CN112421885A - 水轮发电机闭路自循环通风冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机冷却技术领域，旨在解决水轮发电机冷却系统中风扇转速、通风量无法调节导致冷却效果不佳的问题，具体涉及一种水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，包括机座、通过转子支架装设于电机主轴的转子、定子、空气冷却器、以及分别设置于转子支架两侧的第一轴流风扇组件和第二轴流风扇组件；第一轴流风扇组件、第二轴流风扇组件均与电机主轴同心套设设置；在工作状态下，电机主轴在以第一转速旋转，第一轴流风扇组件在以第二转速旋转，第二轴流风扇组件以第三转速旋转，第二转速、第三转速与第一转速相同或者不同设置；通过本发明既能实现风冷装置的转速与通风量的调节，又能将其作为主要压力原件设置，提高冷却效果。

Description

水轮发电机闭路自循环通风冷却系统

技术领域

本发明属于电机冷却技术领域，具体涉及一种水轮发电机闭路自循环通风冷却系统。

背景技术

在现有水轮发电机双路径向通风系统中，压力原件主要由转子支架、转子磁轭、转子磁极和上下风扇组成，其中转子支架、转子磁轭、转子磁极转动形成的离心风压是驱动空气循环流动的主要动力，而风扇则是作为辅助压力原件。现有技术方案主要存在以下问题和缺陷：(1)风扇转速由发电机转速决定，转速和通风量无法调节；上下风扇安装于转子，风扇与发电机转向一致、转速相同，由于水轮发电机正常运转时转速不变，所以无论在发电机低负荷还是在高负荷情况下，风扇转速和通风量没有任何变化，随着发电机负荷增加，温度显著上升，无法做到低负荷时减小通风量，降低发电机风摩损耗，高负荷时增加通风量，强化冷却效果；(2)风扇尺寸大小受到发电机结构限制；由于风扇安装于转子磁轭两端靠近转子外缘处，此处为发电机部件集中部位，空间狭小，因此风扇尺寸不能过大，产生的最大风量受限，只能将风扇作为辅助压力原件，在中低速水轮发电机中，风扇的作用与转子的离心抽风作用相比甚至可以忽略。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，为了解决现有的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统中风扇转速和通风量无法调节导致冷却效果不好，以及风扇尺寸较小，不能作为主要压力原件的缺陷，本发明提供了一种水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，该冷却系统包括机座、转子、转子支架、定子和空气冷却器，所述转子通过所述转子支架装设于电机主轴，所述定子安装于所述机座，所述空气冷却器装设于所述机座背部，其特征在于，该冷却系统还包括第一轴流风扇组件和第二轴流风扇组件，所述第一轴流风扇组件设置于上机架与所述转子之间，所述第一轴流风扇组件设置于电机主轴外侧且与电机主轴同心设置，所述第一轴流风扇组件的旋转面与电机主轴的轴线垂直设置；

所述第二轴流风扇组件设置于下机架与所述转子之间，所述第二轴流风扇组件设置于电机主轴外侧且与电机主轴同心设置，所述第二轴流风扇组件的旋转面与电机主轴的轴线垂直设置；

在工作状态下，电机主轴在发电机动力装置驱动下以第一转速旋转，所述第一轴流风扇组件在第一动力装置的驱动下绕电机主轴以第二转速旋转，所述第二轴流风扇组件在第二动力装置的驱动下绕电机主轴以第三转速旋转，所述第二转速、所述第三转速与所述第一转速相同设置；或者所述第二转速、所述第三转速与所述第一转速不同设置。

在一些优选实施例中，所述第一轴流风扇组件包括第一扇叶、第一扇叶支臂、第一风扇电机机壳、第一风扇电机转子、第一风扇电机定子线圈以及第一风扇电机定子铁心；所述第一扇叶通过所述第一扇叶支臂固装于所述第一风扇电机机壳，所述第一风扇电机转子固设于所述第一风扇电机机壳的内部；所述第一风扇电机机壳通过第一连接组件套设设置于电机主轴外侧，且所述第一风扇电机机壳与电机主轴可不同步运动；所述第一风扇电机定子铁心固设于电机主轴，所述第一风扇电机定子线圈内嵌于所述第一风扇电机定子铁心；

运行时，由所述第一风扇电机定子线圈与所述第一风扇电机定子铁心组成的第一风扇电机定子与电机主轴同步旋转，所述第一扇叶、所述第一扇叶支臂与所述第一风扇电机机壳在所述第一风扇电机转子的驱动下可异步异速转动，根据电机的冷却需求灵活设置所述第一扇叶的转速。

在一些优选实施例中，所述第一连接组件为轴承。

在一些优选实施例中，所述第一轴流风扇组件的电机引线通过设置在电机主轴的第一引线孔、电机主轴中心孔连接至外部电源。

在一些优选实施例中，所述第二轴流风扇组件包括第二扇叶、第二扇叶支臂、第二风扇电机机壳、第二风扇电机转子、第二风扇电机定子线圈以及第二风扇电机定子铁心；所述第二扇叶通过所述第二扇叶支臂固装于所述第二风扇电机机壳，所述第二风扇电机转子固设于所述第二风扇电机机壳的内部；所述第二风扇电机机壳通过第二连接组件套设设置于电机主轴外侧，且所述第二风扇电机机壳与电机主轴可不同步运动；所述第二风扇电机定子铁心固设于电机主轴，所述第二风扇电机定子线圈内嵌于所述第二风扇电机定子铁心；

运行时，由所述第二风扇电机定子线圈与所述第二风扇电机定子铁心组成的第二风扇电机定子与电机主轴同步旋转，所述第二扇叶、所述第二扇叶支臂与所述第二风扇电机机壳在所述第二风扇电机转子的驱动下可异步异速转动，根据电机的冷却需求灵活设置所述第二扇叶的转速。

在一些优选实施例中，所述第二连接组件为轴承。

在一些优选实施例中，所述第二轴流风扇组件的电机引线通过设置在电机主轴的第二引线孔、电机主轴中心孔连接至外部电源。

在一些优选实施例中，所述第一轴流风扇组件与所述第二轴流风扇组件相对于所述转子支架的中心轴线对称设置。

在一些优选实施例中，所述第一轴流风扇组件与所述第二轴流风扇组件结构相同设置；所述第一动力装置与所述第二动力装置同步设置。

在一些优选实施例中，所述第一轴流风扇组件与所述第二轴流风扇组件结构不同设置；所述第一动力装置与所述第二动力装置不同步设置。

本发明的有益效果为：

1)本发明打破常规，提出了一种新的应用于水轮发电机闭路自循环通风冷却系统中的风冷装置，通过设置于转子支架两侧的第一轴流风扇组件与第二轴流风扇组件的设置，使轴流风机成为重要压力原件之一，同时通过将第一轴流风扇组件、第二轴流风扇组件与电机主轴垂直设置且驱动电源各自独立设置，能实现水轮发电机闭路自循环通风冷却系统中的风冷装置的转速、通风量的灵活调节设置，实现电机内热量的快速循环冷却。

2)本发明提出的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统一方面可以改变风扇转速，调节风压和通风量，使得通风冷却系统能够根据发电机的不同负荷对冷却能力和风摩损耗进行自由调节；另一方面，改变现有通风冷却系统中的风扇安装位置，可获得更大空间来增大风扇尺寸和产生更大的通风量，从而可进一步增强风扇在通风冷却系统中的作用。

3)本发明提出了一种以外转子轴流风扇作为重要压力原件的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，风扇独立于发电机转子，具有独立驱动电源，能够自由调节风扇转速与转向；当发电机处于低负荷时，发电机温升较低，可以通过降低风扇转速来减小风磨损耗，提高发电机效率；当发电机处于高负荷时，发电机温升较高，可以通过提高风扇转速来降低温升，延长绝缘材料使用寿命，进而提升水轮发电机运行可靠性并延长发电机寿命。

4)本发明提出了一种新的水轮发电机外转子轴流风扇的结构参数设置灵活，结构大小灵活，具体包括：以水轮发电机主轴作为外转子轴流风扇主轴；风扇扇叶通过连接结构与风扇电机的外转子固定；轴流风扇线圈引线通过水轮发电机主轴上的引线孔进入水轮发电机主轴中心孔，再通过中心孔引出；在本发明中，外转子轴流风扇绕水轮发电机主轴正常旋转工作时，转向可以与发电机转向相同，也可以与发电机转向相反，转向相反时，由于外转子轴流风扇扇叶处空气流速相对同向旋转时更高，可以产生更大风压和更大通风量，从而进一步增强系统冷却效果，并增大通风系统的可调风量范围；扇叶的结构大小可灵活设置，可根据具体的冷却需求设置，以加快冷却效果，同时减少风磨损耗。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明水轮发电机闭路自循环通风冷却系统的一种具体实施例的剖视结构示意图。

图2是图1中第一轴流风扇组件的一种具体实施例的剖视结构示意图。

附图标记说明：1、空气冷却器；2、机座；3、定子铁心；4、定子绕组；5、挡风板；6、水轮发电机主轴；7、转子支架；8、转子磁轭；9、转子磁极；10、第一轴流风扇组件；11、第二轴流风扇组件；12、第一扇叶；13、第一扇叶支臂；14、第一风扇电机机壳；15、第一风扇电机转子；16、第一风扇电机定子线圈；17、轴承；18、第一风扇电机定子铁心；19、第一风扇电机引线孔；20、上机架；21、下机架。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

一种水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，该冷却系统包括机座、转子、转子支架、定子和空气冷却器，转子通过转子支架装设于电机主轴，定子安装于机座，空气冷却器装设于机座背部，该冷却系统还包括第一轴流风扇组件和第二轴流风扇组件，第一轴流风扇组件设置于上机架与转子之间，第一轴流风扇组件设置于电机主轴外侧且与电机主轴同心套设设置，第一轴流风扇组件的旋转面与电机主轴的轴线垂直设置；第二轴流风扇组件设置于下机架与转子之间，第二轴流风扇组件设置于电机主轴外侧且与电机主轴同心套设设置，第二轴流风扇组件的旋转面与电机主轴的轴线垂直设置；在工作状态下，电机主轴在发电机动力装置驱动下以第一转速旋转，第一轴流风扇组件在第一动力装置的驱动下绕电机主轴以第二转速旋转，第二轴流风扇组件在第二动力装置的驱动下绕电机主轴以第三转速旋转，第二转速、第三转速与第一转速相同设置；或者第二转速、第三转速与第一转速不同设置；即第一轴流风扇组件与第二轴流风扇组件分别设置于转子支架的两侧，且第一轴流风扇组件与第二轴流风扇组件可以分别独立调节转速。

进一步地，第一轴流风扇组件通过第一风扇电机机壳套设设置于电机主轴外侧，第一风扇电机机壳与电机主轴同心设置，第一轴流风扇组件中的多个第一扇叶固定阵列设置于第一风扇电机机壳外侧；第一风扇电机机壳通过第一连接组件与电机主轴可相对转动连接，即第一风扇电机机壳在第一动力装置的驱动下带动多个第一扇叶可相对于电机主轴独立旋转，使得风冷装置能够根据发电机的不同负荷对冷却能力和风摩损耗进行自由调节；第二轴流风扇组件通过第二风扇电机机壳套设设置于电机主轴外侧，第二风扇电机机壳与电机主轴同心设置，第二轴流风扇组件中的多个第二扇叶固定阵列设置于第二风扇电机机壳外侧；第二风扇电机机壳通过第二连接组件与电机主轴可相对转动连接，即第二风扇电机机壳在第二动力装置的驱动下带动多个第二扇叶可相对于电机主轴独立旋转，使得风冷装置能够根据发电机的不同负荷对冷却能力和风摩损耗进行自由调节，第二轴流风扇组件与第一轴流风扇组件动力独立控制，可以同步转动也可不同步转动。

循环空气经空气冷却器后，分别沿上风道、下风道向电机主轴方向流动，第一轴流风扇组件、第二轴流风扇组件分别在第一动力装置、第二动力装置的驱动下以对应的转速转动；当循环空气沿上风道进行流动时，循环空气在第一轴流风扇组件的风扇压头作用下分成两部分进入电机发热部件，一部分空气沿着机座内部设置的挡风板形成的风道流向定子的定子绕组端部，以对定子绕组的端部冷却，再经机座内部设置的窗口进行空气冷却器；另一部分空气在转子支架的离心风压作用下进入转子支架，通过在转动的转子的转子磁轭、转子磁极的离心抽风作用下，流经转子的转子磁轭、转子磁极以及定子的定子铁心，以对转子和定子的发热部冷却，再经机座内部设置的窗口进行空气冷却器，与流经定子绕组端部的空气汇合，完成一个循环周期。

当循环空气沿下风道进行流动时，循环空气在第二轴流风扇组件的风扇压头作用下分成两部分进入电机发热部件，一部分空气沿着机座内部设置的挡风板形成的风道流向定子的另一侧定子绕组端部，以对另一侧定子绕组的端部冷却，再经机座内部设置的窗口进行空气冷却器；另一部分空气在转子支架的离心风压作用下进入转子支架，通过在转动的转子的转子磁轭、转子磁极的离心抽风作用下，流经转子的转子磁轭、转子磁极以及定子的定子铁心，以对转子和定子的发热部冷却，再经机座内部设置的窗口进行空气冷却器，与流经定子绕组端部的空气汇合，完成一个循环周期。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1和附图2，图1是本发明水轮发电机闭路自循环通风冷却系统的一种具体实施例的剖视结构示意图，图2是图1中第一轴流风扇组件的一种具体实施例的剖视结构示意图；本发明提供了一种水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，包括空气冷却器1、机座2、定子铁心3、定子绕组4、转子支架7、转子磁轭8、转子磁极9、第一轴流风扇组件10和第二轴流风扇组件11，由转子磁轭8和转子磁极9组成的转子通过转子支架固定安装于电机主轴6，定子安装于机座，定子铁心3与转子磁极9之间存在空气隙，定子绕组4嵌在定子铁心3内，定子铁心3与机座2固定，空气冷却器1装设于机座2的背部，第一轴流风扇组件10装设于上机架20与转子之间，第一轴流风扇组件通过连接装置装设于电机主轴并且第一轴流风扇组件可通过单独的动力装置驱动以调节转速，第一轴流风扇组件与电机主轴同心套设设置，第一轴流风扇组件的旋转面与电机主轴的轴线垂直设置；第二轴流风扇组件11设置于下机架21与转子之间，第二轴流风扇组件通过连接装置装设于电机主轴并且第二轴流风扇组件可通过单独的动力装置驱动以调节转速，第二轴流风扇组件与电机主轴同心套设设置，第二轴流风扇组件的旋转面与电机主轴的轴线垂直设置；在工作状态下，电机主轴在发电机动力装置驱动下以第一转速旋转，第一轴流风扇组件在第一动力装置的驱动下绕电机主轴以第二转速旋转，第二轴流风扇组件在第二动力装置的驱动下绕电机主轴以第三转速旋转，第二转速、第三转速与第一转速可以相同设置，即第一轴流风扇组件、第二轴流风扇组件可与电机主轴同步转动或者保持同样的转速转动；或者第二转速、第三转速与第一转速不同设置，即第一轴流风扇组件与第二轴流风扇组件各在对应的动力装置的驱动进行转动，灵活设置对应的转速。

本发明打破常规，提出了一种新的应用于水轮发电机闭路自循环通风冷却系统中的风冷装置，通过设置于转子支架两侧的第一轴流风扇组件与第二轴流风扇组件的设置，使轴流风机成为重要压力原件之一，同时通过将第一轴流风扇组件、第二轴流风扇组件与电机主轴垂直设置且驱动电源各自独立设置，能实现水轮发电机闭路自循环通风冷却系统中的风冷装置的转速、通风量的灵活调节设置，实现电机内热量的快速循环冷却；通过将第一轴流风扇组件、第二轴流风扇组件分别安装于转子支架两侧，以水轮发电机的电机主轴作为轴流风扇的固定部，系统中的第一轴流风扇组件、第二轴流风扇组件、转子支架、转子磁轭、转子磁极构成了驱动空气循环的压力原件；循环空气经空气冷却器冷却后，延上下风道向主轴方向流动，第二轴流风扇组件可以通过各自的供电电源进行速度调节；空气在轴流风扇压头的作用下分两部分进入电机发热部件，一部分空气沿着挡风板5形成的风道流向定子绕组端部，对定子绕组的端部进行冷却，然后经过机座的窗口进入空气冷却器；另一部分空气在转子支架的离心风压作用下进入转子支架，转动的转子磁轭和转子磁极同样具有离心抽风作用，驱送空气先后流经转子磁轭、转子磁极、定子铁心，对转子和定子的主要发热部件进行冷却，最后通过机座窗口进入空气冷却器，与流经端部的空气汇合，完成一个周期的循环。

需要说明的是，在现有的水轮发电机的通风冷却系统中，风扇安装于转子，风扇与发电机转向一致、转速相同，由于水轮发电机正常运转时转速不变，所以无论在发电机低负荷还是在高负荷情况下，风扇转速和通风量没有任何变化，随着发电机负荷增加，温度显著上升，无法做到低负荷时减小通风量，高负荷时增加通风量，也无法实现对应的预期冷却效果；通过本发明提出的分别与电机主轴同心套设设置的第一轴流风扇组件与第二轴流风扇组件，通过第一动力装置、第二动力装置分别控制其转速，可实现风冷系统中风冷装置转速的灵活设置，可根据发电机在不同负荷下产生的热量灵活设置，可在不同阶段均能达到预期的冷却效果。

本发明与典型闭路自循环通风冷却系统的主要区别是发明了一种外转子轴流风扇以取代转子磁轭端部安装的固定风扇，具体参照附图2，以第一轴流风扇组件的结构为例进行详细描述；第一轴流风扇组件包括第一扇叶12、第一扇叶支臂13、第一风扇电机机壳14、第一风扇电机转子15、第一风扇电机定子线圈16以及第一风扇电机定子铁心18；第一扇叶12通过第一扇叶支臂13固装于第一风扇电机机壳14，第一风扇电机转子15固设于第一风扇电机机壳14的内部；第一风扇电机机壳14通过轴承17与电机主轴同心套设设置，且第一风扇电机机壳14与电机主轴可不同步运动，即第一风扇电机机壳在第一动力装置的驱动下带动多个第一扇叶可独立转动，或者与电机主轴同步转动，通过第一风扇电机机壳的设置，可实现第一轴流风扇组件的灵活调速，能够根据发电机的不同负荷对冷却能力和风摩损耗进行自由调节；第一风扇电机定子铁心18固设于电机主轴，第一风扇电机定子线圈16内嵌于第一风扇电机定子铁心18；运行时，由第一风扇电机定子线圈与第一风扇电机定子铁心组成的第一风扇电机定子与电机主轴同步旋转，第一扇叶、第一扇叶支臂与第一风扇电机机壳在第一风扇电机转子的驱动下可异步异速转动，根据电机的冷却需求灵活设置第一扇叶的转速。运行时，第一风扇电机定子随着电机主轴一同旋转，而第一风扇电机转子则可以独立调节转速，高转速时风压增大、通风量增加，可加强冷却效果，但风摩损耗也较高；低转速时通风量较少，冷却效果减弱，但风摩损耗较低；因此，可以根据需要调节风扇转速，来控制风量及损耗。

进一步地，第一轴流风扇组件的电机引线通过设置在电机主轴的第一风扇电机引线孔18、电机主轴中心孔连接至外部电源。

进一步地，第二轴流风扇组件包括第二扇叶、第二扇叶支臂、第二风扇电机机壳、第二风扇电机转子、第二风扇电机定子线圈以及第二风扇电机定子铁心；第二扇叶通过第二扇叶支臂固装于第二风扇电机机壳，第二风扇电机转子固设于第二风扇电机机壳的内部；第二风扇电机机壳通过第二连接组件装设于电机主轴，且第二风扇电机机壳与电机主轴可不同步运动；第二风扇电机定子铁心固设于电机主轴，第二风扇电机定子线圈内嵌于第二风扇电机定子铁心；运行时，由第二风扇电机定子线圈与第二风扇电机定子铁心组成的第二风扇电机定子与电机主轴同步旋转，第二扇叶、第二扇叶支臂与第二风扇电机机壳在第二风扇电机转子的驱动下可异步异速转动，根据电机的冷却需求灵活设置所述第二扇叶的转速。

优选地，第二连接组件为轴承。

进一步地，第二轴流风扇组件的电机引线通过设置在电机主轴的第二引线孔、电机主轴中心孔连接至外部电源。

优选地，第一轴流风扇组件与第二轴流风扇组件相对于转子支架的中心轴线对称设置。

进一步地，第一轴流风扇组件与第二轴流风扇组件结构相同设置；第一动力装置与第二动力装置同步设置。

第一轴流风扇组件与所第二轴流风扇组件结构不同设置；第一动力装置与第二动力装置不同步设置。

在本发明中，轴流风扇的安装位置处于水轮发电机转子的两侧，此处空间较转子磁轭端部空间大得多，因而可以加大扇叶尺寸，以增大风扇的最大通风量，使得在通风系统中风扇的扇风作用所占比重比现有方式加重，从而可增大可调节风量范围。在本发明中，可通过以下两种方案实现通风量的增加：一是增加转速；二是加大扇叶，本发明提出的风冷装置中风扇转速可以比发电机转速大很多，大容量水轮发电机最高转速在每分钟500转左右，传统风扇的转速也为每分钟500转左右，本方案的风扇转速可达到每分钟几千转。

需要说明的是，本发明的一种具体实施例公开的水轮发电机为立式水轮发电机，在卧式水轮发电机中，同样可以构建以外转子轴流风扇或离心风扇作为重要压力原件的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，即本发明提出的核心方案同样适用于卧式水轮发电机的风冷系统中，故在此不再赘述。

进一步地，为避免绕组端部空间的空气沿风扇反向流动形成涡流，通常装设挡风板；水轮发电机通常在机坑内安装有下机架和定子机座及其定子，在定子机座上安装有上机架，在上机架和下机架上安装带有转子支架的主轴，在转子支架上安装有磁轭和磁极，通风冷却装置是在上机架的下端面安装有阻挡气流向上通过的内环上挡板，上机架的外周边与机坑壁之间也安装有阻挡气流向上通过的外环上挡板；下机架的上端面安装有阻挡气流向下通过的内环下挡风板，下机架的外周边与机坑壁之间也安装有阻挡气流向下通过的外环下挡风板；磁极和磁轭的上端面和下端面分别安装有气流导向的环形旋转挡风板。

对于水轮发电机的设计过程中必须将电磁设计，结构设计，通风设计三者有机的结合起来，进行整体协调和优化，以期达到最佳设计方案，通风设计是一个不可忽视的方面，在立式水轮发电机封闭径向自循环通风系统中,通风压力元件由转子支架、磁轭风沟、磁极和上下风扇组成，而风阻元件则由定转气隙，经向风沟、空气冷却器、风洞、上下风路及转子风道等构成，压力元件中风扇型式的选择根据通风的要求而确定，风扇由风扇座和风扇叶片组成，风扇座安装在电机转子磁轭铁心的上下两端，而风扇叶片则位于磁极的上下端；即在现有水轮发电机双路径向通风系统中，压力原件主要由转子支架、转子磁轭、转子磁极和上下风扇组成，其中转子支架、转子磁轭、转子磁极转动形成的离心风压是驱动空气循环流动的主要动力，而风扇则是作为辅助压力原件。现有技术方案主要存在以下问题和缺陷：(1)风扇转速由发电机转速决定，转速和通风量无法调节；上下风扇安装于转子，风扇与发电机转向一致、转速相同，由于水轮发电机正常运转时转速不变，所以无论在发电机低负荷还是在高负荷情况下，风扇转速和通风量没有任何变化，随着发电机负荷增加，温度显著上升，无法做到低负荷时减小通风量，降低发电机损耗，高负荷时增加通风量，强化冷却效果；(2)风扇尺寸大小受到发电机结构限制。由于风扇安装于转子磁轭两端靠近转子外缘处，此处为发电机部件集中部位，空间狭小，因此风扇尺寸不能过大，产生的最大风量受限，只能将风扇作为辅助压力原件，在中低速水轮发电机中，风扇的作用与转子的离心抽风作用相比甚至可以忽略。通过本发明提出的方案，既能实现在冷却系统风扇转速、通风量的灵活调节设置，又能实现风扇设置位置、风扇扇叶大小的灵活设置，能够根据发电机的不同负荷对冷却能力和风摩损耗进行自由调节，同时可以改变现有通风冷却系统中的风扇安装位置，获得更大空间来增大风扇尺寸和产生更大的通风量，从而增强风扇在通风冷却系统中的作用。

本发明还包括一种用于水轮发电机的风冷装置，风冷装置包括第一风冷装置和第二风冷装置，第一风冷装置、第二风冷装置分别设置于转子支架的两侧；第一风冷装置包括第一扇叶、第一扇叶支臂、第一风扇电机机壳、第一风扇电机转子、第一风扇电机定子线圈和第一风扇电机定子铁心，第一扇叶通过支臂与第一风扇电机机壳外部固定，第一风扇电机机壳的内部与第一风扇电机转子固定，第一风扇电机机壳与水轮发电机主轴之间通过轴承联结，第一风扇电机定子铁心固定于水轮发电机主轴，第一风扇电机定子线圈内嵌于第一风扇电机定子铁心，线圈引出线通过第一风扇电机引线孔及水轮发电机主轴中心孔连至外部电源；第二风冷装置包括第二扇叶、第二扇叶支臂、第二风扇电机机壳、第二风扇电机转子、第二风扇电机定子线圈和第二风扇电机定子铁心，第二扇叶通过支臂与第二风扇电机机壳外部固定，第二风扇电机机壳的内部与第二风扇电机转子固定，第二风扇电机机壳与水轮发电机主轴之间通过轴承联结，第二风扇电机定子铁心固定于水轮发电机主轴，第二风扇电机定子线圈内嵌于第二风扇电机定子铁心，线圈引出线通过第二风扇电机引线孔及水轮发电机主轴中心孔连至外部电源。

第一风冷装置、第二风冷装置均为外转子轴流风扇。

外转子轴流风扇绕水轮发电机主轴旋转，转向可以与发电机转向相同，也可以与发电机转向相反，转向相反时，由于外转子轴流风扇扇叶处空气流速相对同向旋转时更高，可以产生更大风压和更大通风量，从而进一步增强系统冷却效果，并增大通风系统的可调风量范围。通过外转子离心式风扇以及相应的风道设计，同样可以实现上述技术方案带来的效果。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，该冷却系统包括机座、转子、转子支架、定子和空气冷却器，所述转子通过所述转子支架装设于电机主轴，所述定子安装于所述机座，所述空气冷却器装设于所述机座背部，其特征在于，该冷却系统还包括第一轴流风扇组件和第二轴流风扇组件，所述第一轴流风扇组件设置于上机架与所述转子之间，所述第一轴流风扇组件设置于电机主轴外侧且与电机主轴同心设置，所述第一轴流风扇组件的旋转面与电机主轴的轴线垂直设置；

所述第二轴流风扇组件设置于下机架与所述转子之间，所述第二轴流风扇组件设置于电机主轴外侧且与电机主轴同心设置，所述第二轴流风扇组件的旋转面与电机主轴的轴线垂直设置；

在工作状态下，电机主轴在发电机动力装置驱动下以第一转速旋转，所述第一轴流风扇组件在第一动力装置的驱动下绕电机主轴以第二转速旋转，所述第二轴流风扇组件在第二动力装置的驱动下绕电机主轴以第三转速旋转，所述第二转速、所述第三转速与所述第一转速相同设置；或者所述第二转速、所述第三转速与所述第一转速不同设置。

2.根据权利要求1所述的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，其特征在于，所述第一轴流风扇组件包括第一扇叶、第一扇叶支臂、第一风扇电机机壳、第一风扇电机转子、第一风扇电机定子线圈以及第一风扇电机定子铁心；所述第一扇叶通过所述第一扇叶支臂固装于所述第一风扇电机机壳，所述第一风扇电机转子固设于所述第一风扇电机机壳的内部；所述第一风扇电机机壳通过第一连接组件套设设置于电机主轴外侧，且所述第一风扇电机机壳与电机主轴可不同步运动；所述第一风扇电机定子铁心固设于电机主轴，所述第一风扇电机定子线圈内嵌于所述第一风扇电机定子铁心；

运行时，由所述第一风扇电机定子线圈与所述第一风扇电机定子铁心组成的第一风扇电机定子与电机主轴同步旋转，所述第一扇叶、所述第一扇叶支臂与所述第一风扇电机机壳在所述第一风扇电机转子的驱动下可异步异速转动，根据电机的冷却需求灵活设置所述第一扇叶的转速。

3.根据权利要求2所述的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，其特征在于，所述第一连接组件为轴承。

4.根据权利要求2所述的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，其特征在于，所述第一轴流风扇组件的电机引线通过设置在电机主轴的第一引线孔、电机主轴中心孔连接至外部电源。

5.根据权利要求1所述的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，其特征在于，所述第二轴流风扇组件包括第二扇叶、第二扇叶支臂、第二风扇电机机壳、第二风扇电机转子、第二风扇电机定子线圈以及第二风扇电机定子铁心；所述第二扇叶通过所述第二扇叶支臂固装于所述第二风扇电机机壳，所述第二风扇电机转子固设于所述第二风扇电机机壳的内部；所述第二风扇电机机壳通过第二连接组件套设设置于电机主轴外侧，且所述第二风扇电机机壳与电机主轴可不同步运动；所述第二风扇电机定子铁心固设于电机主轴，所述第二风扇电机定子线圈内嵌于所述第二风扇电机定子铁心；

运行时，由所述第二风扇电机定子线圈与所述第二风扇电机定子铁心组成的第二风扇电机定子与电机主轴同步旋转，所述第二扇叶、所述第二扇叶支臂与所述第二风扇电机机壳在所述第二风扇电机转子的驱动下可异步异速转动，根据电机的冷却需求灵活设置所述第二扇叶的转速。

6.根据权利要求5所述的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，其特征在于，所述第二连接组件为轴承。

7.根据权利要求5所述的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，其特征在于，所述第二轴流风扇组件的电机引线通过设置在电机主轴的第二引线孔、电机主轴中心孔连接至外部电源。

8.根据权利要求1所述的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，其特征在于，所述第一轴流风扇组件与所述第二轴流风扇组件相对于所述转子支架的中心轴线对称设置。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，其特征在于，所述第一轴流风扇组件与所述第二轴流风扇组件结构相同设置；所述第一动力装置与所述第二动力装置同步设置。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的水轮发电机闭路自循环通风冷却系统，其特征在于，所述第一轴流风扇组件与所述第二轴流风扇组件结构不同设置；所述第一动力装置与所述第二动力装置不同步设置。

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