本申请涉及电机冷却技术领域，尤其涉及一种高压电机用热管空冷装置。
背景技术：
高压电机主要的作用是产生驱动转矩，驱动各种不同机械，作为电器或者各种机械的动力源，广泛地应用于机电领域中。高压电机通常包括定子和转子，在高压电机的运行过程中，其定子和转子会产生大量的热，温度过高容易造成损坏或者运行故障。
传统的高压电机冷却方式是采用列管式换热器对电机内循环空气进行间壁对流换热。冷源为电机外部空气，通过电机轴尾风机将空气导入换热管内进行强制对流；热源为电机内循环空气，电机内部转子轴端风叶转动产生空气对流，带走转子和定子的热量，被加热空气流经换热管外壁进行换热；这种冷却方式产生的换热面机大导致需要的换热管多、为达到对流换热，需要设置三处风机，占用空间大；而且功耗高，冷却装置耗材较多。
因此，如何针对上述现有技术所存在的缺点进行研发改良，实为相关业界所需努力研发的目标，本申请设计人有鉴于此，乃思及创作的意念，遂以多年的经验加以设计，经多方探讨并试作样品试验，及多次修正改良，乃推出本申请。
例如申请号为：201710686484.3的中国专利公开了一种电机相变冷却系统，包括设置于电机内的电机定子和电机转子，其特征在于：还包括海水冷却器和定子相变工质管路，所述定子相变工质管路内部填充有相变工质，且所述定子相变工质管路包括定子蒸发段和定子冷凝段，所述定子蒸发段固定于所述电机定子上，所述定子冷凝段连接所述定子蒸发段和所述海水冷却器；该申请通过电机和相变冷却系统的结合，提高了电机的散热效果，延长了电机的使用寿命，但是该申请的采用两个海水冷却器两个风机，占用空间较大，功耗高且耗材较多，不利于大规模推广。
再例如申请号为：201720085727.3的中国专利公开了一种冷却装置，包括呈中空结构的壳体，其特征在于:所述壳体左右两端外壁上分别设有左进风口和右进风口，前后两侧侧壁上分别设有前出风口和后出风口，所述壳体内设有两个阳板，两个所述阳板将壳体沿长度方向分隔成相互独立的左腔室、巾间腔室和右腔室；所述左进风口与左腔室连通，右进风口与右腔室连通，前出风口和后出风口与中间腔室连通:所述壳体底壁对应左腔室、中间腔室和右腔室的位置分别设有通风道；该申请通过实现对电机进入的冷气流和散出的热气流隔离，避免了冷热气流的泪流，防止热气流被冷起来又带回到电机中提高高压电机散热功效；但是该申请占用空间较大，功耗高且耗材较多。
再例如申请号为：201710719091.8的中国专利公开了一种热管式发电机空冷冷却装置，包括发电机，所述发电机包括定子、转子和转轴，所述转子与转轴转动配合，且定子设在转子的外周；其特征在于：还包括风机、换热器组件、导风罩和冷却组件，所述冷却组件设在发电机的定子的外周，所述风机的出口与换热器组件的一端相连通，导风罩与换热器组件的另一端相连通；所述换热器组件包括换热器外壳和冷凝管，所述换热器外壳内设有多根冷凝管，所述冷凝管具有注液口和出液口；所述冷却组件包括冷却外壳和蒸发管，所述冷却外壳内设有多根蒸发管，且冷却外壳固定连接在发电机的定子的外周；所述换热器组件的每根冷凝管的出液口分别与冷却外壳内相应的蒸发管相连通，且冷凝管和蒸发管构成热管；该申请通过使用热管的散热方式，提高了冷却器的换热器效率；另外，外部冷却空气在冷凝管的外侧流动，结垢后只需要打开换热器壳体即可进行清洁；但是该申请安全性不能保障，且占用空间较大。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本申请提供了一种结构紧凑、安全性好、可靠性高，具有优良的等温性、功耗低，自然冷却效果佳、冷却效率高的高压电机用热管空冷装置。
(二)技术方案
本申请提供了一种高压电机用热管空冷装置，包括沿轴向贯穿电机定子的环形定子蒸发器，所述电机定子上方设有定子冷凝器，所述定子冷凝器具有工质入口以及工质出口，所述定子蒸发器一端通过气相工质管路与所述工质入口连通，另一端通过液相工质管路与所述工质出口连通，所述定子蒸发器两端分别设有端盖，
还包括设置于电机转子轴的端面中心位置上的工质加注口，所述电机转子轴的内部设有密封的工质容腔，所述工质加注口与所述工质容腔连通，所述电机转子轴靠近所述工质加注口的一端设有转子冷凝器，所述转子冷凝器包括套设于所述电机转子轴上的冷凝盘管，所述冷凝盘管的入口和出口均与所述工质容腔连通，所述冷凝盘管的内壁上设有多个沟槽，所述沟槽为圆滑曲线状；
还包括固定装置，所述固定装置设置在所述定子冷凝器与所述定子蒸发器之间，所述固定装置包括支撑杆和支撑圈，所述支撑杆穿过所述定子蒸发器上所述端盖的中心轴，用于固定所述定子蒸发器。
在本申请的一些实施例中，所述电机定子和所述电机转子均设置在所述定子冷凝器的下部，所述定子蒸发器固定在所述电机定子上。
在本申请的一些实施例中，所述定子冷凝器上设有防护罩，所述支撑圈两端分别与所述防护罩和所述电机定子固定连接，所述支撑圈设有两个。
在本申请的一些实施例中，所述定子蒸发器为列管式换热器，所述定子冷凝器为管翅式换热器。
在本申请的一些实施例中，所述定子蒸发器由若干铜管均匀穿过定子硅钢片。
在本申请的一些实施例中，所述铜管设有8根。
在本申请的一些实施例中，所述定子冷凝器内的热管翅片的高度为4-6mm，翅距的高度为3.8-4.2mm。
在本申请的一些实施例中，所述定子冷凝器的外形尺寸不大于1200mm×670mm×150mm。
在本申请的一些实施例中，所述定子冷凝器内的热管翅片的高度为5mm，翅距的高度为4mm。
在本申请的一些实施例中，所述转子冷凝器内壁面设有若干曲线沟槽。
在本申请的一些实施例中，所述蒸发管段、所述定子冷凝器、所述气相工质管路和所述液相工质管路军采用镍白铜制成。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本申请至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本申请提供的高压电机用热管空冷装置，通过增大定子冷凝器的面积，增加管子强化，优化转子冷凝器的结构，提高自然冷却效率，其内部主要靠介质的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力，采用热管式冷却装置相较原系统结构更加紧凑，占用空间更小；
(2)本申请提供的高压电机用热管空冷装置，其定子蒸发器与定子冷凝器分离设置，空气只经过定子冷凝器管翅部分及转子冷凝器，与现有管式换热相比，空气消耗量低、流阻小，功耗低；
(3)本申请提供的高压电机用热管空冷装置，通过将定子冷凝器的安装位置高于定子蒸发器以保证定子冷凝器中的冷凝液能依靠重力回流至定子蒸发器，减小功耗；
(4)本申请提供的高压电机用热管空冷装置，通过在转子冷凝器内壁面上设置曲线沟槽，可增加冷却换热面积；
(5)本申请提供的高压电机用热管空冷装置，通过将工质加注口布置在转子冷凝器中心，可保证对轴动平衡不产生影响，增加稳定性；
(6)本申请提供的高压电机用热管空冷装置，设备换热性能优良，传热效率高，结构紧凑、安全性好、可靠性高，具有优良的等温性且功耗低，自然冷却效果更佳、冷却效率更高，使用范围更广。
附图说明
图1为本申请高压电机用热管空冷装置的结构示意图。
【本申请主要元件符号说明】
1、防护罩；2、定子冷凝器；3、支撑圈；4、液相工质管路；5、端盖；6、支撑杆；7、工质容腔；8、冷凝盘管；9、工质加注口；10、气相工质管路；11、电机定子；12、定子蒸发器。
具体实施方式
本申请提供了一种设备换热性能优良，传热效率高，结构紧凑、安全性好、可靠性高，具有优良的等温性且功耗低，自然冷却效果更佳、冷却效率更高，使用范围更广的高压电机用热管空冷装置。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。
在本申请的一个示例性实施例中，提供了一种高压电机用热管空冷装置。如图1所示，本申请包括沿轴向贯穿电机定子11的环形定子蒸发器12，所述电机定子11上方设有定子冷凝器2，所述定子冷凝器2具有工质入口以及工质出口，所述定子蒸发器12一端通过气相工质管路10与所述工质入口连通，另一端通过液相工质管路4与所述工质出口连通，所述定子蒸发器12两端分别设有端盖5，
还包括设置于电机转子轴的端面中心位置上的工质加注口9，所述电机转子轴的内部设有密封的工质容腔7，所述工质加注口9与所述工质容腔7连通，所述电机转子轴靠近所述工质加注口9的一端设有转子冷凝器，所述转子冷凝器包括套设于所述电机转子轴上的冷凝盘管8，所述冷凝盘管的入口和出口均与所述工质容腔7连通，所述冷凝盘管8的内壁上设有多个沟槽，所述沟槽为圆滑曲线状；
还包括固定装置，所述固定装置设置在所述定子冷凝器2与所述定子蒸发器12之间，所述固定装置包括支撑杆6和支撑圈3，所述支撑杆6穿过所述定子蒸发器12上所述端盖5的中心轴，用于固定所述定子蒸发器12；本申请通过增大定子冷凝器2的面积，增加管子强化，优化转子冷凝器的结构，提高自然冷却效率，其内部主要靠介质的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力，采用热管式冷却装置相较原系统结构更加紧凑，占用空间更小。
以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细描述：
具体的，在本申请的此实施例中，如图1所示，所述电机定子11和所述电机转子均设置在所述定子冷凝器2的下部，所述定子蒸发器12固定在所述电机定子11上；本申请通过将定子冷凝器2的安装位置高于定子蒸发器12以保证定子冷凝器2中的冷凝液能依靠重力回流至定子蒸发器12，减小功耗。
具体的，在本申请的此实施例中，如图1所示，所述定子冷凝器2上设有防护罩1，所述支撑圈3两端分别与所述防护罩1和所述电机定子11固定连接，所述支撑圈3设有两个；本申请通过设置的两个支撑圈不仅可以定子冷凝器2的更加稳定的进行，同时支撑圈3还祈祷一定的缓冲作用，减小冷却装置在工作中的机械磨损，增加冷却装置的使用寿命。
具体的，定子蒸发器12布置在电机定子11内部，穿过所有硅钢片，并利用硅钢片在电机定子11轴向形成连续导热空间，实现电机定子11与热管工质的换热；定子冷凝器2布置在电机顶部原冷却器空间，利用空气冷却工质蒸气；气相工质管路10和液相工质管路4连接定子蒸发器12与定子冷凝器2，用于导热工质蒸气的流通和液态工质回流；设置的球阀为承压及密封能力均满足指标要求的耐压球阀；热管冷却装置安装和维修时，排气口排出换热器内部的空气工质加注口9用于加注和补充导热工质，加注前应先排除换热器内的空气。
具体的，在本申请的此实施例中，如图1所示，所述定子蒸发器12为列管式换热器，所述定子冷凝器2为管翅式换热器，所述定子蒸发器12由若干铜管均匀穿过定子硅钢片，所述铜管设有8根；所述定子冷凝器2的外形尺寸不大于1200mm×670mm×150mm；本申请将定子蒸发器12与定子冷凝器2分离设置，空气只经过定子冷凝器2管翅部分及转子冷凝器，与现有管式换热相比，空气消耗量低、流阻小，功耗低。
具体的，在本申请的此实施例中，所述定子冷凝器2内的热管翅片的高度为4-6mm，翅距的高度为3.8-4.2mm；进一步优选的，所述定子冷凝器2内的热管翅片的高度为5mm，翅距的高度为4mm，这种设计，使定子冷凝器2内的翅片呈一定角度的螺旋状，加速风流动的速度，有利于散热。
具体的，在本申请的此实施例中，所述转子冷凝器内壁面设有若干曲线沟槽；本申请通过在转子冷凝器内壁面上设置曲线沟槽，可增加冷却换热面积。
具体的，工质容腔7是利用电机的轴将热量传递给空腔内的工质，由于轴的转动，在其内壁会均匀充满流动液膜，达到理想的吸热状态，工质蒸汽由于转子冷凝器对工质的冷凝凝结产生流动动力，实现电机转子的持续换热。
具体的，在本申请的此实施例中，所述定子蒸发器12、所述定子冷凝器2、所述气相工质管路10和所述液相工质管路4军采用镍白铜制成，进一步的，定子蒸发器12内的换热管、定子冷凝器2内的换热管、气相工质管路10和液相工质管路4均是镍白铜管组成；采用这种金属制成的管段，与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个重量级的热量，采用热管式冷却装置相较原系统结构，更加紧凑，体积缩小，安全性更高。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本申请有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本申请的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。