构示意图；图9为相邻扇形板在交界面处直接连通的结构示意图；图10为在冷板内部设置加强筋结构示意图；图11为立式电机的定子铁芯轴向自循环液冷系统示意图；图12为采用双层同心套管式铁芯冷却管的立式电机的定子铁芯轴向自循环液冷系统示意图；图13为泵驱动的定子铁芯径向液冷系统示意图；图14为泵驱动的定子铁芯轴向液冷系统示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术中相关术语解释如下：空气冷却:利用空气作为冷却介质吹过定、转子绕组及铁芯表面进行换热，靠热传导及空气的比热吸热。水内冷：定、转子绕组的内部直接流通通冷却水，靠热传导及水的比热吸热。液冷：采用高绝缘、沸点适中的冷却介质，无毒、无污染、不腐蚀金属及电机的其他部件，具有良好的冷却能力及高绝缘、防火、灭弧性能，可抑制电气故障的发生。利用流体的汽化潜热换热效率高、绕组温升低、无局部过热。它克服了水内冷运行压力高、泄漏会造成严重损坏的本质弱点。由于其内冷方式省去了风扇，从而使风摩耗下降，总效率可提高0.1～0.2％。操作维护方便，节省材料，运行安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.定子铁芯液冷系统，其特征在于，冷板(001)或铁芯冷却管的一端连接出气通道(002)，另一端连接回液通道(004)，所述出气通道(002)和回液通道(004)之间设有冷凝器(003)；铁芯产生的热量由冷板(001)或铁芯冷却管内的冷却介质吸收，所述冷却介质吸热汽化穿过出气通道(002)，在冷凝器(003)中冷却凝结为液态，再通过回液通道(004)流回冷板(001)或铁芯冷却管内。/n

【技术特征摘要】
1.定子铁芯液冷系统，其特征在于，冷板(001)或铁芯冷却管的一端连接出气通道(002)，另一端连接回液通道(004)，所述出气通道(002)和回液通道(004)之间设有冷凝器(003)；铁芯产生的热量由冷板(001)或铁芯冷却管内的冷却介质吸收，所述冷却介质吸热汽化穿过出气通道(002)，在冷凝器(003)中冷却凝结为液态，再通过回液通道(004)流回冷板(001)或铁芯冷却管内。


2.根据权利要求1所述的定子铁芯液冷系统，其特征在于，所述冷板(001)呈圆环形，沿铁芯径向布置，所述冷板(001)的冷板壁面(0011)与相邻定子冲片贴紧。


3.根据权利要求1所述的定子铁芯液冷系统，其特征在于，所述冷板(001)内部为空腔结构，且所述冷板(001)的一端设有用于与出气通道(002)连接的出气口(0012)，另一端设有用于与回液通道(004)连接的回液口(0013)，且所述出气口(0012)和回液口(0013)分别设有一个或多个。


4.根据权利要求2所述的定子铁芯液冷系统，其特征在于，所述冷板(001)由若干片扇形板拼接成圆环形，所述扇形板沿所述冷板(001)的中心线呈对称分布，相邻扇形板通过板间连接管(0015)连接或在交界面处直接连通。


5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮琳，王宇，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11