[发明专利]用于冷却发电机的转子的方法

说明书

本发明涉及一种用于水力发电机(1)的液体冷却方法，该水力发电机通过转子(2)中的初级冷却液回路来冷却所述转子的绕组(4)，其中，由回路中所产生的离心力来保持冷却液。通过次级冷却液(9)来排出热能，该次级冷却液一次性地、竖直地流过系统。根据本发明，这种热交换通过在转子中心随同旋转的热交换器(6)来进行。本发明还涉及一种用于执行这种方法的装置。

技术领域

本发明涉及一种用于水力发电机的液体冷却方法，该水力发电机设计为带有转子和定子的同步电机，在转子处具有由极绕组形成的极。

背景技术

由于太阳能和风能参与到电网中，对生产电的电网供应商的要求发生改变。由于高的易变性(所述易变性是由于电网中的这些技术而产生的)，现有的生产者、例如具有大落差的水力发电站要求大量的启-停循环和负载变化。

困难在于设计非常大的、快速运转的水力发电机。因为出于不同原因存在针对最大转子质量的极限，最大可实现功率取决于冷却效率。因此，此类转子在大多数情况下配备有液体冷却系统/水冷系统。例如在EP 0 461 905A2中公开了一种具有液体冷却的转子。

水冷式的水力发电机基于非常小的换气损失而更好地适用于空转运行和产生无功功率，此时换气损失消耗大部分的驱动功率。

当机组持久地转动时，可以减小机械负载循环的数量以及轴承和制动器的损耗。

然而与简单的空气冷却相比，对转子绕组的常见的水冷是更加高耗费且昂贵的。

通常，在已知的液体冷却系统中，将冷却介质引导到机器内部(转子或热源)与机器外部(冷却器或热阱)之间的回路中，这首先在将流入液体和流出液体连接至转子空心轴时通入复杂的结构中。在此，通过转子空心轴的上端来供应和排出冷却液，其中需要用于循环冷却液体的泵。这些复杂的结构进而在发电站运行中导致高的维护耗费。

这样的根据现有技术的转子绕组水冷例如几十年来在奥地利蒂罗尔州郝斯林市用于抽水蓄能式发电站。在图1或图2中展示了这种根据现有技术的供水头。

在DE 10 2013 214 082 A1中公开了一种用于船舶的吊舱电力驱动装置。在此，DE10 2013 214 082 A1公开了一种用于冷却具有转子绕组的转子的方法，该转子被定子围绕。在该转子中设置有用于初级液体的闭合的冷却回路，其中将该初级液体供应给随同旋转的热交换器。在此通过运行中产生的离心力来输送初级液体。转子空心轴由次级液体流过，所述初级液体借助于随同旋转的热交换器将由转子绕组吸收的热量输出至所述次级液体。

此外，从现有技术已知用制冷剂冷却的转子。在此，在转子中设置制冷剂-蒸发-冷凝回路，其然后在冷凝器侧将废热输出至例如水。示例性地，在GB880262中描述了这样的实施方式。GB989698描述了类似的构造，其中在此，对定子进行冷却并且用于输出热量的热交换器/冷凝器布置在电动机的外部。在这两个实施方式中，对制冷剂进行蒸发和冷凝。作为这些方法的优点应指出的是制冷剂相对于冷却剂的较高热容量，所述热容量通过从液态到气态的相变来实现。在此类方法中理论上还可能的是，在没有额外的泵/压缩机的情况下根据热虹吸原理来运行所述方法或利用离心力通过喷嘴来喷射制冷剂(GB989698)。

基于水力发电机中的物理和化学前提以及对环保和防火的要求，制冷剂的选择也是困难的。这种方法的不利之处还在于制冷剂回路在空心的绕组导轨的电化学耐受性方面易受干扰、对线路的气密性的保证等。与此相关联的生产或维护耗费可能是巨大的，因此在实践中没有建立这样的系统。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于冷却快速运转的水力发电机的转子的方法，该方法将液体冷却或制冷剂冷却的效率与空气冷却方法的简便性和低维护性统一起来。