CN103545986A - 一种屏蔽电机定子腔冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种屏蔽电机定子腔冷却结构，包括设置在屏蔽电机定子铁芯（4）两端的密闭空腔内的冷却水管（1），所述冷却水管（1）与屏蔽电机定子筒体外壁的冷却水夹套相连通。本发明能有效带出电机定子两端密闭空腔内积聚的热量，改善电机定子内腔的温度分布，还能在断电停泵或二次冷却水断失条件下，利用电机定子冷却水夹套与定子内腔的温度差产生流体自然循环流动，从而带走定子内腔的部分热量，避免电机定子内腔温度超过绝缘的允许温度导致屏蔽电机失效的状况，提高屏蔽电机定子绕组线圈的可靠性，保障核能装置的安全稳定运行。

Description

一种屏蔽电机定子腔冷却结构

技术领域

本发明涉及屏蔽电机技术领域，尤其涉及一种屏蔽电机定子腔冷却结构。

背景技术

在核能技术领域，核能装置高温高压全密封结构的屏蔽泵采用了全密封式的结构用以承受高温高压的一回路介质，其电机部分与水力部件连成一个整体处于全密封主泵压力边界之内的液体之中。

为了避免电机的定子铁芯和绕组线圈与反应堆冷却剂液体接触而造成电机故障，现在主要采用将薄壁不锈钢屏蔽套6装入电机定子铁芯4内壁、并在屏蔽套6两端进行密封焊接的手段，以实现密封隔离。但采用这种定子腔体密闭的结构后，对电机定子的散热较为不利，因此，为了冷却密闭的、散热效果不好的电机定子内腔，通常在电机定子筒体外壁设置夹套层，并利用二次冷却水通过电机定子筒体外壁的传热带走定子内腔体热量进行冷却。

但这种通过电机筒体外壁二次冷却水冷却的方法散热效果并不理想，由于定子内腔两个端部的腔体内的空气传热效果相对较差，导致电机定子两个端部内腔的绕组线圈处于相对较高的温度环境下，尤其在断电停泵以及二次冷却水断失的情况下，密闭在电机定子内腔的热量不能导出，容易造成电机定子内腔温度超过绝缘的允许温度，最终导致屏蔽电机失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其能有效带出电机定子两端密闭空腔内积聚的热量，改善电机定子内腔的温度分布，还能在断电停泵或二次冷却水断失条件下，利用电机定子冷却水夹套与定子内腔的温度差产生流体自然循环流动，从而带走定子内腔的部分热量，避免电机定子内腔温度超过绝缘的允许温度导致屏蔽电机失效的状况，提高屏蔽电机定子绕组线圈的可靠性，保障核能装置的安全稳定运行。

为实现上述目的，本发明的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，包括设置在屏蔽电机定子铁芯两端的密闭空腔内的冷却水管，冷却水管与屏蔽电机定子筒体外壁的冷却水夹套相连通。现有技术中，为冷却密闭的电机定子内腔，通常采用在电机定子筒体外壁设置夹套层，利用二次冷却水通过电机定子筒体外壁的传热带走定子内腔体热量的方式进行冷却。作为本领域的技术人员，由于该设备对于电机定子内腔的密封要求非常高，一旦打开电机定子密闭内腔后未进行良好密封，电机的定子铁芯和绕组线圈就会与渗入的反应堆冷却剂液体接触而造成电机故障，因此设计规范和常识均要求外部冷却。因此，在设计电机定子冷却结构时，本领域技术人员一般不会考虑到打开电机定子密闭内腔并在该内腔中设计冷却结构。但是发明人发现上述通过电机筒体外壁二次冷却水冷却的方法散热效果并不理想，无法有效对定子内腔两个端部的腔体内的空气进行有效散热；尤其是在断电停泵以及二次冷却水断失的情况下，根本无法对定子内腔进行散热，电机定子内腔温度非常容易超过绝缘的允许温度，最终导致屏蔽电机失效。因此，本方案突破了传统的仅在电机定子筒体外壁设置冷却装置的思维，克服了在密闭的定子内腔中无法设置冷却结构的技术偏见，在定子铁芯的两个端部的密闭腔体内设置了冷却水管，两个端部的冷却水管分别与屏蔽电机定子筒体外壁的冷却水夹套相通，在电机定子筒体内形成冷却水流入流出的回路：一方面，在屏蔽电机正常运行时，该冷却水流入流出回路能够利用冷却水夹套流动的二次冷却水有效带出电机定子两端积聚的热量，改善电机定子内腔的温度分布；另一方面，尤为重要的，在断电停泵或二次冷却水断失条件下，又能够利用电机定子冷却水夹套与定子内腔的温度差产生流体自然循环流动，从而带走定子内腔的部分热量，避免了电机定子内腔温度超过绝缘的允许温度最终导致屏蔽电机失效的状况。此外，冷却水管与冷却水夹套连通时，连接处管壁密封连接；电机定子筒体开口处的冷却水管外壁也与电机定子筒体开口孔的四周密封连接，避免冷却水液体进入定子内腔，也满足了电机定子内腔密封的要求。本方案通过在定子内腔中设置冷却结构，除能有效降低定子内腔两端的温度外，更为重要地，还提供了一种断电停泵以及二次冷却水断失的情况下对电机定子内腔进行冷却的方法，并且同时满足了定子内腔密封和内部冷却的要求，具有突出的特点。

作为优选，上述冷却水管环形设置在屏蔽电机定子铁芯两端的密闭空腔内，环面平行于定子铁芯端面，采用环形冷却水管在密闭空腔内绕一圈，可以使得二次冷却水在密闭空腔内流经的距离更长，能更多地带走密闭空腔内的热量，而且同时还能使得密闭空腔中的热量分布更加均匀。

进一步，为了使环形冷却水管与冷却水夹套的连接更合理和方便，上述冷却水管与冷却水夹套通过连接管连通，连接管与冷却水管和冷却水夹套的管壁均密封连接，连接管还与电机定子筒体开口孔的四周也密封连接，满足定子内腔密闭要求，避免冷却水液体进入定子内腔。

优选的，上述冷却水管截面为圆形或正六边形；冷却水管数量至少为2根，屏蔽电机定子铁芯两端的密闭空腔内各至少设置一根。

作为本发明的进一步改进，上述屏蔽电机定子腔冷却结构还包括垂直于定子铁芯端面的导水管，上述导水管穿过定子铁芯，两端分别与屏蔽电机定子铁芯两端的密闭空腔内的冷却水管相连通。本方案中，屏蔽电机定子铁芯两端的密闭空腔内的冷却水管还可以利用穿过电机定子中段铁芯的导水管连通，形成二次冷却水从定子铁芯一端的冷却水管流入、从另一端的冷却水管流出的回路。

为减小对定子铁芯筒体的电磁设计影响，作为优选，上述导水管数量为4个，均匀分布在定子铁芯外径边沿上；导水管截面为圆形或椭圆形。

进一步，上述连接管数量至少为两根，位于冷却水管圆环面的同一侧，采用该方案，上述定子铁芯两端的冷却水管可以不采用上述导水管连接，即定子铁芯两端的冷却水管不相互连通，各自形成二次冷却水流入与流出的回路。本方案中，两根连接管位于冷却水管圆环面的同一侧，使得二次冷却水经其中一根连接管进入冷却水管，并沿冷却水管圆环在密闭空腔内流一圈后从另一根连接管流出，流回冷却水夹套。

进一步，上述连接管数量至少为两根，分别位于冷却水管圆环面上相对的两侧。本方案中，两端的冷却水管也不相互连通，两根连接管位于冷却水管圆环面的相反侧，使得二次冷却水经其中一根连接管进入冷却水管，并沿冷却水管的两个半圆环在密闭空腔内流半圈后，从圆环面另一侧的连接管流出，流回冷却水夹套。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明突破了传统的仅在电机定子筒体外壁设置冷却装置的思维，在定子铁芯的两个端部的密闭腔体内设置了与电机定子筒体外壁的冷却水夹套连通冷却水管，并对电机定子筒体开口处进行了密封设计，避免冷却水液体进入定子内腔，既满足了定子内腔的密封要求，又实现了内部冷却。

2、本发明的内部冷却结构使得在屏蔽电机正常运行时，二次冷却水流经冷却水管，能有效带出电机定子两端密闭空腔内积聚的热量，改善电机定子内腔的温度分布； 

3、本发明还能在断电停泵或二次冷却水断失条件下，利用电机定子冷却水夹套与定子内腔的温度差产生流体自然循环流动，从而带走定子内腔的部分热量，避免了电机定子内腔温度超过绝缘的允许温度最终导致屏蔽电机失效的状况，保障核能装置的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明的屏蔽电机定子腔冷却结构示意图；

图2为定子铁芯端面冷却水管结构的结构示意图；

图3为实施例3的结构示意图；

图4为实施例4的结构示意图。

图例说明：1、冷却水管； 2、连接管； 3、导水管；  4、定子铁芯；   5、绕组线圈；6、屏蔽套。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

【实施例1】

如图1所示，在现有技术中为解决密封的定子内腔的散热问题，主要采用在电机定子筒体外壁设置冷却水夹套的方式，利用二次冷却水通过与电机定子筒体外壁的传热带走定子内腔体热量进行冷却。针对该种冷却方式效果不佳的问题，在此方案基础上，本实施例提供一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其在屏蔽电机定子铁芯4两端的密闭空腔内均设置有冷却水管1，该冷却水管1与屏蔽电机定子筒体外壁的冷却水夹套相连通。本实施例在电机定子筒体内设置冷却结构，形成冷却水流入流出的回路，能有效带出电机定子两端密闭空腔内积聚的热量。根据密闭空腔内的空间大小，冷却水管1可以设置有多根，冷却水管1也可以采用任意的截面形状。此外，定子铁芯4两端的冷却水管1可以根据实际需要选择连通或不连通。

【实施例2】

如图1和图2所示，本实施例在实施例1的基础上做出了进一步改进，本实施例中的冷却水管1数量为2根，屏蔽电机定子铁芯4两端的密闭空腔内各设置一根，冷却水管1环形设置在屏蔽电机定子铁芯4两端的密闭空腔内，环面平行于定子铁芯4端面，冷却水管1与冷却水夹套通过连接管2连通，连接管2与冷却水管1和冷却水夹套的管壁密封连接，防止冷却水进入密闭的定子腔。其中冷却水管1截面为圆形。实际应用中，如果密闭空腔内的空间较大，两端的密闭空腔内均可设置多根冷却水管1，以增强散热冷却的作用；冷却水管1截面也可以为其他任意规则或不规则的形状，如正六边形、正八边形、梯形等等。本实施例中冷却水管1采用环形结构在密闭空腔内绕一圈，可以使得二次冷却水在密闭空腔内流经的距离更长，能更多地带走密闭空腔内的热量，而且同时还能使得密闭空腔中的热量分布更加均匀。

【实施例3】

如图3所示，在实施例2的基础上，本实施例中的上述连接管2数量为两根，位于冷却水管1圆环面的同一侧。定子铁芯4两端的冷却水管1各自形成二次冷却水流入与流出的回路。由于两根连接管2位于冷却水管1圆环面的同一侧，使得二次冷却水经其中一根连接管2进入冷却水管1，并沿冷却水管1在密闭空腔内流一圈后从另一根连接管2流出，流回冷却水夹套。

【实施例4】

如图4所示，本实施例与实施例4的基本相同，区别仅在于两根连接管2分别位于冷却水管1的圆环面上相对的两侧，二次冷却水经其中一根连接管2进入冷却水管1，并沿冷却水管1的两个半圆环在密闭空腔内流半圈后，从圆环面另一侧的连接管2流出，流回冷却水夹套。

【实施例5】

在上述实施例基础上，本实施例中的屏蔽电机定子腔冷却结构，其定子铁芯4两个端部的密闭腔体内的冷却水管1利用穿过电机定子铁芯4外径边沿的4个导水管3连通，4个导水管3为圆形直管，均匀分布在定子铁芯4外径边沿上。导水管3采用这种分布方式对定子铁芯4的筒体的电磁设计影响较小，因此可以在对屏蔽电机的工作产生最小影响的情况下，在定子铁芯4两端的密闭腔体内设计冷却结构散热。在具体结构设计中可以利用冷却水夹套内定子铁芯段散热片等结构形成的流动阻力来合理进行冷却水管1与冷却水夹套的二次冷却水回路的流量分配。实际应用中，为减小对定子铁芯筒体的电磁设计影响，导水管3应设置尽量小的管径和数量，因此具体应用时，上述导水管3数量、管径和分布位置可根据所需冷却水流通面积来设定。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，包括设置在屏蔽电机定子铁芯（4）两端的密闭空腔内的冷却水管（1），所述冷却水管（1）与屏蔽电机定子筒体外壁的冷却水夹套相连通。

2.根据权利要求1所述的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，所述冷却水管（1）环形设置在屏蔽电机定子铁芯（4）两端的密闭空腔内，环面平行于定子铁芯（4）端面。

3.根据权利要求2所述的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，所述冷却水管（1）与冷却水夹套通过连接管（2）连通。

4.根据权利要求3所述的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，所述冷却水管（1）截面为圆形或正六边形。

5.根据权利要求3所述的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，所述冷却水管（1）数量至少为2根，屏蔽电机定子铁芯（4）两端的密闭空腔内各至少设置一根。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，还包括垂直于定子铁芯（4）端面的导水管（3），所述导水管（3）穿过定子铁芯（4），两端分别与屏蔽电机定子铁芯（4）两端的密闭空腔内的冷却水管（1）相连通。

7.根据权利要求6所述的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，所述导水管（3）数量为4个，均匀分布在定子铁芯（4）外径边沿上。

8.根据权利要求6所述的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，所述导水管（3）截面为圆形或椭圆形。

9.根据权利要求3至5任一所述的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，所述连接管（2）数量至少为两根，位于冷却水管（1）圆环面的同一侧。

10.根据权利要求3至5任一所述的一种屏蔽电机定子腔冷却结构，其特征在于，所述连接管（2）数量至少为两根，分别位于冷却水管（1）圆环面上相对的两侧。

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