一种风冷散热系统及发动机的制作方法

本发明涉及发电机冷却，具体涉及一种风冷散热系统及发电机。

背景技术：

1、在航空发动机和地面燃气轮机领域，随着技术的发展对于耗油率的要求逐步提高，应用于该类发动机的发电机往往要求具有高转速高功率密度，在发电过程中带来了巨大的发热量，与此同时发电机作为电器类产品无法承受过高的温度，因此该类动力系统往往需要配备散热装置。

2、目前该类动力装置根据使用环境不同一般采用自然散热冷却和循环水冷却等方式进行冷却。上述的自然冷却散热方式散热能力有限，而循环水冷却方案需要大量的冷却液，重量较大，限制了发电机在可移动平台的使用；此外，冷却液无法进入电机转子内部，无法对发电机内部进行冷却，只能对电机外壳进行冷却；且采用循环水冷却方案存在液体泄漏风险，可能导致发电机出现故障。

技术实现思路

1、因此，本发明所要解决的技术问题在于现有的自然冷却散热方式散热能力有限，而循环水冷却方案需要大量的冷却液，重量较大，限制了发电机在可移动平台的使用；此外，冷却液无法进入电机转子内部，无法对发电机内部进行冷却，只能对电机外壳进行冷却；且采用循环水冷却方案存在液体泄漏风险，可能导致发电机出现故障。

2、为此，本发明提供一种风冷散热系统，包括：

3、导流结构，所述导流结构与发电机相连，所述导流结构内置有抵接至所述发电机侧面的导流通道以及朝向远离发电机方向凹陷的容置空间，发电机的驱动轴延伸至所述容置空间内；

4、驱动转子结构，所述驱动转子结构设置在所述容置空间内，所述驱动转子结构与所述驱动轴相连；

5、其中，所述驱动转子结构包括安装组件和导流件，所述安装组件的一端与所述驱动轴相连，所述导流件套设在所述安装组件上且所述导流件的外侧延伸至所述导流通道，所述驱动轴通过所述安装组件带动所述导流件转动以驱动所述导流通道的空气流动。

6、可选地，上述的导流结构包括导流组件和排气组件；所述导流组件的一端与所述发电机相连，另一端与所述排气组件相连。

7、可选地，上述的导流组件包括：第一导流壳体和第二导流壳体，所述第一导流壳体与所述第二导流壳体均为环形，所述第一导流壳体通过导流叶片套设在所述第二导流壳体的外周，所述第一导流壳体与所述第二导流壳体之间具有第一间隙。

8、可选地，上述的第一间隙包括从靠近发电机至远离发电机方向依次相连的第一导流段、第二导流段和第三导流段，所述第二导流段的两端分别与所述第一导流段和第三导流段相连；

9、其中，从靠近发电机至远离发电机方向，所述第二导流段的径向截面所形成的圆环环宽逐渐减小。

10、可选地，上述的排气组件包括：第一排气壳体和第二排气壳体，所述第一排气壳体设置为环形，所述第二排气壳体设置为开口朝向所述驱动轴的碗型；

11、所述第一排气壳体与所述第一导流壳体相连，且所述第二排气壳体与所述第二导流壳体相连，所述第一排气壳体与所述第二排气壳体之间具有第二间隙；

12、其中，所述第一间隙与所述第二间隙构成了所述导流通道，所述第二导流壳体与所述第二排气壳体围合成所述容置空间。

13、可选地，上述的排气组件还包括整流器，所述整流器设置在所述第二间隙靠近所述第一间隙的一侧以整合所述第一间隙流向所述第二间隙内的气流。

14、可选地，上述的第一导流壳体靠近所述第一排气壳体的一端内壁开设有安装槽；所述安装槽用于安装所述第一排气壳体或所述整流器。

15、可选地，上述的安装组件包括：

16、连接轴，所述连接轴靠近所述驱动轴的一端与所述驱动轴柔性连接，所述连接轴的轴线与所述驱动轴的轴线重合；

17、叶片盘，所述叶片盘套设在所述连接轴上，所述叶片盘用于安装所述导流件；

18、其中，所述第二导流壳体与所述第二排气壳体之间具有环形间隔，所述叶片盘的外周侧延伸至所述环形间隔中。

19、可选地，上述的安装组件还包括：

20、转动轴承，所述转动轴承设置在所述叶片盘靠近或远离所述驱动轴的一侧，所述转动轴承的内侧与所述连接轴相连，所述转动轴承的外侧与所述第二导流壳体连接；

21、锁紧结构，所述锁紧结构套设在所述连接轴上，且所述锁紧结构设置在所述叶片盘远离所述转动轴承的一侧。

22、一种发动机，包括发电机和上述的风冷散热系统；所述风冷散热系统设置在所述发电机的侧面。

23、本发明提供的技术方案，具有如下优点：

24、1.本实施例提供一种风冷散热系统，包括：导流结构和驱动转子结构，导流结构设置在发电机驱动轴的轴向所对应的侧边，通过螺钉将导流结构固定在发电机的外壳上，导流结构内置有一个导流通道和容置空间，发电机的外壳上开设有缝隙和孔洞，该导流通道的右端贴合至发电机的侧面壳体上，且容置空间朝向远离发电机的方向凹陷设置，即容置空间为一个向左凹陷的锥状空间，驱动轴的左侧延伸至容置空间内。驱动转子结构包括有导流件和安装组件，导流件为风扇，安装组件也安装在容置空间内，安装组件的右端与驱动轴的左端相连接；导流件套设在安装组件的右端，且导流件的工位区域位于导流通道内。

25、当发电机工作时，驱动轴的高速转动会通过安装组件带动导流件高速旋转，导流件转动以驱动导流通道内的空气流动，冷却气流在导流件叶片盘的高速旋转下，由发电机外壳右侧进入，经过发电机外壳的缝隙或开孔位置进入发电机内部带走热量，进入到导流通道内部，并被导流件叶片做功后排出到外界。本方案通过风扇叶片盘的高速旋转强制气流流通，使发电机中的热空气排出，同时吸入冷空气来进行冷却，同时得益于导流件的高转速特性，导流件单位千克重量可实现0.2kg/s以上的连续冷却气流流量，相对于现有方案减重不小于50％，冷却效果明显，可在发热量较大的动力系统中应用。且本方案冷却介质为空气，通过流路设计可同时对发电机的外壳和内部进行冷却，有效降低发电机内部和转子的温度，实现单位兆瓦功率发电机内部温升不大于10℃，提升发电机的使用限制；并可完全避免漏液导致的动力系统电路故障或损坏。

26、2.第一排气壳体右端的圈口与第一导流壳体左端的圈口对应设置，第二排气壳体右端的开口与第二导流壳体的左端的圈口对应设置，整流器设置在排气组件的右端，具体的，整流器的外侧通过螺栓固定在第一排气壳体的右端，整流器的内侧通过螺栓固定在第二排气壳体的右端，然后将安装完成的排气组件整体安装至导流组件上，具体的，第一排气壳体的左端内壁开设有安装槽，第一排气壳体可以直接插接在安装槽内，优选为整流器的外侧右端插设在安装槽内，并通过螺栓固定在第一导流壳体的左端，整流器的内侧右端通过螺栓固定在第二导流壳体的右端。整流器与导流组件的第一导流壳体配合固定，用于对驱动转子结构的导流件盘输送过来的气流进行整流，减小涡流的产生，从而降低排气损失和提高导流件的流通效率。第二排气壳体能够防止在整流器后形成排气低速区，进一步降低排气损失。排气组件的形状一般根据发电机的动力舱或安装环境进行适应性调整，外形的设计灵活多样，其主要作用是将冷却风扇中的热气排出到动力舱或安装环境外部，起到引导排气气流的作用。

27、3.第一间隙包括从靠近发电机至远离发电机方向依次相连的第一导流段、第二导流段和第三导流段，第二导流段设置在第一导流段和第三导流段之间，第二导流段的两端分别和第一导流段和第三导流段相连接，第一导流段纵向截面所形成的环形截面的环宽大于第三导流段纵向截面所形成的环形截面的环宽，且从靠近发电机至远离发电机方向，所述第二导流段的径向截面所形成的圆环环宽逐渐减小。通过上述设置，利用第一导流段覆盖发电机的侧面，使得气流能够对发电机的内部进行充分散热，以及热气流能够完全进入到导流通道内，再通过第二导流段和第三导流段的变化，减小整个风冷散热系统的体积，能够适用于紧密型的发电机。

28、4.连接轴通过联轴器、膜片联轴节或浮动轴等的柔性连接结构与发电机的驱动轴进行柔性连接，柔性连接结构可有效避免冷却风扇转子和电机转子之间的相互振动。转动轴承一般采用单支点或多支点的高速脂润滑轴承来支撑整个驱动转子结构，高速脂润滑轴承转速可达20000rpm以上，可适配导流件的高转速需求，且在保证驱动转子结构高转速的情况下，不需要额外的滑油系统来进行轴承的润滑和冷却，转子支撑结构简单可靠，成本和结构复杂度降低。叶片盘一般通过花键或过盈配合与连接轴进行配合或传扭，并通过锁紧结构与连接轴紧固为一体，锁紧结构可选择轴用自锁螺母或普通螺母加锁片结构。本方案采用独立的驱动在转子结构，与发电机之间采用柔性连接结构，避免了冷却风扇与动力系统转子系统之间的相互共振影响，冷却风扇的能量输入直接来源于发电机的机械能，相比于采用低速电机风扇散热方案的“机械能－电能－机械能”的能量利用方式效率高。