CN101183808B - 内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构 - Google Patents
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Abstract
一种内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构，电机定子采用空心导线，或实心导线并在定子槽内加装空心冷却铜棒(311)，空心定子导线(或空心冷却铜棒)内的冷却通道与绝缘接头(202)、集气环管(204)、集液环管(201)、高于定子导线的空气冷凝器(206)构成密闭的冷却通道，冷却通道内注入液体蒸发冷却介质。电机运行时，电机的发热传给液体蒸发冷却介质，液体蒸发冷却介质温度随之升高，当介质温度达到对应压力下的饱和温度时，液体蒸发冷却介质汽化，相变吸热，形成气体，介质气体沿冷却通道斜向向上上升进入空气冷凝器206，在空气冷凝器206中与外部自然风进行热交换，冷凝后液化，重新回到定子空心导线或冷却铜棒的冷却通道，进行下一次循环。
Description
技术领域
本发明涉及一种兆瓦级及以上级大型直驱式、半直驱式风力发电机定子结构，尤其是内冷式自循环蒸发冷却直驱式、半直驱式风力发电机。
背景技术
风力发电是可再生能源利用中最成熟的技术，在当今世界能源危机日益严重的情况下，风力发电得到很大的重视，风力发电技术发展非常迅速。风力发电是通过风轮在风力的作用下旋转，把风能转变为风轮的机械能，带动发电机发电。大型直驱式风力发电机结构示意图如图1所示，其主要由被风力推动旋转产生动力的叶轮10，转子跟随叶轮转动进行发电的发电机本体20和将叶轮和发电机本体安置于高空起支撑作用的塔架30构成。
目前，普遍采用的风力发电机功率已超过MW级，最大以达到5MW以上。风力发电机运行时，不可避免地要产生损耗，主要有铁心损耗、绕组损耗、机械损耗等，这些损耗最终绝大部分变成热量，使电机的各部分温度升高。因此，为了保证风力发电机的长期安全运行必须对电机进行有效的冷却。目前运行的风力发电机普遍采用强制风冷与液体冷却的冷却方式。
强制风冷是指通过在风力发电机内部设置风扇，对电机内各部件进行强制鼓风从而达到冷却的效果。风冷系统结构简单、初投资和运行费用都较低、利于管理和维护。然而其制冷效果受气温影响较大，制冷量小，同时，由于机舱要保持通风，导致风沙和潮气侵蚀电机部件，对电机工作可靠性和电机工作寿命带来不利影响。另外，由于冷却能力较低，一般只应用于750kW以下功率的风力发电机。
对于功率较大的风力发电机，为了使电机正常工作，必须及时将电机产生的大量热量带走，保证电机的正常工作温度，目前多采用液体冷却方式进行冷却。液体冷却系统的基本结构为，在电机的主要发热部件(定子、控制变频器等)部位，设置密闭的冷却通路，用冷却泵使液体冷却介质不断流过冷却通路，液体冷却介质在电机发热部位吸收热量，然后，流到外部散热器中将热量散出。液体冷却介质主要为水，水的导热系数大约是空气的20倍，利用水作为冷却介质，冷却效果会大大提高。其冷却效果大大优于风冷。
但风力发电机现有的冷却方法有其自身无法克服的缺点：
i强制风冷：增加了电机的通风系统，风摩损耗大，电机效率低；冷却不均匀，由于冷却通路的关系，定子铁心、绕组等结构部件不能得到均匀冷却；冷却效率低，使得电机的功率密度降低、体积重量增大；噪音大，电机密闭性能差，容易受外部灰尘和潮气的侵蚀，降低电机使用寿命。
ii液体冷却：风力发电机工作于离地面几十米甚至上百米高的塔架上，冬天要经受最低零下40℃的严寒。液体冷却的介质主要为水，为防止水结冰必须加入防冻剂。这种防冻介质对钢铁具有较强的腐蚀性，因此，电机的冷却通道必须采用防腐的不锈钢或其他材料，或进行繁琐的防腐处理。这些都大大增加了大型风力发电机的加工难度，增加了造价，另外，长期运行，由于水的不断渗透，极易造成电机定子的短路，风力发电机的安全性和可靠性受到了严重的挑战。
蒸发冷却技术是利用蒸发冷却介质液体汽化吸热的原理来冷却电机的，是一种高效的冷却方式，与传统冷却方式相比汽化潜热大、所需流量小、温差小、冷却均匀全面。蒸发冷却介质具有高绝缘性、不燃不爆、并且对电机材料无任何腐蚀作用，可以对电机发热部位，如电机导线、铁心进行直接冷却，迅速可靠，保证了电机的安全运行。中国专利200510086794.9“一种风力发电机定子”是采用浸泡式蒸发冷却风力发电机的定子结构，即电机定子部件全部浸泡在蒸发冷却介质中进行冷却，这种冷却方式较为适合直径较小的电机。对于直径较大的电机，采用浸泡式蒸发冷却结构，其密封的可靠性将变差，同时，需用大量的冷却介质，大大增加电机成本。直驱式、半直驱式风力发电机的定子直径一般都超过2米，不适合采用浸泡式蒸发冷却结构。
发明内容
本发明的目的是克服传统风冷方式冷却效率低，水冷方式需要防冻的缺点，针对大型直驱式、半直驱式风力发电，提出一种采用蒸发冷却技术的内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构。本发明充分利用了大型风力发电机的自身特有的结构特点，实现自循环蒸发冷却。
本发明采用以下技术方案：
本发明采用管道内冷式蒸发冷却技术，电机定子采用空心导线，或采用实心导线并在定子槽内加装空心冷却铜棒，其冷却通道与绝缘接头、集气环管、集液环管、以及安装位置高于所连接电机定子导线的空气冷凝器构成密闭的冷却通道，在冷却通道内注入液体蒸发冷却介质，电机运行时，电机的发热传给液体蒸发冷却介质，液体蒸发冷却介质温度随之升高，当介质温度达到对应压力下的饱和温度时，液体蒸发冷却介质汽化，相变吸热，形成气体，介质气体沿冷却通道斜向向上上升进入空气冷凝器，在空气冷凝器中，与外部自然风进行热交换，冷凝后液化，重新回到定子空心导线，或空心冷却铜棒的冷却通道，进行下一次循环，形成无外动力定子内冷式蒸发冷却自循环。
大型风力发电机为防止叶片在旋转时和其支撑的塔架发生碰撞，要求叶片与塔架之间保证有足够的安全距离，设计时将叶轮上仰3～5度，与叶轮相连的风力发电机机身也纵向上倾3～5度，前高后低。电机定子槽内的空心导线也前高后低，当空心导线内蒸发冷却介质受热变为气体时，由于介质气体密度较小，气体将上升，从电机前端通过集气环管进入空气冷凝器，然后冷凝为液体从电机后端经集液环管进入空心导线形成循环。电机的前高后低，提供了蒸发冷却冷却系统自循环的动力，实现了自循环冷却。
本发明主要包括定子空心导线、空心冷却铜棒、绝缘接头、集气环管、集液环管、空气冷凝器等部件，可以采用定子空心导线或空心冷却铜棒两种结构方式：
1、定子空心导线的结构方式：定子空心导线为铜质中空导线，外截面为方形，中间开圆孔，导线外部加以绝缘。按照电机定子绕组设计要求，定子空心导线沿圆周均匀固定于电机定子铁心的定子槽内。空心导线铜质截面为电流通道截面，通过电流。空心导线中空截面为冷却通道截面，流动蒸发冷却介质。导线两端，按照电机绕组接线要求，与其他定子槽内的定子空心导线之间焊接铜线进行电连接，形成电机端部。空心导体的两端有冷却通道接嘴，通过绝缘接头和外部形成密封冷却通道。电机工作时，发电机产生的电流通过电机槽内的空心导线，产生热量，此热量由空心导线的中空冷却通道内流动的蒸发冷却介质带走。从而保证电机的工作温度保持在绝缘允许范围以内。另外，电机定子铁心在电机工作时的磁滞损耗产生的热量，也能通过定子空心导线传导一部分到蒸发冷却介质，实现对电机铁心的部分冷却。
2、空心冷却铜棒的结构方式：本发明采用的空心冷却铜棒，用于定子采用实心导线时电机的冷却。其结构和定子空心导线相似，为铜质中空，外截面为方形，中间开圆孔。中空截面为冷却通道截面，流动蒸发冷却介质。两端有冷却通道接嘴，通过绝缘接头和外部形成密封冷却通道。空心冷却铜棒在安装时，安装在实心导体中间，其两侧面和实心导线通过绝缘层紧密接触以利于热量传导。电机工作时，电机槽内实心导线产生的热量透过绝缘层传导给空心冷却铜棒，然后通过空心冷却铜棒内的蒸发冷却介质相变带出。
本发明用的绝缘接头为高强度绝缘材料制成，其尾端通过绝缘软管与集气环管或集液环管连接，其前端和中空导线上焊接的冷却通道接嘴密闭连接，将电机定子槽内每条空心导线的冷却介质通道与外部的集气环管和集液环管连接并密封，实现电液分离。绝缘接头根据定子槽内空心导线数量，设计不同的接头数。
本发明的集气环管为大直径钢制空心圆环管，按照电机功率的大小其管道的直径取φ100——φ200mm，功率越大，管径越粗。集气环管固定于定子铁心的前端。按照定子空心导线的数目，在集气环管上沿圆周在相应位置焊接接头，固定并密封绝缘软管，通过绝缘软管另一端的绝缘接头和每根空心导线的冷却通道连接。集气环管顶部通过管道与蒸发冷却空气冷凝器的进气口连接，定子铁心槽内的空心导线冷却通道的蒸发冷却介质受热产生的介质气体，进入集气环管中，通过集气环管上升，进入上部的空气冷凝器，通过冷凝器，将热量传出。
本发明中的集液环管为一钢制空心环管，直径取φ50mm，集液环管固定于定子铁心的后端。按照定子空心导线的数目，在集液环管上沿圆周在相应位置焊接接头，固定并密封绝缘软管，通过绝缘软管另一端的绝缘接头和每根空心导线的冷却通道连接。集液环管顶部通过管道与蒸发冷却空气冷凝器的回液口连接，空气冷凝器中通过与外部空气交换热量冷凝下来的介质，顺集液环管下流，平均分配给每个定子槽中的定子空心导线，进行下一个冷却循环，集液环管的底部开设进液阀，用于加入和排出蒸发冷却介质。
本发明中的空气冷凝器是专为蒸发冷却方式设计的板翅式或管翅式冷凝器。空气冷凝器的二次冷却采用强制风冷却方式，该方式可以有两个途径实现：一个是外部附加风扇实现，这需要消耗一部分动力，增加一部分维护工作量；另一种情况是，在条件允许的情况下，将空气冷凝器放置于发电机组的机舱外最顶端迎风面，利用自然风作为二次冷却风源。这充分利用风力发电机工作时的外部条件，即外部风力较大时，冷凝器冷却能力也较大，正好风力发电机发电功率也较大，发电机发热量也较大。外部风力小时，冷凝器冷却能力较小，正好风力发电机发电功率也较小，发电机发热量也较小。外部风力可以得到充分的利用，空气冷凝器顶部安装排气阀用于排出冷却通道内的空气和发生故障时减小蒸发冷却系统压力。
本发明所用的蒸发冷却介质是高绝缘、不燃不爆、沸点合适、物化性能稳定、满足环保要求的蒸发冷却介质，如F1a、4310、3000等。由于风力发电机处于露天环境，夏天外界环境温度会达到45℃，风力发电机在太阳暴晒下，自身温度可达50℃以上，选用的介质在常温下的沸点为70℃左右，这样可以保证风力发电机蒸发冷却系统具有较强的冷却能力。
相对于风冷而言，本发明蒸发冷却介质沸腾时的沸腾换热系数要比单相流体的对流换热系数高出几倍甚至几十倍；相对于水冷而言，由于蒸发冷却介质的强绝缘性，定子绕组等发热部件可以从内部通过蒸发冷却介质，冷却均匀、全面、迅速，不会出现局部过热。同时，蒸发冷却介质的冰点远远低于零下45℃，没有冬天防冻的问题。自循环蒸发冷却完全不用冷却泵，可以实现免维护运行。
本发明的上述优点，使其在风力发电机领域，特别是大型永磁直驱式、半直驱式风力发电机领域具有很宽广的应用前景。
附图说明
图1为大型直驱式风力发电机结构示意图，图中：10叶轮，20发电机本体，30塔架；
图2a是内冷式蒸发冷却风力发电机的冷却结构示意图，图中：201集液环管，202绝缘接头，203空心导线，204集气环管，205进气管，206空气冷凝器，207定子壳体，209定子铁心，210回液管；
图2b为空心导线接头局部放大，图中：204集气环管，202绝缘接头，203空心导线，209定子铁心，213冷却液通道；
图3a定子结构示意图，图中：31铁心槽截面，203空心导线，209定子铁心；
图3b定子结构剖面示意图，为图3a中A-A剖面的右视图，图中：31铁心槽截面；
图3c定子铁心槽截面图示意图之一，图中：203空心导线，213空心导线冷却液通道，313空心导线绝缘材料，314槽锲；
图3d定子铁心槽截面图示意图之二，331空心冷却铜棒，332空心冷却铜棒冷却液通道，333实心导线，334实心导线绝缘材料；
图3e定子空心导线结构示意图；213空心导线冷却液通道，341冷却通道接嘴；
图4集气环管剖面图，41绝缘接头接口，42进气管接口；
图5绝缘接头结构示意图；51环管接口，52导线接口；
图6电机冷却系统分组示意图。图中分为三组，每个虚线框内为一个分系统；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为风力发电机结构示意图，如图1所示，风力发电机主要由三部分组成：风轮10，风力发电机本体20，塔架30。风力发电机本体20固定于塔架30之上，其转子在风轮10的带动下旋转，转子与定子通过电磁感应，将转子旋转的机械能转变为电能，从定子绕组接线端输出电流。由于风力发电机塔架30和叶轮10桨叶间力学结构的要求，风力发电机叶轮10通常上仰3-5度，从而使得叶轮10连接的风力发电机本体20同样上仰3-5度，利用这一结构特点，本发明可以实现无动力自循环内冷式蒸发冷却。
本发明主要包括定子空心导线203、空心冷却铜棒331、定子铁心209、绝缘接头202、集气环管204、集液环管201、进气管205、空气冷凝器206等部件。
定子铁心209、定子槽、空心导线203结构如图3a、图3b所示，定子铁心209为硅钢片迭压而成，定子铁心209内圆面为齿、槽结构，沿内圆圆周为交替的定子齿和定子槽，空心导线203固定在定子槽内，其截面如图3c所示。空心导线的结构如图3e所示，空心导线为方铜管，在电机定子槽内部分的截面为方形，中间有圆形孔为冷却液通道213，两端有冷却通道接嘴341与外界连接。空心导线203之间及空心导线203与定子铁心209之间有绝缘材料313相隔，空心导线203在定子槽口由槽锲314固定。
图4为集气环管204剖面示意图，集气环管204固定于定子前端。集气环管204的直径与定子铁心209槽部位置的直径基本一致，对应于每一槽都开设一个进气管接口202，集气环管204通过绝缘接头202和定子槽内的空心导线203内冷却通道213导通，绝缘接头202的环管接口51与集气环管204的绝缘接头接口41连接，绝缘接头202的导线接口52与空心导线203的冷却通道接嘴341连接，形成密闭的冷却通道，通过进气管接口42经进气管205与空气冷凝器206连接。
集液环管201与集气环管204结构类似，安装于电机定子后端。其顶部经回液管210与空气冷凝器206连接，然后经绝缘接头202与定子槽内的空心导线203后端冷却通道接嘴连接，其作用为将空气冷凝器206中冷却后的液体冷却介质流回到空心导线203的冷却通道内，进行下一次循环。
图5为绝缘接头202的结构示意图，绝缘接头202由高强度绝缘材料制成，安装于定子空心导线203与集气环管204之间，或安装于定子空心导线203与集液环管之间，其作用为连接冷却通道，并且使定子导线上的电流不能流到金属的集气环管204或集液环管201上，起到隔离电流与冷却液的作用。本发明的绝缘接头202的环管接口51通过绝缘软管与集气环管204或集液环管201连接，绝缘接头202的导线接口52和空心导线203上的冷却通道接嘴341密闭连接，将电机定子槽内每条空心导线203的冷却介质通道与集气环管204和集液环管201连接并密封，实现电液分离。绝缘接头202的数量决定于定子槽内空心导体数量。图5中环管接口51连接集气环管204(或集液环管201)，导线接口52连接多根定子空心导线203。
本发明的空气冷凝器206为专门用于蒸发冷却的板翅式或管翅式冷凝器。冷却介质气体通过进气管进入空气冷凝器206，在冷凝器206中通过翅片与外部二次冷却风(自然风或风扇产生)交换热量，冷凝为液体，再通过回液管210流入空心导体203进行下一次循环。
本发明针对不同的定子导线有如下两种实施方式：
(1)空心导线自循环蒸发冷却
如图2a、b所示，风力发电机定子空心导线203沿圆周均匀固定于定子铁心209的定子槽内。定子空心导线203为铜质中空导线，外截面为方形，中心开圆孔，导线外部加以绝缘。空心导线203铜质部分为电流通道，通过电流。空心导线203中心孔道为冷却通道，流动蒸发冷却介质。空心导线203的冷却通道前端通过绝缘接头202和固定于电机定子前端的集气环管204连接、空心导线203的冷却通道后端通过绝缘接头202和固定于电机定子后端的集液环管201连接，集气环管204通过进气管205与固定于定子壳体207顶端的空气冷凝器206连接，空气冷凝器206进风面面向前方，利用外部自然风作为二次冷却介质，在空气冷凝206内对蒸发冷却介质气体冷凝，实现对电机冷却。空气冷凝器206通过回液管210与集液环管201连接，各连接端密封，由此形成风力发电机定子导体内冷式蒸发冷却系统密闭冷却通道。从集液环管201下部的进液阀向这一密闭冷却通道内注入液体蒸发冷却介质，介质液位高度以注满集液环管201最高点为准，此时，电机定子空心导线203内中孔冷却通道中充满了蒸发冷却液体介质。
当外部风力加大，叶轮转动时，风力发电机开始工作，电机定子绕组产生电流，输出电能，同时产生电磁损耗，电机开始发热，电机槽内空心导线203温度开始上升。空心导线203中间冷却通道213内的蒸发冷却液体介质，吸收电机的发热，温度上升，当其温度达到蒸发温度时，继续吸热使部分介质变为蒸汽，由于气体密度较小，这些气体将顺着冷却通道213上升。因为风力发电机上仰3-5度，电机定子在水平方向倾斜3-5度放置，电机定子前端较后端高，因此，蒸发冷却介质蒸汽将沿着空心导线203中孔冷却通道213，斜向向上通过绝缘接头202进入前端的集气环管204，然后在集气环管204内继续向上，通过进气管205，进入空气冷凝器206，在空气冷凝器206中，蒸发冷却介质气体的热量被外部强大的自然风带走，重新冷凝，变为液体，顺出液管210流下，进入电机定子后端的集液环管201，再经另一端的绝缘接头202从后端进入空心导线203中孔冷却通道213，进行下一次循环，如此循环往复，实现电机的冷却。
这种冷却方式适用于功率较大、定子绕组匝数较少的风力发电机。
(2)实心导线自循环蒸发冷却
当定子绕组采用实心导线333时，也可以实现自循环蒸发冷却。其基本原理图和图2类似，只是图2中的空心导线由空心冷却铜棒代替。图3d为定子采用实心导线的自循环蒸发冷却电机的定子槽截面图，图3d所示，置于定子槽中间的一竖排空心冷却铜棒331的结构和图3e所示的空心导线类似，为铜质中空，中间开圆孔，中心孔道为冷却通道，冷却通道流动蒸发冷却介质。只是由于电机容量的不同，空心冷却铜棒331中间冷却通道332的直径不同。定子槽中空心冷却铜棒331两边紧密排列着构成电机绕组的实心导线333，每根实心导线333的外表面包裹有绝缘层334，实心导线333的其中一面通过绝缘层334与冷却铜棒331紧密接触，以利于传热。空心冷却铜棒331通过绝缘接头202和集气环管204、集液环管201、出气管、排液管、空气冷凝器206等构成密闭的冷却通道，在冷却通道内充入蒸发冷却液体介质，保证空心冷却铜棒的冷却通道332中充满介质。
电机工作时，电机的发热，热量通过实心导线333和空心冷却铜棒331接触的表面传递给空心冷却铜棒331，空心冷却铜棒的冷却通道332内部的蒸发冷却介质，吸收热量，温度上升，产生蒸发冷却介质气体，气体沿空心冷却铜棒331的冷却通道332中孔斜向向上上升，进入电机定子前端的集气环管204，然后在集气环管204内继续向上，通过进气管，进入空气冷凝器206，在空气冷凝器206中，蒸发冷却介质气体的热量被外部强大的自然风带走，重新冷凝，变为液体，顺出渡管流下，进入电机定子后端的集液环管201，再从后端进入空心冷却铜棒331的冷却通道332中，进行下一次循环，如此循环往复，实现电机的冷却。
这种冷却方式适用于定子绕组匝数较多的风力发电机。
以上两种方法形成的自循环蒸发冷却系统，都能随着外部环境的变化自我调节。当外部风力较弱时，电机发电功率较小，发热也较少，冷却介质蒸发量较小，需要的冷凝器冷凝能力也较小，而此时冷凝器冷凝能力也较小。当外部风力较强时，电机发电功率较大，发热量较大，冷却介质蒸发量较大，需要的冷凝器冷凝能力也较大，而此时由于外部风力增大，冷凝器冷凝能力也大幅度增加。充分利用了风能资源。
以上两种方法，在电机功率太大，电机的发热量很大时，如果用单一空气冷凝器，冷凝器的体积重量很大，安装在电机顶部会带来一些问题。这时可以把电机冷却系统分成几个单独系统，电机的空气冷凝器也相应分为几个，安装于电机定子外壳圆周方向高于所冷却导线的位置，如图6所示。图中分为三组，每组的空气冷凝器和其相应的(虚线圈定)定子槽内导体组成一个自循环蒸发冷却系统，和上述方法的区别只是各自的集气环管和集液环管不再是整个的圆环管，而只用相应的长度的圆弧管即可。
Claims (5)
1.一种内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构，包括定子铁心(209)、定子槽和定子导线，其特征在于还包括集气环管(204)、进气管(205)、集液环管(201)和空气冷凝器(206)；定子采用空心导线(203)或实心导线加空心冷却铜棒(202)结构；空心导线(203)为铜质中空导线，外截面为方形，中心开圆孔，外部加以绝缘；空心导线(203)的铜质部分为电流通道，中心孔道为冷却通道，冷却通道流动蒸发冷却介质；定子铁心(209)内圆面为齿、槽结构，沿内圆圆周为交替的定子齿和定子槽，空心导线(203)固定在定子槽内，在定子槽口由槽锲(314)固定；空心导线(203)之间及空心导线(203)与定子铁心(209)之间有绝缘材料(313)相隔；集气环管(204)固定于电机定子前端；集气环管(204)的直径与定子铁心(209)槽部位置的直径一致，集气环管(204)通过绝缘接头(202)和定子槽内的空心导线(203)内冷却通道导通，形成密闭的冷却通道，通过进气管接口(42)经进气管(205)与空气冷凝器(206)连接；绝缘接头(202)安装于定子空心导线(203)与集气环管(204)之间，或安装于定子空心导线(203)与集液环管(201)之间；绝缘接头(202)的尾端通过绝缘软管与集气环管(204)或集液环管(201)连接，其前端和空心导线(203)上的冷却通道接嘴密闭连接，将电机定子槽内每条空心导线(203)的冷却通道与集气环管(204)和集液环管(201)连接并密封。
2.根据权利要求1所述的内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构，其特征在于定子导线采用空心导线时，空心导线(203)沿圆周均匀固定于定子铁心(209)的定子槽内；空心导线(203)的冷却通道前端通过绝缘接头(202)和固定于定子前端的集气环管(204)连接、空心导线(203)的冷却通道后端通过绝缘接头(202)和固定于电机定子后端的集液环管(201)连接，集气环管(204)通过进气管(205)与固定于定子壳体(207)顶端的空气冷凝器(206)连接，空气冷凝器(206)进风面面向前方，利用外部自然风作为二次冷却介质，在空气冷凝器(206)内对蒸发冷却介质气体冷凝，实现对电机冷却；空气冷凝器(206)通过回液管(210)与集液环管(201)连接，各连接端密封，由此形成风力发电机定子导体内冷式蒸发冷却系统密闭冷却通道。
3.根据权利要求1所述的内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构，其特征在于定子绕组采用实心导线(333)时，空心冷却铜棒(331)置于定子槽中间，定子槽中空心冷却铜棒(331)两边紧密排列实心导线(333)，每根实心导线(333)的外表面包裹有绝缘层(334)，实心导线(333)的一面通过绝缘层(334)与冷却铜棒(331)紧密接触；空心冷却铜棒(331)通过绝缘接头(202)和集气环管(204)、集液环管(201)、出气管、排液管、空气冷凝器器(206)构成密闭的冷却通道。
4.根据权利要求1所述的内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构，其特征在于空气冷凝器(206)放置于发电机组的机舱外最顶端迎风面。
5.根据权利要求1所述的内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构，其特征在于风力发电机的电机冷却系统分成几个单独系统时，空气冷凝器(206)也相应分为几个；空气冷凝器(206)安装于电机定子外壳圆周方向高于所冷却定子导线的位置，每个空气冷凝器(206)和其相应的定子槽内定子导线组成一个自循环蒸发冷却系统。
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| CN102497049A (zh) * | 2011-11-28 | 2012-06-13 | 中国科学院电工研究所 | 一种定子蒸发冷却装置 |
| CN102896763B (zh) * | 2012-10-12 | 2015-10-28 | 华南理工大学 | 叶片挤出机进料口冷却方法及装置 |
| CN102904402B (zh) * | 2012-10-22 | 2016-12-21 | 王秋安 | 一种多方式输出的风力发电机 |
| CN102904401B (zh) * | 2012-10-22 | 2017-02-08 | 王秋安 | 一种风力发电机 |
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| CN108566053A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-09-21 | 常州市奥华机电制造有限公司 | 一种铜扁线电枢的焊接装置 |
| CN111106683A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-05 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0849862A2 (de) * | 1996-12-19 | 1998-06-24 | Asea Brown Boveri AG | Gasgekühlte elektrische Maschine |
| CN1416201A (zh) * | 2001-10-31 | 2003-05-07 | 中国科学院电工研究所 | 汽轮发电机定子全浸式蒸发冷却自循环回路 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0849862A2 (de) * | 1996-12-19 | 1998-06-24 | Asea Brown Boveri AG | Gasgekühlte elektrische Maschine |
| CN1416201A (zh) * | 2001-10-31 | 2003-05-07 | 中国科学院电工研究所 | 汽轮发电机定子全浸式蒸发冷却自循环回路 |
| CN1416202A (zh) * | 2001-10-31 | 2003-05-07 | 中国科学院电工研究所 | 水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置 |
| CN1960126A (zh) * | 2005-11-04 | 2007-05-09 | 中国科学院电工研究所 | 一种蒸发冷却风力发电机定子 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 田新东等.自循环蒸发冷却技术在水轮发电机上的应用.水力发电 4.2001,(4),32-34. |
| 田新东等.自循环蒸发冷却技术在水轮发电机上的应用.水力发电 4.2001,(4),32-34. * |
| 阮琳等.蒸发冷却技术的发展进步及现存技术难点.电气时代 7.2001,(7),31-33. |
| 阮琳等.蒸发冷却技术的发展进步及现存技术难点.电气时代 7.2001,(7),31-33. * |
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