大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统

1.本发明涉及一种大型汽轮发电机通风冷却系统，具体涉及大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统，本发明属于电气工程技术领域。


背景技术：

2.大型同步发电机容量较高，尺寸较大，且定子绕组电密较高，在运行时定子铁芯中会产生大量热量。对于传统的大型同步电机，通常采用定子铁芯齿轭连通的径向通风冷却方式。但由于定子铁芯齿轭部处于连通状态，冷却介质先流经轭部，被轭部加热后再流至齿部对齿部进行冷却，而轭部较高的温度会对冷却介质造成较大的温升，使得接下来对齿部的冷却效果不佳。另外由于定子槽内股线分布密集且包裹的绝缘对散热有着较大影响，而定子绕组在通风沟内与冷却介质接触面积较小，冷却介质不能充分地带走定子绕组产生的热量。


技术实现要素：

3.本发明为了解决传统的同步电机冷却方式绕组散热困难和齿部易过热的问题，进而提供一种大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统。
4.本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
5.本发明包括定子铁芯、端部结构件、轭部、齿部、挡板、转轴和多个冷却器，定子铁心套装在转轴上，定子铁心由外至内分为轭部和齿部，所述轭部设有多个轭部通风沟，在轭部的两端设有端部结构件，在轭部及端部结构件上均布设有多个轭部轴向通风孔，齿部设有多个齿部径向通风沟，且齿部上设有多个齿部轴向通风孔，轭部和齿部之间设有挡板，定子铁芯的上方和下方各设有一个第一冷却器，第二冷却器和第三冷却器分别设置在转轴左、右两侧的转子进风区处。
6.进一步地，所述大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统还包括定子绕组和冷却水管，定子绕组嵌装在定子铁芯齿部内，冷却水管嵌装在定子绕组内。定子绕组在齿部径向通风沟中进行换位并均匀散开，每层绕组自上而下逐渐下移一层，最上层绕组移至第一层。齿部径向通风沟数量m和定子绕组股线数q满足m/q＝n，其中n为任意大于0整数。
7.进一步地，所述大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统还包括多级轴流风扇和离心风扇，转轴的一端设有多级轴流风扇，转轴的另一端设有离心风扇。
8.进一步地，所述大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统还包括第一隔板，第一隔板与定子铁芯的端部之间设有出风区，隔板与机壳之间设有转子进风区，出风区和转子进风区在靠近冷却器处设置有通道。
9.进一步地，所述转轴和齿部之间设有气隙。
10.进一步地，所述大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统还包括第二隔板，第二隔板安装在转轴和齿部之间，且第二隔板位于气隙的左、右两侧。
11.本发明的有益效果是：
12.1、本发明在定子铁芯轭部和齿部分别设置独立式径向通风沟，对轭部和齿部分别进行独立冷却，避免了传统的齿轭连通式冷却系统，经过轭部的冷却介质被加热后流经齿部，解决了齿部散热差的问题，实现了降低电机齿部温度的目的，进一步达到降低电机定子径向温差的效果；
13.2、通过加设冷却器和隔板的方式，改变了冷却介质的流向，使得轭部和齿部通风沟内的冷却介质流向相反，形成逆流；
14.3、本发明的定子绕组采用通风沟内散开式换位结构，可以有效抑制定子槽内漏磁场不均匀分布引起的股线自身环流；另一方面，这种实现了单根股线与冷却介质的直接接触，极大地提或了绕组股线在通风沟中的效果；
15.4、本发明发电机整体采用轴向双路抽风冷却结构，解决了传统单风向冷却方式轴向温差过大问题，达到了降低轴向温差的效果；
16.5、综合以上几点，本发明提出的冷却结构可同时实现直接降低齿部温度和绕组温度，极大地提升了大型同步电机的冷却能力。
附图说明
17.图1是本发明的整体结构剖面示意图；
18.图2是部分定子铁芯轴向剖面图；包括径向通风沟和轴向通风孔部分风路流向；
19.图3是绕组在通风沟内散开式换位的轴向视图和径向视图；
20.图4为定子铁芯轴向剖面图，包括径向通风沟和轴向通风孔部分风路流向。
21.图中：1-定子铁心；2-端部结构件；3-轭部；3-1轭部通风沟；3-2轭部通风孔；4-齿部；4-1齿部通风沟；4-2齿部通风孔；7-挡板；8-1第一冷却器；8-2第二冷却器；8-3第三冷却器；9-转子进风区；10-1多级轴流风扇；10-2离心风扇；11-转轴；12-出风区；13-气隙；14-定子绕组；15-水管；16-第一隔板；16-1第二隔板；17-通道；18-发电机两侧端部；19-机壳。
具体实施方式
22.具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式它包括定子铁芯1、端部结构件2、轭部3、齿部4、挡板7、转轴11和多个冷却器，定子铁心1套装在转轴11上，定子铁心1由外至内分为轭部3和齿部4，所述轭部3设有多个轭部通风沟3-1，在轭部3的两端设有端部结构件2，在轭部3及端部结构件2上均布设有多个轭部轴向通风孔3-2，齿部4设有多个齿部径向通风沟4-1，且齿部4上设有多个齿部轴向通风孔4-2，轭部3和齿部4之间设有挡板7，定子铁芯1的上方和下方各设有一个第一冷却器8-1，第二冷却器8-2和第三冷却器8-3分别设置在转轴11左、右两侧的转子进风区9处。
23.挡板7置于定子铁心1轭部3和齿部4交界处，将轭部3和齿部4的径向通风沟分离，使得轭部3和齿部4独立进行冷却。定子铁芯1轭部3和齿部4均制有轴向通风孔，轭部3和端部结构件2上通风孔半径较大，齿部4通风孔半径较小。
24.具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统还包括定子绕组14和冷却水管15，定子绕组14嵌装在定子铁芯1齿部4内，冷却水管15嵌装在定子绕组14内。
25.冷却水从冷却水管15一端流入对定子绕组14进行直接冷却后从另一端流出。定子绕组14在齿部4的径向通风沟5-2中进行换位，其中上层绕组14-1和下层绕组14-2分别在沿轴向从左至右每遇一个径向通风沟5-2进行一次换位，如图3所示每层绕组自上而下逐渐下移一层，最上层绕组移至第一层。定子铁心1上置有的径向通风沟5-2数量m和定子绕组14股线数q满足m/q＝n，其中n为任意大于0整数。绕组换位的同时，将每一根股线在通风沟内均匀散开，通过增大股线与冷却介质接触面积的方式，提升径向通风沟内冷却介质对绕组的冷却效果。
26.其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
27.具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统还包括多级轴流风扇10-1和离心风扇10-2，转轴11的一端设有多级轴流风扇10-1，转轴11的另一端设有离心风扇10-2。
28.转轴11上采用多级轴流风扇10-1和离心风扇10-2串联的结构。多级轴流风扇10-1的作用是将位于发电机两侧端部18的冷却介质抽出，再通过离心风扇10-2的加压作用，将冷却介质压入出风区12。
29.其它组成以连接关系与具体实施方式一或二相同。
30.具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统还包括第一隔板16-1，第一隔板16-1与定子铁芯1的端部之间设有出风区12，隔板16-1与机壳19之间设有转子进风区9，出风区12和转子进风区9在靠近冷却器8-1处设置有通道17。
31.隔板16-1将定子铁芯1的端部、出风区12和转子进风区9隔绝开，其中出风区12和转子进风区9在靠近第一冷却器8-1处设置有通道17，位于出风区12冷却介质在此处分流，一部分进入冷却器8-1，另一部分进入转子进风区9。
32.其它组成以连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
33.具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式转轴11和齿部4之间设有气隙13。
34.定子铁芯1轭部3径向通风沟3-1中冷却介质由定子铁芯1上方的第一冷却器8-1流入；定子铁芯1齿部4径向通风沟4-1中冷却介质由第二冷却器8-2和第三冷却器8-3的冷却介质经转轴1进入气隙13后流入的，轭部3和齿部4独立进行冷却并且冷却介质流向相反，在定子铁心1中形成逆流。
35.其它组成以连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
36.具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述大型散式绕组同步电机齿轭分离型逆流式通风冷却系统还包括第二隔板16-2，第二隔板16-2安装在转轴11和齿部4之间，且第二隔板16-2位于气隙13的左、右两侧。
37.通过第二隔板16-2将气隙和两侧端部18隔开，防止于气隙13温度较低的冷却介质与位于电机两侧端部18的冷却介质混流。隔板16-2和转轴11处留有微小空隙以防止电机旋转时转轴11和隔板16-2产生摩擦。
38.其它组成以连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
39.工作原理：
40.由说明书附图图1所示，本发明通过隔板16将定子铁芯1端部、出风区12、转子进风
区9隔绝开，在出风区12处设有通道17。此时，位于出风区12的冷却由两条流向，一部分冷却介质直接流回至冷却器8-1，经过冷却器的冷却后再次进入定子铁心1，另一部分冷却介质则进入了位于轴转11两侧的转子进风区9处的冷却器8-2和冷却器8-3，这一部分冷却介质在经过冷却后经由转子进风区9进入了转轴11，对转轴11进行冷却后沿径向经由气隙13进入定子铁芯1齿部4，定子铁芯轭部3径向通风沟3-1与定子铁芯齿部4径向通风沟4-1内冷却介质流向相反，形成逆流。为防止气隙13中的冷却介质和发电机两侧端部18的冷却介质混流，故在气隙13处加设第二隔板16-2，沿径向进入齿部4径向通风沟4-1的冷却介质流向与轭部3的轴向通风孔3-2流至发电机两侧端部，并在多级风扇10产生的压力作用下再次参与冷却介质循环。
41.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。