一种磁极绕组强化散热结构、转子及水轮发电机

专利2025-04-24  8


本发明涉及发电机,具体涉及一种磁极绕组强化散热结构、转子及水轮发电机。


背景技术:

1、高转速水轮发电机的转子,每极容量远高于常规机组,转子单位体积热负荷也比常规机组相应值偏大,转子绕组散热问题日渐突出。若对转子冷却重视程度不够,转子温升过高带来的机械、绝缘等诸多问题就会凸显。因此,研究更高效的转子冷却技术有利于解决大容量、高转速的水轮发电机转子散热需求。

2、目前主流的转子磁极绕组冷却方式包括:自循环对称径向风路冷却、强迫风冷冷却和空内冷冷却等。

3、其中,自循环对称径向风路冷却通过转子提供压头,然而高转速水轮发电机受制于材料及结构强度,其转子为细长结构,难以为电机风路提供足够压头,进而难以满足磁极绕组的散热需求。

4、其中,强迫风冷冷却通过设置风机增加系统循环风量,能够提高电机的散热能力,但是风机的引入降低了整个系统的可靠性、增加了系统维护复杂度。而且,采用强迫风冷的水轮发电机在运行中会产生较大的噪音,影响现场人员身心健康。

5、其中,空内冷冷却通过内设流道增加散热面积,该冷却方式可一定程度提高散热效果,相较于传统磁极绕组单边冷却方式更加高效,但该冷却方式也增加了磁极绕组结构设计难度,导致维护成本增高。此外,空内冷冷却下气隙流动更加复杂,难以保证磁极绕组温升的均匀。

6、综上,上述冷却方式难以满足高转速水轮发电机的转子散热需求。


技术实现思路

1、因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的转子磁极绕组冷却方式无法满足高转速水轮发电机的转子散热需求的缺陷,从而提供一种磁极绕组强化散热结构、转子及水轮发电机。

2、为了解决上述技术问题,本发明提供一种磁极绕组强化散热结构,包括:热管,所述热管内适于设置制冷剂,所述热管具有相互连通的蒸发段和冷凝段,所述蒸发段适于设置在磁极绕组的发热区域,所述冷凝段连接在所述蒸发段的靠近转子旋转中心的一端。

3、可选地,所述蒸发段具有呈竖直设置的吸热板,所述吸热板上具有间隔设置的若干水平通过孔。

4、可选地,所述热管具有沿转子轴向方向并列设置的若干个。

5、可选地,所述冷凝段具有若干呈水平排布的散热管,相邻两根所述散热管之间具有间隙。

6、可选地,所述热管具有对称设置的两组。

7、可选地,还包括:挡风件,设置在两组对称设置的所述热管之间,所述挡风件具有设置在所述热管的冷凝段背风侧的板结构。

8、可选地,所述板结构之间具有用于露出所述热管的冷凝段的间隔。

9、本发明提供一种转子,包括:转子磁轭、磁极和缠绕在所述磁极上的磁极绕组;上述方案中任一项所述的磁极绕组强化散热结构,设置在相邻两个所述磁极绕组之间。

10、可选地,所述磁极绕组至少具有朝向内侧延伸的散热翅,至少部分所述散热翅伸入所述热管的蒸发段吸热板的水平通过孔内。

11、可选地,所述磁轭上具有若干朝向所述热管的冷凝段的气流通道,若干所述气流通道沿转子的转轴方向间隔设置。

12、本发明提供一种水轮发电机,包括:定子和设置在所述定子内的上述方案中任一项所述的转子。

13、本发明技术方案,具有如下优点:

14、1.本发明提供的磁极绕组强化散热结构,通过热管的蒸发段吸收磁极绕组的热量,通过冷凝段释放该热量,从而利用热管内的制冷剂强化对磁极绕组的散热;其中由于所述冷凝段连接在蒸发段的靠近转子旋转中心的一端,在使用时,在转子离心力的作用下,可促使液态的制冷剂从冷凝段朝向蒸发段流动,而蒸发段的气态制冷剂则被挤压至冷凝段,从而实现热管内制冷剂的自循环。

15、2.本发明提供的磁极绕组强化散热结构,通过挡风件的设置,对冷却风进行阻挡,可增加热管的冷凝段与冷风的接触面积的均匀性,使冷凝段内的制冷剂能够更加均匀地进行散热和冷凝,从而提高换热效率。

16、3.本发明提供的转子,与上述磁极绕组强化散热结构配合,在磁极绕组上设置散热翅,部分散热翅通过插入热管的蒸发段之间,从而增强磁极绕组与热管蒸发段之间的换热;在磁轭上设置气流通道,通过该气流通道朝向热管的冷凝段输送冷却风,从而加快冷凝段内的制冷剂的散热冷凝,从而提高热管的换热效率;同时,该气流通道还与挡风件配合,装配后,通过所述挡风件阻挡在气流通道的出口,避免该气流通道导出的冷风直接被排除,使更多的冷风能够与热管的冷凝段接触,从而提高对热管的冷凝段进行散热的效率。

17、4.本发明提供的水轮发电机,采用上述转子,因此其转子具有更大的散热效率,能够满足对转子的散热需求。



技术特征:

1.一种磁极绕组强化散热结构,其特征在于,包括:热管(1),所述热管(1)内适于设置制冷剂,所述热管(1)具有相互连通的蒸发段(2)和冷凝段(3),所述蒸发段(2)适于设置在磁极绕组(11)的发热区域,所述冷凝段(3)连接在所述蒸发段(2)的靠近转子旋转中心的一端。

2.根据权利要求1所述的磁极绕组强化散热结构,其特征在于,所述蒸发段(2)具有呈竖直设置的吸热板,所述吸热板上具有间隔设置的若干水平通过孔(4)。

3.根据权利要求1所述的磁极绕组强化散热结构,其特征在于,所述热管具有沿转子轴向方向并列设置的若干个。

4.根据权利要求1所述的磁极绕组强化散热结构,其特征在于,所述冷凝段(3)具有若干呈水平排布的散热管(1),相邻两根所述散热管(1)之间具有间隙。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的磁极绕组强化散热结构,其特征在于,所述热管(1)具有对称设置的两组。

6.根据权利要求5所述的磁极绕组强化散热结构,其特征在于,还包括:挡风件(6),设置在两组对称设置的所述热管(1)之间,所述挡风件(6)具有设置在所述热管(1)的冷凝段(3)背风侧的板结构(7)。

7.根据权利要求6所述的磁极绕组强化散热结构,其特征在于,所述板结构(7)之间具有用于露出所述热管(1)的冷凝段(3)的开口(8)。

8.一种转子,其特征在于,包括:转子磁轭(9)、磁极(10)和缠绕在所述磁极(10)上的磁极绕组(11);权利要求1-7中任一项所述的磁极绕组强化散热结构,设置在相邻两个所述磁极绕组(11)之间。

9.根据权利要求8所述的转子,其特征在于,所述磁极绕组(11)至少具有朝向内侧延伸的散热翅(12),至少部分所述散热翅(12)伸入所述热管(1)的蒸发段(2)吸热板的水平通过孔(4)内。

10.根据权利要求8所述的转子,其特征在于,所述磁轭上具有若干朝向所述热管(1)的冷凝段(3)的气流通道(13),若干所述气流通道(13)沿转子的转轴方向间隔设置。

11.一种水轮发电机,其特征在于,包括:定子和设置在所述定子内的权利要求8-10中任一项所述的转子。


技术总结
本发明提供一种磁极绕组强化散热结构、转子及水轮发电机,属于发电机技术领域,其中,磁极绕组强化散热结构包括:热管,所述热管内适于设置制冷剂,所述热管具有相互连通的蒸发段和冷凝段,所述蒸发段适于设置在磁极绕组的发热区域,所述冷凝段连接在所述蒸发段的靠近转子旋转中心的一端;本发明的磁极绕组强化散热结构,通过热管的蒸发段吸收磁极绕组的热量,通过冷凝段释放该热量,从而利用热管内的制冷剂强化对磁极绕组的散热;其中由于所述冷凝段连接在蒸发段的靠近转子旋转中心的一端,在使用时,在转子离心力的作用下,可促使液态的制冷剂从冷凝段朝向蒸发段流动,而蒸发段的气态制冷剂则被挤压至冷凝段,从而实现热管内制冷剂的自循环。

技术研发人员:阮琳,丁艺伟
受保护的技术使用者:中国科学院电工研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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