CN111654158B - 一种大容量发电机组散热系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量发电机组散热系统的控制方法，包括如下步骤：转轮带动转子转动发电时，转子上的转轴带动离心式风扇叶片转动，从而吸入进风端的冷空气，冷空气经过磁轭上的通气孔径向流出并喷射到定子上吸热后成为热空气，再通过出风端向外排出；检测出风端与进风端的温度差∆T，并与设定的温度差δT进行比对；当∆T≤0.95δT时，减小转轴与离心式风扇叶片的摩擦力以降低离心式风扇叶片的转速，当∆T≥1.05δT时，增大转轴与离心式风扇叶片的摩擦力以增大离心式风扇叶片的转速，当0.95δT＜∆T＜1.05δT时，维持上述摩擦力不变。本发明可显著地降低通风损耗、提升散热冷却的效率，确保发电机组的均匀散热，并避免散热系统的结构复杂。

Description

一种大容量发电机组散热系统的控制方法

技术领域

本发明涉及水轮发电机技术领域，具体涉及一种大容量发电机组散热系统的控制方法。

背景技术

随着人们节能环保意识的增强，作为绿色能源的水力发电正在大力发展，在水力发电领域，水轮机组是关键的部分，其通常包括定子、可转动地设置在定子内的转子、用于驱动转子转动的转轮，其中的转轮被设置在一个蜗壳内，而蜗壳则设置在机坑内，转轮包括若干叶片，叶片的正面为迎水面，叶片的背面为背水面，蜗壳的一侧设有开口对准叶片迎水面的进水管，蜗壳的另一侧设有出水管。而转子包括与转轮传动连接的转子轴、通过转子支架与转子轴连接的转子磁轭、均匀设置在磁轭外侧的若干磁极。磁极通常包括铁芯、设置在铁芯上的铜排（磁极线圈）。当水库内具有高水位差的水流通过进水管形成高速水流并冲击转轮的叶片迎水面时，即可使转轮转动并带动转子转动，进而生成电能。

我们知道，发电机组在运行时，无论是定子还是转子都会产生一定的热量，如果热量不能及时地散发而导致其温度过高，会影响其绝缘性能和发电效率。因此需要设置相应的散热冷却系统，以便使定子和转子的温度保持在合适的范围。

目前，大容量的水轮发电机组通常是采用风冷的方式冷却的，既可有效地避免绝缘问题，又有利于简化结构。可以理解的是，发电机组在不同的运行工况时，定子和转子的温升会有所不同。为了确保使温度控制在合适的范围内，通常，人们是按照机组最恶劣运行工况设置相应的额定通风量，并且按照该工况下不同发热部件的温升状态设置相应的通风路径。

现有技术的发电机组冷却系统和冷却方式存在如下问题：首先，现有的发电机组采用的是固定式通风散热系统，也就是说，总风量和风量分配模式是不可调节的。而发电机组实际运行工况非常复杂，经常需要承担调峰调频仼务，全年满负荷运行小时数占全年运行时数的比重较小。特别是在高海拔地区，自然环境和运行工况更加复杂，为了确保冷却效果，使得最恶劣运行工况下定子线棒、磁极线圈等部件的温升不超过限值，保证机组安全运行，通常会有较大的设计冗余量，从而会增大机组通风损耗，降低发电机组效率。而如果减小设计冗余量，则会造成部件局部温度偏高的情况。此外，现有的冷却系统大豆采用的是“大水漫灌”式的冷却，即用冷却风扇将低温的冷空气从发电机组的定子和转子的一端流动至另一端，以带走发电时生成的热量。可以理解的是，冷空气在流动过程中会逐渐吸收热量而使温度上升，相应地，其冷却吸热的效果会逐渐降低，因此，会造成发电机组的冷却效果不均匀的问题。为此，有人在发电机组内设置多个温控点，在各温控点处设置温度传感器以及与通风管路相连通的相应的出风口，控制系统根据温度传感器感应到的温度，通过管路上的出风口输出相应的冷空气，从而避免造成通风损耗，同时实现精准控温。但是此类技术方案会有如下缺陷：第一，要控制各出风口的出风量，需要在各出风口处设置相应的风扇或者控制阀门，控制系统需要根据温度传感器感应到的温度以及冷空气的温度，控制风扇的送风量、或者调整控制阀门的大小，实现各出风口出风量的精确控制，使其与温控点的冷却需求相匹配。但是上述方案会造成整个散热冷却系统的结构复杂，任意一个温控点的故障都会导致整个发电机组的异常甚至停机。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的水轮发电机散热系统所存在的通风损耗大、效率低、以及温度不均匀的问题，提供一种大容量发电机组散热系统的控制方法，既可显著地降低通风损耗、提升散热冷却的效率，确保发电机组的均匀散热，又可避免散热系统的结构复杂。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种大容量发电机组散热系统的控制方法，所述发电机组包括定子、可转动地设置在定子内的转子、设置在转子端部用于输入冷却空气的进风端、设置在定子外侧用于输出冷却空气的出风端、用于驱动冷却空气的送风装置，转子通过转轴与转轮传动连接，所述转轮设置在机坑蜗壳内，蜗壳设有进水侧和出水侧，在转子的转轴上设置若干沿轴向间隔布置且朝向进风端的离心式风扇叶片，所述离心式风扇叶片包括套设在转轴上的圆形底盘、设置在圆形底盘朝向进风端一侧的离心叶片，在圆形底盘和转轴之间设有摩擦离合结构，在转子的轴向上，与进风端至出风端位置对应的各离心式风扇叶片的半径逐渐增加，在转子、定子上分别上设置若干沿轴向分布的径向通风孔，定子外侧的径向通风孔构成所述出风端，送风装置通过管路与进风端、出风端相连接，所述控制方法包括如下步骤：

a. 发电机组运行时，进水侧的水带动转轮的叶片，从而带动转轮转动，转轮则带动转子转动，转子带动各离心式风扇叶片转动，送风装置将冷却空气送入进风端，离心式风扇叶片吸入进风端的冷却空气，并通过转子、定子上的径向通风孔吸热后通过出风端向外排出；

b. 用温度传感器检测进风端和出风端空气的温度，从而得到出风端与进风端的温度差∆T，并将温度差∆T与设定的温度差δT进行比对；

c. 当∆T≤0.95δT时，减小摩擦离合结构的摩擦力，从而降低转轴传递给离心式风扇叶片的扭矩，当∆T≥1.05δT时，增大摩擦离合结构的摩擦力，从而增大转轴传递给离心式风扇叶片的扭矩，当0.95δT ＜∆T＜1.05δT时，维持摩擦离合结构的摩擦力不变。

当发电机组运行、转子高速转动时，送风装置将冷空气送入转子的进风端，此时，转子带动离心式风扇叶片转动，从而在转轴上形成多个离心式风扇。各离心式风扇的离心叶片朝向进风端，因而可吸入进风端的冷空气，并由离心叶片径向地向外甩出而形成径向气流，该径向气流通过转子上的各径向通风孔，从而有效地吸收转子磁轭的热量。从通气孔向外流出的气流喷射到定子上，从而充分吸收定子的热量而成为热空气，热空气通过定子上的径向通风孔向外排出，送风装置则将出风端的热空气吸走并进行冷却降温，从而可对发电机组内形成连续的散热冷却。

特别是，转轴上设有多个离心式风扇，而转子、定子上的多个径向通风孔是沿轴向分布的，因此，各离心式风扇吸入的低温冷空气可通过对应位置的径向通气孔向外流出，从而使转子、定子在轴向上各处形成较为均匀一致的冷却效果，有利于发电机组的均匀散热，在确保发电机组的最高温度控制在合理范围的前提下，有利于最大限度地降低冷却系统的通风量和机组功耗。

可以理解的是，在转子内部，最靠近进风端的离心式风扇叶片会对后面的离心式风扇叶片的吸气形成一定的阻碍，本发明使离心式风扇叶片的半径从进风端至出风端逐渐增加，因而有利于从进风端至出风端各离心式风扇叶片所构成的离心式风扇送出的冷风量基本保持一致，进而可使发电机组在整个轴向上的散热效果尽量保持一致。

在现有技术中，人们通常是在发电机组内各重点发热部位设置温度传感器，以检测发电机组的温度，进而调控通风量等。本发明则创造性地用温度传感器检测进风端和出风端两处的空气温度，从而得到出风端与进风端的温度差∆T，并将其与设定的温度差δT进行比对。也就是说，将出风端与进风端的温度差∆T作为一个控制参数。既可使冷空气发挥足够的冷却效果，又可使散热系统具有足够的散热效率。可以理解的是，随着季节的变化或者发电机组使用场合的不同，环境温度会有很大的差异，本发明通过控制出风端与进风端的温度差∆T，可确保在不同环境温度的情况下，使散热系统始终具有足够的散热效率，进而确保发电机组的正常运行，同时最大限度地降低散热系统的功耗。

需要说明的是，本发明在圆形底盘和转轴之间设有摩擦离合结构，从而可通过圆形底盘和转轴之间的摩擦力方便地控制离心式风扇叶片的转速，当圆形底盘和转轴之间的摩擦力较小时，圆形底盘和转轴之间会形成转速差，此时圆形底盘的转速小于转轴的转速；当圆形底盘和转轴之间的摩擦力逐渐增大时，圆形底盘和转轴之间会转速差会逐渐减小，此时圆形底盘的转速会逐渐接近转轴的转速；当圆形底盘和转轴之间的摩擦力较大时，圆形底盘会跟随转轴同步转动，此时圆形底盘的转速等于转轴的转速，从而具有最大的送风量。通过控制散热系统的送风量，在满足散热效果的前提下，最大限度地降低散热系统的功耗。

作为优选，所述转子轴向的两端为所述进风端，送风装置的输入端通过管路与定子中部的出风端相连接，送风装置的输出端通过管路与进风端相连接。

本发明将转子的两端均设有进风端，而出风端设置在定子的中部。因此，冷空气从转子的两端分别进入转子内部并在转子的中部汇合，冷空气通过转子、定子上的径向通风孔吸热后从定子中部的出风端向外排出，因而可显著地缩短冷空气的流动路径，有利于转子、定子散热的均匀，并可提高散热效果。

作为优选，在转子的两端分别设有挡风板，挡风板上设有贯通转子内部的进风孔，所述送风装置的输出端通过管路与进风孔相连接。

转子两端的挡风板有利于使转子内部形成大致封闭的空间，便于送风装置输出的冷空气进入转子内部，避免外部环境中温度较高的空气进入转子内，并提升进风端和出风端之间的风压，有利于提升散热冷却效果。

作为优选，所述摩擦离合结构包括设置在出风端内部充满液体的储液箱、设置在转轴内对应圆形底盘位置的径向孔，在径向孔内设有压缩缸体，各压缩缸体的工作腔通过管路与储液腔相连接，压缩缸体内的活塞杆朝向圆形底盘一端设有位于径向孔内的摩擦块，压缩缸体内设有套接在活塞杆上的复位弹簧，圆形底盘中心设有套接在转轴上的摩擦套环，在步骤 a中，从出风端排出的热空气使储液箱温度上升，此时储液箱内的液体压力上升、体积增加；在步骤c中，当储液箱内的液体受热膨胀而压力上升时，液体通过管路驱动压缩缸体内的活塞克服复位弹簧的弹力而移动，从而使摩擦块压紧摩擦套环而增加摩擦力。

我们知道，相比较固体，液体具有较大的热膨胀系数，相比较气体，液体具有不可压缩性。本发明的摩擦离合结构包括设置在出风端、且内部具有液体的储液箱，当出风端排出的热空气吹过储液箱时，储液箱温度上升，此时储液箱内的液体受热膨胀而压力上升，液体通过管路驱动压缩缸体内的活塞克服复位弹簧的弹力而移动，从而使摩擦块压紧摩擦套环而增加摩擦力，进而提高离心式风扇叶片的转速，提升散热效果。

可以理解的是，储液箱内液体的初始温度较低，大致与环境温度或进风端空气温度基本持平，因此，出风端排出的热空气温度越高，则温度差∆T越大，相应地，储液箱内的液体受热膨胀后的压力值越高，此时摩擦块所受到的压缩缸体的活塞的作用力越大，摩擦块与摩擦套环的摩擦力越大，进而使离心式风扇叶片具有更高的转速而加速散热。

作为优选，转轴从两端至中间位置的各压缩缸体的有效作用面积逐渐变大。

当储液箱内的液体受热膨胀时，液体会通过管路进入各压缩缸体内，从而驱动各摩擦块抵压摩擦套环。可以理解的是，从进风端进入转子内的冷却空气在离心式风扇的作用下，先后通过转子、定子上的径向通风孔吸热后向外流出，最后从出风端集中向外排出。也就是说，冷空气在通过径向通气孔时首先吸收转子磁极的热量和对应部位定子的热量，再通过出风端向外流出，而空气的拉梁和两侧的风压正相关。由于靠近进风端的冷却空气的风量较为充足，而靠近转轴中间位置的冷却空气的风量较少。为此，本发明的转轴从两端至中间位置的各压缩缸体的有效作用面积逐渐变大，在相同的储液箱液体压力下，从进风端至中间位置的各压缩缸体的驱动力逐渐增大。也就是说，对于相同的温度差∆T，靠近进风端的压缩缸体形成较小的驱动力，而靠近中间位置的压缩缸体形成较大的驱动力，从而使各离心式风扇叶片的转速从进风端至中间位置逐渐递增，从而可使转子内隔出的径向通孔形成较为均匀一致的风压，使发电机组在不同位置的散热效果保持基本一致，进而散热系统的冷却空气充分发挥作用，有利于降低散热系统的功耗。

作为优选，在转子的磁极铁芯内设有沿轴向延伸的封闭的吸热孔，吸热孔内设有氟利昂R-113，所述吸热孔远离转轴中心一侧从进风端至中间向外侧倾斜，从而形成中间向外侧凸起的V形导流斜面，在步骤a中，转动的转子使吸热孔内的氟利昂R-113产生离心力而贴靠导流斜面，并沿着倾斜的导流斜面向转子中间流动，氟利昂R-113在流动过程中受热蒸发形成蒸汽并充满吸热孔，氟利昂R-113蒸汽在吸热孔两端释放热量而液化。

在初始状态下，液态的氟利昂R-113会积聚在吸热孔的下部，在步骤a中，转动的转子使吸热孔内的氟利昂R-113产生离心力而贴靠V形导流斜面，并沿着倾斜的导流斜面向转子中间流动，氟利昂R-113在沿导流斜面流动过程中吸收铁芯的热量而蒸发形成蒸汽并快速充满吸热孔，氟利昂R-113蒸汽在吸热孔靠近进风端处释放热量而液化。可以理解的是，发电机组在运行时，出风端的空气温度会高于进风端的空气温度，相应地，靠近出风端的转子铁芯温度会高于靠近进风端的转子铁芯温度。而氟利昂R-113的沸点较低（在47.6℃左右），因此，氟利昂R-113在吸热孔中间位置吸收热量后蒸发形成蒸汽并迅速地充满装个吸热孔，氟利昂R-113蒸汽在进风端释放热量而液化形成氟利昂R-113，继而沿着导流斜面重新回流到吸热孔中间位置，以此类推，氟利昂R-113在吸热孔内形成快速的循环相变流动，从而使转子的磁极铁芯内的温度保持尽量均匀一致。氟利昂R-113在相变时虽然温度保持不变，但是可吸收或释放大量的相变热量。也就是说，吸热孔内只需填充少量的氟利昂R-113即可有效地使进风端和出风端的温度保持尽量均衡。

需要说明的是，我们可通过调整氟利昂R-113的浓度以及吸热孔内氟利昂R-113的填充量，确保氟利昂R-113在吸热孔中间位置蒸发，在进风端冷凝，以适应不同的工作环境。

作为优选，在出风端与送风装置之间的管路上连接有包括散热盘管的散热管组，所述散热管组位于蜗壳出水侧的出水管内。

本发明将出风端排出的热空气通过管路送入包括散热盘管的散热管组，而散热管组位于蜗壳出水侧的出水管内。可以理解的是，水库底层的水温会常年保持在一个基本稳定的低温状态，因此，冲击转轮释放势能后的低温水流可对散热管组进行充分的冷却，并且无需额外增加冷却机组并消耗能量，既有利于简化散热系统的结构，又可显著地降低功耗。

因此，本发明具有如下有益效果：既可显著地降低通风损耗、提升散热冷却的效率，确保发电机组的均匀散热，又可避免散热系统的结构复杂。

附图说明

图1是本发明发电机组的一种结构示意图。

图2是蜗壳的一种局部结构示意图。

图3是转子一种结构示意图。

图4是转子的轴向剖视结构示意图。

图5离心式风扇的一种结构示意图。

图6是转轴在压缩锁缸体处的局部结构示意图。

图7是铁芯内吸热孔的结构示意图。

图8是散热管组的结构示意图。

图中：1、定子 2、转子 21、进风端 22、出风端 23、转轴 231、径向孔 24、磁轭 241、径向通风孔 25、支架 26、铁芯 261、吸热孔 262、导流斜面 27、铜排 3、轴体 41、进水管 411、喷水口 42、出水管 6、离心式风扇叶片 61、圆形底盘 611、摩擦套环 62、离心叶片 7、压缩缸体 71、活塞 72、活塞杆 73、摩擦块 74、复位弹簧75、工作腔 8、散热管组 81、散热盘管。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种大容量发电机组散热系统的控制方法，如图1所示，其中发电机组包括定子1、可转动地设置在定子内的转子2、用于驱动冷却空气以便为转子、定子散热的送风装置（图中未示出），转子则与转轮传动连接。转轮可转动地设置在机坑的蜗壳内，如图2所示，转轮包括与转子传动连接的轴体3、设置在轴体上的叶片，蜗壳设有进水侧和出水侧，进水侧设置进水管41，蜗壳的出水侧设置出水管42，进水管的一端为朝向转轮叶片的喷水口411，进水管的另一端与水库连通。当与水库连通的进水管内的高压高速水流从喷水口流出而冲击叶片的迎水面时，即可带动转轮转动，从而带动转子转动而发电，此时喷水口的水流则依次冲击转轮的各叶片，从而确保转轮连续转动而发电，发电后水则通过出水管向外排出。

在本实施例中，发电机组的转子和定子的轴线竖直布置，转子的上端和下端为用于输入冷却空气的进风端21，而定子外侧为用于输出冷却空气的出风端22，优选地，出风端位于定子轴向的中间位置，送风装置一端为吸入空气的输入端，另一端为输出空气的输出端，其中的输出端通过管路分别与上下两个进风端相连接，输入端通过管路与出风端相连接。如图3、图4所示，转子包括中间的转轴23、设置在转轴外围的磁轭24，转轴通过支架25与磁轭相连接，磁轭的边缘设有若有在周向上均匀分布的铁芯26，铁芯上设有铜排27，从而构成磁极。

此外，在转子的转轴上设置若干沿轴向间隔布置的离心式风扇叶片6，如图5所示，离心式风扇叶片包括套设在转轴上的圆形底盘61、设置在圆形底盘一侧的离心叶片62，并在转子的磁轭上以及定子上分别设置若干沿轴向分布的径向通风孔241，定子外侧的径向通风孔构成所述出风端。当然，我们可在定子外侧设置环形的集风罩壳，送风装置通过管路连接在集风罩壳的中间位置，从而使通过定子的径向通风孔向外排出的空气可集中在集风罩壳内，并通过送风装置向外排出。位于转轴上靠近上进风孔的各离心风扇叶片的离心叶片朝向上部的进风端，位于转轴下部靠近下部进风孔的各离心式风扇叶片的离心叶片朝向下部的进风端。优选地，转子以及定子上的径向通风孔应和离心式风扇叶片的位置相对应。需要说明的是，我们可在圆形底盘上设置若干位于相邻的离心风叶之间的导风孔，以便于冷却空气从前面的离心式风扇叶片的导风孔穿过而到达后面的离心式风扇叶片。

另外，我们需要在圆形底盘和转轴之间设置可调节摩擦力大小的摩擦离合结构，并且与进风端至出风端位置对应的各离心式风扇叶片的半径逐渐增加。具体地，本发明的大容量发电机组散热系统的控制方法包括如下步骤：

a. 发电机组运行时，进水管的水从喷水口流出冲击转轮的叶片，从而带动转轮转动，转轮则通过转轴带动转子转动，转子带动各离心式风扇叶片转动，此时送风装置将冷却空气送入上下两个进风端，各离心式风扇叶片的吸风侧吸入进风端的冷空气并径向流出，冷却空气经过磁轭上的径向通气孔径向流出，从而吸收磁极的热量，向外流出的气流喷射到定子上，并通过定子上的径向通风孔吸收定子的热量后成为热空气，热空气通过出风端向外排出。

需要说明的是，由于转子的发热主要来自于外围的磁轭部分，中间的转轴和支架发热量极少，因此，在磁轭围成的空腔内，从进风端进入的空气温度基本不变，可使各离心式风扇都能吸入低温的冷空气，并通过对应位置的径向通气孔向外流出，从而使转子、定子在轴向上各处均可得到良好的冷却效果，有利于发电机组的均匀散热，在确保发电机组的最高温度控制在合理范围的前提下，有利于最大限度地降低冷却系统的通风量和机组功耗。可以理解的是，靠近进风端的离心式风扇会对后面的离心式风扇形成一定的阻碍，由于离心式风扇叶片的半径从进风端至出风端逐渐增加，我们可通过合理地设计相邻离心式风扇叶片的半径差，从而确保每个离心式风扇都可送出大致相同的冷风量，以确保发电机组的均匀散热。可以理解的是，从进风端进入转子内的内空气会优先地被靠近进风端的离心式风扇吸走，因此，本发明使离心式风扇叶片的半径从进风端至出风端逐渐增加，从而可确保各离心式风扇可形成较为均匀的出风量。

还有，送风装置应包括风机，风机的出风侧通过管路分别与上下两个进风端相连接，风机的吸风侧通过管路与出风端相连接，并在管路上设置空气冷却装置，以便使通过出风端流出的热空气冷却降温重新形成冷空气，并再次从进风端进入转子内，以实现循环冷却；

b. 用温度传感器检测进风端和出风端空气的空气温度，从而得到出风端与进风端的温度差∆T，并将温度差∆T与设定的温度差δT进行比对。

我们知道，由于季节的不同造成的环境温度不同，对于发电机组而言其所需的散热通风量会有较大的差异。特别是，发电机组不同位置的温度会有较大的差异。本发明将出风端与进风端的温度差∆T作为一个控制参数，使其与设定的温度差δT进行比对。从出风端与进风端的温度差∆T可以较为准确地判断冷却空气的吸热量，进而判断发电机组的发热量和温度高低，在确保冷空气发挥足够的冷却吸热效果的前提下，确保散热系统具有足够的散热效率；

c. 当∆T≤0.95δT时，说明冷却空气吸收的热量较少，可以判定发电机组的发热量较低，从进风端进入的冷空气过量，其虽然可确保发电机组的温度处于较低的范围，但是会造成散热系统的功耗浪费，此时，控制系统通过摩擦离合结构减小转轴和圆形底盘之间的摩擦力，从而使转轴与圆形底盘之间形成打滑和较大的转速差，相应地，转轴传递给离心式风扇叶片的扭矩变小，离心式风扇叶片的转速降低，其吸入的冷空气量减小，进而降低散热的功耗。当∆T≥1.05δT时，可以判定发电机组的发热量较高，从进风端进入的冷空气难以满足散热需求，发电机组容易因温度过高而出现故障，此时，控制系统增大摩擦离合结构的摩擦力，从而使转轴与圆形底盘之间的转速差变小，相应地，转轴传递给离心式风扇叶片的扭矩变大，离心式风扇叶片的转速提高，其吸入的冷空气量增加，以满足发电机组的散热需求。当0.95δT ＜∆T＜1.05δT时，可以判定发电机组的温度维持在一个合适的范围和状态，此时维持摩擦离合结构的摩擦力不变，相应地，离心式风扇叶片的转速维持不变，进而使发电机组的散热系统维持在稳定的工作状态。

为了提高散热效率，我们可在转子的两端分别设置圆形的挡风板（图中未示出），从而使转子的磁轭内部形成大致封闭的空间，挡风板固定在定子上，从而可避免跟随转子一起转动，在挡风板上设置贯通转子内部的进风孔，从而使转子轴向的两端构成大致封闭的进风端，送风装置的输入端通过管路与定子中部的出风端相连接，送风装置的输出端通过管路与两个进风端的进风孔相连接，从而构成一个大致封闭的冷却散热循环系统，便于送风装置输出的冷空气进入转子内部，避免外部环境中温度较高的空气进入转子内，有利于提升散热冷却效果。尤其是，转子的两端均设有进风端，而出风端设置在定子的中部。因此，冷空气从转子的两端分别进入转子内部并在转子的中部汇合，冷空气通过转子、定子上的径向通风孔吸热后从定子中部的出风端向外排出，因而可显著地缩短冷空气的流动路径，有利于转子、定子散热的均匀，并可提高散热效果。

作为一种优选方案，如图6所示，摩擦离合结构包括设置在出风端的储液箱（图中未示出）、设置在转轴内对应各圆形底盘位置的径向孔231，储液箱内部充满液体，在径向孔内设置压缩缸体7，各压缩缸体靠近转轴中心一端的工作腔75通过管路与储液腔相连接，压缩缸体内的活塞杆72朝向圆形底盘一端设置位于径向孔内的摩擦块73，压缩缸体内设置套接在活塞杆上的复位弹簧74，复位弹簧一端抵靠活塞71，另一端抵靠压缩缸体，从而对活塞行成一个向内的初始弹力。圆形底盘中心设置套接在转轴上的摩擦套环611。

这样，在步骤 a中，从出风端排出的热空气使储液箱温度上升，此时储液箱内的液体压力上升、体积膨胀；在步骤c中，当储液箱内的液体受热膨胀而压力上升时，液体通过管路挤入压缩缸体的工作腔内，从而驱动压缩缸体内的活塞克服复位弹簧的弹力而移动一个微小的距离，进而使摩擦块压紧摩擦套环而增加转轴与圆形底盘之间的摩擦力，以便提高离心式风扇叶片的转速，提升散热效果。

需要说明的是，我们可在储液箱上设置一个压力表，以便观察储液箱内的液体压力，进而在初始状态下，使摩擦块与圆形底盘摩擦套环之间处于贴靠状态，以便具有一个初始的摩擦力。我们可在储液箱上设置注液口，通过注入液体的调节，方便地控制初始的摩擦力。

可以理解的是，在发电机组开始运行前，我们可先启动送风装置，以便使储液箱内液体的初始温度与进风端的冷却空气温度基本持平。当发电机组运行时，出风端排出的热空气温度越高，则温度差∆T越大，相应地，储液箱内的液体受热膨胀后的压力值越高，此时摩擦块所受到的压缩缸体的活塞的作用力越大，摩擦块与摩擦套环的摩擦力越大，进而使离心式风扇叶片具有更高的转速而加速散热。

进一步地，我们可使转轴从两端至中间位置的各压缩缸体的有效作用面积逐渐变大。当储液箱内的液体受热膨胀时，液体会通过管路进入各压缩缸体内，从而驱动各摩擦块抵压摩擦套环。可以理解的是，从进风端进入转子内的冷却空气通过离心式风扇、转子和定子的径向通风孔后从出风端向外排出。也就是说，冷空气在通过径向通风孔时首先吸收转子磁极的热量，然后吸收对应部位定子的热量。这样，靠近进风端的冷却空气的风量较为充足，而靠近转轴中间位置的冷却空气的风量较少。为此，本发明的转轴从两端至中间位置的各压缩缸体的有效作用面积逐渐变大，在相同的储液箱液体压力下，从进风端至中间位置的各压缩缸体的驱动力逐渐增大。也就是说，对于相同的温度差∆T，靠近进风端的压缩缸体形成较小的驱动力，而靠近中间位置的压缩缸体形成较大的驱动力，从而使各离心式风扇叶片的转速从进风端至中间位置逐渐递增，从而可使转子内隔出的径向通孔形成较为均匀一致的风压，使发电机组在不同位置的散热效果保持基本一致，进而散热系统的冷却空气充分发挥作用，有利于降低散热系统的功耗。

作为另一种优选方案，如图7所示，我们可在转子的磁极的铁芯内设置沿轴向延伸的封闭的吸热孔261，吸热孔内填充有少量的氟利昂R-113，吸热孔远离转轴中心一侧从进风端至中间向外侧倾斜，从而形成中间向外侧凸起的V形导流斜面262。这样，在初始状态下，氟利昂R-113会积聚在吸热孔的下部。在步骤a中，转动的转子使吸热孔内的氟利昂R-113产生离心力而贴靠外侧的V形导流斜面，并沿着倾斜的导流斜面向转子中间流动，氟利昂R-113在出风端受热蒸发形成蒸汽并快速充满吸热孔，氟利昂R-113蒸汽在进风端释放热量而液化。可以理解的是，发电机组在运行时，出风端的空气温度会高于进风端的空气温度，相应地，出风端的转子铁芯温度会高于进风端的转子铁芯温度。而氟利昂R-113的沸点较低（在47.6℃左右），因此，氟利昂R-113在出风端吸热孔内吸收热量后蒸发形成蒸汽并迅速地充满装个吸热孔，氟利昂R-113蒸汽在进风端释放热量而液化形成液态的氟利昂R-113，继而沿着导流斜面重新回流到出风端，以此类推，氟利昂R-113在吸热孔内形成快速的循环相变流动，由于氟利昂R-113在相变时虽然温度保持不变，但是可吸收或释放大量的热量。也就是说，吸热孔内只需填充少量的氟利昂R-113即可有效地使进风端和出风端的温度保持尽量均衡。

需要说明的是，当吸热孔竖直设置时，氟利昂R-113在出风端吸热孔内吸收热量后蒸发形成蒸汽并迅速地充满装个吸热孔，氟利昂R-113蒸汽在上下进风端释放热量而液化形成液态的氟利昂R-113，液态的氟利昂R-113粘附在吸热孔内侧壁上。随着转子的转动，粘附在吸热孔内侧壁的氟利昂R-113产生离心力而流动并贴靠外侧的V形导流斜面，并重新沿着倾斜的导流斜面向转子中间流动，从而形成循环。

为了便于对出风端流出的热空气的冷却，如图8所示，我们可在出风端与送风装置之间的管路上连接包括散热盘管81的散热管组8，并将散热管组设置在蜗壳出水侧的出水管内。由于水库底层的水温会常年保持在一个基本稳定的低温状态，因此，出水管内的低温水流可对散热管组进行充分的冷却，并且无需额外增加冷却机组并消耗能量，既有利于简化散热系统的结构，又可显著地降低功耗。

Claims (7)

1.一种大容量发电机组散热系统的控制方法，所述发电机组包括定子、可转动地设置在定子内的转子以及用于驱动冷却空气的送风装置，转子通过转轴与转轮传动连接，所述转轮设置在机坑蜗壳内，蜗壳设有进水侧和出水侧，其特征是，在转子的转轴上设置若干沿轴向间隔布置且朝向进风端的离心式风扇叶片，所述离心式风扇叶片包括套设在转轴上的圆形底盘、设置在圆形底盘朝向进风端一侧的离心叶片，在圆形底盘和转轴之间设有摩擦离合结构，在转子的轴向上，与进风端至出风端位置对应的各离心式风扇叶片的半径逐渐增加，在转子、定子上分别上设置若干沿轴向分布的径向通风孔，定子外侧的径向通风孔构成所述出风端，送风装置通过管路与进风端、出风端相连接，所述控制方法包括如下步骤：

a. 发电机组运行时，进水侧的水带动转轮的叶片，从而带动转轮转动，转轮则带动转子转动，转子带动各离心式风扇叶片转动，送风装置将冷却空气送入进风端，离心式风扇叶片吸入进风端的冷却空气，并通过转子、定子上的径向通风孔吸热后通过出风端向外排出；

b. 用温度传感器检测进风端和出风端空气的温度，从而得到出风端与进风端的温度差∆T，并将温度差∆T与设定的温度差δT进行比对；

c. 当∆T≤0.95δT时，减小摩擦离合结构的摩擦力，从而降低转轴传递给离心式风扇叶片的扭矩，当∆T≥1.05δT时，增大摩擦离合结构的摩擦力，从而增大转轴传递给离心式风扇叶片的扭矩，当0.95δT ＜∆T＜1.05δT时，维持摩擦离合结构的摩擦力不变。

2.根据权利要求1所述的一种大容量发电机组散热系统的控制方法，其特征是，所述转子轴向的两端为所述进风端，送风装置的输入端通过管路与定子中部的出风端相连接，送风装置的输出端通过管路与进风端相连接。

3.根据权利要求1所述的一种大容量发电机组散热系统的控制方法，其特征是，在转子的两端分别设有挡风板，挡风板上设有贯通转子内部的进风孔，所述送风装置的输出端通过管路与进风孔相连接。

4.根据权利要求1所述的一种大容量发电机组散热系统的控制方法，其特征是，所述摩擦离合结构包括设置在出风端内部充满液体的储液箱、设置在转轴内对应圆形底盘位置的径向孔，在径向孔内设有压缩缸体，各压缩缸体的工作腔通过管路与储液腔相连接，压缩缸体内的活塞杆朝向圆形底盘一端设有位于径向孔内的摩擦块，压缩缸体内设有套接在活塞杆上的复位弹簧，圆形底盘中心设有套接在转轴上的摩擦套环，在步骤 a中，从出风端排出的热空气使储液箱温度上升，此时储液箱内的液体压力上升、体积增加；在步骤c中，当储液箱内的液体受热膨胀而压力上升时，液体通过管路驱动压缩缸体内的活塞克服复位弹簧的弹力而移动，从而使摩擦块压紧摩擦套环而增加摩擦力。

5.根据权利要求2所述的一种大容量发电机组散热系统的控制方法，其特征是，转轴从两端至中间位置的各压缩缸体的有效作用面积逐渐变大。

6.根据权利要求1所述的一种大容量发电机组散热系统的控制方法，其特征是，在转子的磁极铁芯内设有沿轴向延伸的封闭的吸热孔，吸热孔内设有氟利昂R-113，所述吸热孔远离转轴中心一侧从进风端至中间向外侧倾斜，从而形成中间向外侧凸起的V形导流斜面，在步骤a中，转动的转子使吸热孔内的氟利昂R-113产生离心力而贴靠导流斜面，并沿着倾斜的导流斜面向转子中间流动，氟利昂R-113在流动过程中受热蒸发形成蒸汽并充满吸热孔，氟利昂R-113蒸汽在吸热孔两端释放热量而液化。

7.根据权利要求1所述的一种大容量发电机组散热系统的控制方法，其特征是，在出风端与送风装置之间的管路上连接有包括散热盘管的散热管组，所述散热管组位于蜗壳出水侧的出水管内。

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