CN102290923B - 一种海底电机冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深海大功率电机的冷却方法及装置，其特征在于：它包括一个由电机外壳和换热管组成的换热器。换热管内海水与电机外壳内的流体介质(油或水)进行热交换带走热量，外壳内流体介质对电机进行冷却；所述换热管内的海水是流动的；所述海水流动是靠与电机同轴、浸在海水中的泵实现的；所述方法实现装置包括：电机外壳、换热管、安装在电机前端盖上的泵室，通过键与输出端连接的输出轴，安装在泵室内的叶轮，安装在泵室上的前端盖，其特征在于：所述电机外壳为双层外壳，所述换热管一端通过外壳上的开口与海水相通，一端通过外壳上的开口通过连接管、泵室前端盖与叶轮入口相通；所述泵室的出口直接与海水相通，所述叶轮通过键直接安装在电机轴上。本发明结构简单、换热效率高，可靠性高，可以充分利用现有电机进行改造，因此，可以有效解决深海大功率电机的冷却问题，满足长寿命与热稳定性的要求。

Description

一种海底电机冷却方法

技术领域

本发明涉及的是一种海底电机冷却方法，特别是一种适合于深水大功率电机的冷却方法及装置。

背景技术

随着我国海洋经济的不断发展，海洋勘探与开发能力不断提高，特别是深海采矿和深海石油勘探开发，对于能够在3000m深海环境下工作的大功率电机的需求越来越明显地体现出来。然而，深海工作环境对大功率海底电机的长寿命与热稳定性提出了更高的要求。电机的内热交换，直接影响着电机的寿命与性能。传统的风冷和利用冷却介质循环将机壳热量带走的方式在海底受到了限制，而仅靠海水自然对流对大功率电机冷却已远远不能适应电机发展对绕组温升设计的要求，迫切需要一种新的冷却方法来解决深海大功率电机的冷却问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却能力不受海水深度影响，能形成海水强制对流的一种海底电机高效冷却方法及装置。

本发明的目的是这样实现的：

它包双层电机外壳，安装在电机外壳两层间的换热管，与电机外壳前端盖相连的泵室，安装在泵室上的前端盖，开在泵室上的泵出口，开在泵前端盖上的泵进口，通过键与装置输出轴连接的电机输出轴，安装在电机轴上的叶轮，设置在泵室与电机前端盖之间的O形圈。

本发明的工作原理为：电机外壳两层间充满传热性能好的液体介质(油或水)，外壳内层薄壁由导热性能好的材料制作，容易将电机内热导出；作为承压壳，外层壁由强度高的材料制作。电机外壳两层间同时安装流动海水的换热管。这样电机外壳和其内的换热管构成了管壳式换热器。壳程内为热流体(油或水)，管程内为冷流体海水。为提高换热器内的换热效果，换热管一端通过开在电机壳体外层壁的开口与海水相通，一端通过开在泵室端盖上的泵入口与泵室相通，通过泵送作用实现海水在换热管内的强制流动，这样新鲜海水不断流过换热管，带走电机产生的热量，提高电机冷却效率。

海水泵送作用原理如下：

离心叶轮在泵室内旋转时，液体在叶片旋转离心力作用下由泵出口甩出，同时叶轮入口中心处形成低压，从而在换热管与海水相通的一端与叶轮入口中间产生了压差，海水在这个压差的作用下不断的经过换热管和泵进口流进叶轮，这样在叶轮旋转的过程中，一面不断的从海水中经换热管吸入液体，一面又不断将吸入的海水排出到海底。由于该泵室浸入海水中，泵的出口和进水管的入口都与海水相通，不存在静压差，使得换热管内流体的循环速度不受水深的影响。同时由于泵内外压力都等于海水静压力，泵工作时内外压差很小且不随海水深度改变而变化，所以对泵室的设计要求不高。由于叶轮位于泵室内，提供的能量只是克服海水在换热管内流动的阻力，所以叶轮消耗能量不会对电机的效率有很大影响，相反因为冷却效果好，电机在相对低温下运行，电机转子和定子的铜损降低，电机的效率得到相应的提高。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明由于电机外壳为双层结构，其外层承压壳厚度可以相对厚些，材料选择可以只考虑承压能力需要而不考虑散热性能，内层可以采用导热性能好的材料而不必考虑承压的要求，使内层的热阻最小，加速电机内热交换自然对流换热的过程、提高换热效率。

2、本发明由于在电机外壳内外层间增加了换热管，增加了换热面积，提高换热效率，电机温升可以得到最大程度的降低。

3、本发明由于增加了与电机同轴的叶轮，实现了强制对流换热，给电机换热流体提供了最大限度的冷却效果，使电机具有更长的运行寿命和热稳定性。

4、本发明由于泵的进、出口都与海水相通，泵进出口不存在静压差，叶轮消耗能量不高，且冷却能力不随水深变化。

5、本发明由于泵室浸入海水中、泵的进、出口都与海水相通，泵工作时内外压差很小且不随海水深度的改变而变化，所以对泵室强度和密封要求不高。

6、由于本发明特殊的壳体设计，对于现有电机可以直接进行壳体改造，而不必考虑压力补偿等。

本发明结构简单、换热效率高，可靠性高，可以充分利用现有电机进行改造，因此，可以有效解决深海大功率电机的冷却问题，满足长寿命与热稳定性的要求。

附图说明

附图是实现本发明的结构示意图。

1为电机壳体外层壁、2为换热管、3为电机壳体内层壁、4为电机外壳前端盖、5为泵室、6为电机输出轴、7为叶轮。

具体实施方式

参见附图，一种深海大功率电机的冷却方法及装置，包括冷却装置中的电机壳体外层壁1、换热管2、电机壳体内层壁3、电机外壳前端盖4、泵室5、电机输出轴6、叶轮7等零部件组成。电机壳体内外两层间充满传入性能好的流体介质，换热管一端通过开在电机壳体外层壁的开口a与海水相通，一端通过开在电机壳体外层壁的开口b由辅助管线通过泵室前端盖上开口与泵入口c相通，泵室上的开口d与海水相通。电机工作时带动泵室内的叶轮旋转，泵室内的海水通过开口d排出，泵入口端通过换热管不断将海水吸入到泵内，实现海水通过泵送作用在换热管内的流动。

上述实施例仅用于说明本发明，其中换热管的形式、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种深海大功率电机的冷却方法，其特征在于，其实现装置包括：双层电机外壳，安装在电机外壳两层间的换热管，与电机外壳前端盖相连的泵室，安装在泵室上的泵室前端盖，开在泵室上的泵出口，开在泵室前端盖上的泵入口，通过键与装置输出轴连接的电机输出轴，安装在电机轴上的叶轮；换热管一端通过开在电机壳体外层壁的开口与海水相通，另一端通过开在泵室前端盖上的泵入口与泵室相通，泵室出口与海水相通；所述双层电机外壳的外层承压壳厚度相对厚且材料选择承压能力强的材料，内层采用导热性能好的材料；

所述方法包括：电机工作时带动泵室内的叶轮旋转，泵室内的海水通过泵出口排出，泵入口端通过换热管不断将海水吸入到泵室内，实现海水通过泵送作用在换热管内的流动；换热管内海水与电机外壳内的流体介质进行热交换带走热量，降低电机外壳内流体介质的温度，外壳内流体介质对电机进行冷却。