[发明专利]风力发电机定子绕组的强迫循环蒸发冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机的蒸发冷却装置。

背景技术

随着可再生能源的研究和利用受到越来越多的关注，风力发电技术的发展突飞猛进。目前，单机容量增大已经成为当今风电技术的发展趋势，容量增大，对其冷却系统提出更高的要求。目前运行的风力发电机普遍采用的冷却方式主要有两种：风冷和液体冷却。

自然风冷和强制风冷都属于风冷方式，自然风冷一般是指利用自然风对电机进行冷却，这种方式一般要在电机机壳外部加工大面积的散热片，加工较为复杂，且自然风的风压和风量不能调节。强制风冷通过在风力发电机内部设置风扇，对电机内部各部件强制吹风冷却。

这两种风冷方式结构简单，初投资和运行的费用较低。但是这种冷却方式主要靠空气的比热吸热带走热量，冷却效率较低，而且其冷却效果受到气温等外界因素影响较大，冷却效果差，这限制了其在大容量电机上的发展。

液体冷却一般采用的冷却介质为水，与风冷相比，冷却效率大大提高。但是一旦冷却水泄漏往往引起短路，造成重大损失，这是水冷机组安全运行中的一个重大隐患。另外，鉴于风力发电机特殊的运行环境，冬季要承受零下40℃的严寒，因此应用在风力发电机的冷却水还必须加入防冻剂，而这种防冻剂对钢铁有腐蚀性。所以水冷机组的冷却通道必须采用特殊金属加工，或者进行防腐处理。

我国自主研发的蒸发冷却技术，利用蒸发冷却介质汽化吸热的原理来冷却电机。与传统的冷却方式相比，有着独特的优势。蒸发冷却技术利用汽化潜热吸热，冷却效率高，冷却均匀全面。采用高绝缘、沸点合适、不燃不爆、安全、稳定、无毒环保的蒸发冷却介质，保证了电机的安全稳定运行。其中，内冷式蒸发冷却技术已经成功地应用在了水轮发电机上，也即将可能应用于汽轮发电机上。但应用在风力发电机的蒸发冷却装置，既不同于汽轮发电机的卧式蒸发冷却系统，也不同于水轮发电机的立式蒸发冷却系统。因为风力发电机独特的“塔筒效应”，风力发电机的前端高于后端，机身向上倾斜3～5°。相应的，风力发电机的内冷式蒸发冷却系统也向上倾斜3～5°。中国专利200710177555.3“内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构”就是针对这种独特结构提出的一种定子结构，其采用内部充有蒸发冷却介质的封闭的自循环冷却系统。这种定子结构的特点是利用风力发电机本身的结构倾角提供循环动力，实现定子绕组冷却系统的无泵自循环。但由于没有泵，而风力发电机本身的结构倾角只有3～5°，系统可用的循环动力很小，所以每一个循环支路的长度有限。另一方面自循环系统的循环流动方向只能是沿倾斜支路自低向高单一方向，所以整个系统的并联循环支路数量很多，因此就需要大量的绝缘接头，每一个接头都需要满足严格的密封要求。这样就给机组的制造、安装和维护带来很大的工作量，增加了成本，还降低了机组运行的可靠性。而且由于循环动力不可调，当多个循环支路并联时，可能会出现严重的流量分配不均等现象，使并联时的不稳定性加剧。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机定子绕组的强迫循环蒸发冷却装置。

本发明风力发电机定子绕组的强迫循环蒸发冷却装置采用管道内冷式蒸发冷却技术。本发明蒸发冷却装置中，定子绕组空心导线、集气管、冷凝器、回液管、外集液管、循环泵、内集液管顺次连接，最后再连接到所述的定子绕组空心导线，构成蒸发冷却回路。上述各个部件之间通过绝缘接头和连接管道连接。蒸发冷却回路中注入液体蒸发冷却介质。本发明的特征是在蒸发冷却回路中装有强迫蒸发冷却介质循环的循环泵。风力发电机定子绕组为空心导线，或采用实心导线与空心导线的组合，空心导线为冷却介质提供通道。多根空心导线串联构成一个循环支路，多个循环支路并联后和一个冷凝器、循环泵构成一个蒸发冷却回路。多个蒸发冷却回路并联构成整个风机发电机的蒸发冷却系统。

风力发电机运行时，电机发热，热量传递给蒸发冷却回路中的液体蒸发冷却介质，液体介质受热温度升高。当介质温度达到对应压力下的饱和温度时，液体介质蒸发汽化，并在循环泵的驱动下沿循环支路流动，经由集气管汇总进入冷凝器的冷却空间，与二次冷却介质进行热交换，冷凝后蒸发冷却介质液化流入回液管。本发明在循环泵的入口和出口处分别安装有外集液管和内集液管。循环泵的入口端与外集液管相连，循环泵通过外集液管并联多根回液管。循环泵的出口端与内集液管相连，由空心导线串联成的每个循环支路的两个引出端经过绝缘接头、连接管道，分别与内集液管和集气管相连接。