CN101235729B - 涡轮机内电气设备的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮机(10)电气或电子设备(12)的冷却装置，诸如可变几何部件执行机构的控制单元，所述冷却装置包括至少一个涡流管(14)，所述涡流管带有一个连接到输送来自涡轮机设备(16)的增压空气的装置的输入端(18)，还包括一个连接到电气设备(12)的冷却装置(50)上的冷空气输出端(24)。

Description

涡轮机内电气设备的冷却装置
技术领域
本发明涉及一种涡轮机内电气或电子设备的冷却装置。
背景技术
涡轮机内装有一定数量的电气或电子设备，诸如各种可变几何部件执行机构的控制单元，这些设备会产生大量的热量，需要排出，以便保持电气设备以及位于所述设备附近的一些涡轮机部件可以接受的温度范围。
已知的冷却装置一般包括冷却液体-诸如滑油、燃油或空气的循环装置，它们通常都比较庞大，而且使用复杂。此外，这些装置也会带来泄漏的风险，需要定期维护保养，而且这种作业耗费时间，成本高。
发明专利内容
本发明的一个具体目的就是提供一种针对上述问题的解决方法，这种方法有效，而且成本低。
为此，本发明提供了一种可在涡轮机内对电气设备进行冷却的装置，该装置包括至少一个涡流管，其输入口连接到增压空气输送装置，以及一个冷空气输出端连接到需冷却电气设备的装置上，所述装置的特征在于：涡流管通过热交换器来向其输送增压空气，热交换器带有一个辅助管路，通过电气设备冷却装置的输出口或者涡流管的热空气输出口向其输送冷却液体。
按照已知方式，涡流管，又称兰克管，使用涡流效应以中等温度来生成从压缩空气流中形成的冷气流和热气流。入口处空气被切向注入到与涡流管相连接的腔室内，以便生成快速回旋流，被导向涡流管的一端，该端上装有一个锥形输出阀门。一部分空气经由所述阀门从涡流管流出，而另一部分空气则折回到所述阀门上，然后按与被输入空气内回旋运动相反方向沿涡流管向前流动，同时向所述空气释放热量，最后经涡流管的相反一端流出。
本发明的冷却装置带有一个或多个涡流管，输入通过相应装置从涡轮机压缩机或从环形管道采集的增压空气，环形管道用来流通辅助空气流，诸如涡轮机的风扇管道。每个涡流管的冷空气输出端接到与冷却设备相连的热交换器上，或者接到将控制注入电气设备的系统内，用于冷却。
涡流管制作和使用简单，能够采用本地已有的气源来生成冷空气。向涡流管输入的空气可在几个巴的压力下进行(一般在5巴到10巴的范围内)，它们可在比输入空气温度低大约50℃的温度下生成冷空气。此外，涡流管成本不高，性能可靠，使用寿命相当长，而且不需要专门维护保养，因为它们没有涉及任何活动部件。
冷却装置可以包括一个带有主管路的热交换器，其输入端接到吸收空气装置的输出端，而主管路的输出端则接到涡流管的输入端，另外，热交换器还包括至少一个辅助管路，用来输入冷却液。
电气设备冷却用的至少一部分空气可以注入到热交换器的辅助管路，从而协助冷却来自涡轮机的空气。同样，来自涡流管的热空气输出端的空气被注入到热交换器的辅助管路，如果其温度低于来自涡轮机的空气的温度时，协助对吸入的空气进行冷却。为此，热交换器可以带有两个用于冷却空气的辅助管路，一个是由冷却电气设备的装置的输出端，另一个是涡流管输出的热空气。
涡流管可以是双管路形式的，在这种情况下，涡流管包括一个二次输入管，连接到增压空气输送装置，采用这种布置，可以达到双倍效率。
另外，还可以使用多个涡流管，它们可以串行或并行联接，用来冷却电气或电子设备。
本发明还提供了一种涡轮机，其特征在于：它包括了如上所述的电气或电子设备冷却装置。
下面结合示例，并参考附图，阅读如下说明，可以更好地理解本发明及其其它详细情况、性能、特性和优点，但本发明并不仅限于所给示例，附图如下：
附图说明
图1为本发明的涡轮机电气设备冷却装置示意图；
图2为本发明的冷却装置涡流管轴向剖面示意图；
图3为图2的剖面图，沿图2的III-III线剖开。
具体实施方式
图1是一个冷却涡轮机10内电气或电子设备12的本发明的冷却装置的示意图，所述装置包括一个涡流管14或兰克管，输入的空气是来自涡轮机部件16的增压空气，所述部件16是由-例如-风扇管道、低压或高压压缩机，或涡轮机副齿轮箱带动的小型辅助压缩机。
涡流管14的输入端18向涡流管两端之间形成的腔室20打开，涡流管的其中一个端部为热空气输出端22，而另一端为冷空气输出端24。涡流管的工作原理已为人们所熟知，将在下面结合图2和图3详细介绍。
在所示示例中，冷却装置又进一步包括一个热交换器30，该热交换器包括一个或多个级，由一个主管路组成，主管路的输入端32输入来自涡轮机部件16的空气，而其输出端36则通过管道38接到涡流管14的输入端18上。
输入的空气在热交换器30内通过自然对流(也可通过散射)而得到冷却，和/或通过与热交换器30内的辅助管路31中流动的冷却液进行热交换而得到冷却。
热交换器30可以选择性地包括另一个冷却液辅助管路，其输入端40通过管道42连接到用于冷却电气设备的热交换器50的输出端，热交换器30的辅助管路的输出端44放弃的空气可以用于涡轮机的冷却部件。
同样，涡流管14的热空气输出端22通过管道46连接到热交换器30的另一个辅助管路的输入端34上。
涡流管的冷空气输出端24接到热交换器50上或者接到与电气设备12相联的空气喷气系统上，这种电气部件可以是-例如-电子单元，用来控制涡轮机的可变几何部件。
冷却装置还可以包括安装在32或38处的增压空气滤清器装置，用于限制涡流管磨损，从而延长其使用寿命。
本发明的冷却装置是按照下述方式工作的：即来自设备16的增压空气流过热交换器30的主管路，从而与在辅助管路31内流动的冷却液进行热交换而得到冷却，同样也可以与热交换器30的辅助管路40-44内流动的空气进行热交换而得到冷却，而且也可以同来自涡流管经由输出端22输送的热空气进行热交换而得到冷却。从热交换器30出来的经过冷却的空气被切向输入到位于涡流管第一端24附近的涡流管的腔室20内(见图2)。该腔室20通常呈圆柱形，可以使被注入的空气移动，并在涡流管内形成一个快速回旋流52，该回旋流流向涡流管的第二端22(箭头54)。回旋流的外围的空气相对较热，而回旋流的内围的空气则相对较冷。
在涡流管的第二端部22内安装有截头锥型控制阀56，该阀与涡流管的内表面相互配合，形成了环形空气输出管道，供回旋流外周围的空气，即热空气使用(箭头58)。回旋流的中央部分折回到阀门56并形成了第二回旋流60，第二回旋流在以与第一回旋流52相反的方向流动(箭头62)，同时向其释放热量，直到到达涡流管的第一端24(箭头64)。
涡流管可以是双管路式，在这种情况下，正如所属领域的人员所熟知的那样，其第二空气输入端在其端部22与腔室20相反，用于改善涡流管的效能。在所给示例中，涡流管轴线上的孔口66是通过控制阀56来形成的，可以连接到空气输入装置(箭头68)，该空气-例如-与注入到腔室20内的空气温度相同，但压力却低于腔室20内的空气压力。
在本发明的具体实施方案中，来自设备16的并流过热交换器30的空气流量为每分钟2833升，该空气的压力为6.3巴，温度为200℃。输送到热交换器30的辅助管路31的冷却液为温度90℃的空气，它可以使得输送到涡流管14的增压空气的温度降低到100℃。热交换器50的冷空气输入流量为1840L/min，所述空气的温度在输入到热交换器50时为57℃，而从热交换器输出时的温度大约为80℃-90℃，所述空气通过管道42被最终注入到热交换器的辅助管路中。
可以将多个涡流管14以串行和并行方式进行连接，从而可以冷却一台或多台电气或电子设备。所述某个或每个涡流管的尺寸取决于涡流管输出端冷空气的流量和温度，其流量和温度是根据所冷却的设备类型来确定的。

Claims (9)

1.一种涡轮机(10)内电气设备(12)的冷却装置，所述装置包括至少一个涡流管(14)，该涡流管的输入端(18)连接到增压空气输送装置(16)上，还包括涡流管的冷空气输出端(24)，连接到热交换器50上，所述冷却装置的特征在于：涡流管(14)通过热交换器(30)的主管路与增压空气供给装置连接，所述热交换器(30)由热交换器50的输出端经第一辅助管路提供冷却液，并由涡流管的热空气输出端经第二辅助管路提供冷却液。
2.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于：增压空气输送装置(16)包括从环形管道输入空气装置，所述空气装置用于冷却空气流动或涡轮机(10)的流动。
3.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于：增压空气输送装置(16)包括从涡轮机压气机输入空气。
4.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于：增压空气输送装置(16)包括涡轮机辅助齿轮箱带动的辅助压缩机。
5.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于：涡流管(14)的输入空气压力为5-10巴。
6.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于：涡流管(14)冷空气输出端输出的冷空气的温度比增压空气的温度低50℃。
7.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于：涡流管(14)为双管路型，包括连接到增压空气输送装置上的第二输入端(66)。
8.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括多个串行或并行连接的涡流管。
9.一种涡轮机，其特征在于：它包括一种根据权利要求1所述的电气设备冷却装置。
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