CN205178774U - 高速电机蒸发冷却结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速电机蒸发冷却结构，包括机壳、转子和定子，定子设于机壳的内腔中，转子转动设于定子内，且转子的上端伸于机壳外，其还包括冷凝器、回流管、泵、液体加热器、蒸汽排出管、冷却液箱、连接管以及设有若干喷孔的喷管，喷管固定连接在定子上，且喷管的喷孔朝向转子圆周面，喷管的进液端通过连接管与液体加热器相连，液体加热器通过连接管与泵的出液口相连，泵的进液口通过连接管与冷却液箱相连，冷却液箱通过回流管与机壳的内腔相连通，冷凝器的进液口通过蒸汽排出管与机壳的内腔相连通，冷凝器出液口通过连接管冷却液箱相连。本实用新型高速电机蒸发冷却结构的冷却效果远好于风冷和液冷。

Description

高速电机蒸发冷却结构

技术领域：

本实用新型涉及一种高速电机蒸发冷却结构，其属于高速电机技术领域。

背景技术：

高速电机有体积小功率密度高的优点，但也因此造成了发热高、散热困难的问题，并且随着转速和功率的提高越发显著。而且由于转子表面积小、又是运动部件，其散热问题比定子更加严重。对于永磁电机来说更有转子永磁体高温退磁的风险。目前高速电机的冷却一般采用风冷和液冷方式，该两种冷却方式存在如下缺陷：

1)风冷冷却方式：风冷方式利用压差或风机强制低温气体(通常是空气)快速通过定转子气隙，吸收定转子的热量。风冷可以同时冷却定子和转子，但由于气体密度低热容量低所以冷却效果较差，风冷高速电机一般功率很难超过200kW；并且冷却气体鼓风机的功耗也较大。因此某些大型高速电机使用热容量更高的氢气作为冷却气体，可以大大提高冷却效果。但是氢气是易燃易爆气体，并且密封困难，所以应用范围非常受限。

2)液冷冷却方式：液冷方式通常是在机壳上加工或铸造出水套，让低温液体通过机壳的热传导间接吸收定子的热量。液体的密度高、热容量大，因此冷却效果较好、泵机功耗低。液冷高速电机的功率可达1MW以上。但是由于高速电机定子表面积只有同功率普通电机的1/6～1/3，而发热量差不多，所以冷却效果依然比普通电机差很多。并且这种冷却方式对转子的冷却并无贡献，往往还需要同时用风冷冷却转子，结构变得更加复杂。

低速电机上也有直接将液体喷淋在转子上或将转子整个浸泡在冷却液中的冷却方式。但高速电机表面线速度太高，可达100～150m/s，喷淋的液体难以形成液膜持续吸热；并且转子与液体间摩擦和搅拌也会导致功耗和发热，甚至导致冷却液过热变质。所以高速电机很难用液冷方式同时冷却定子和转子。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

实用新型内容：

本实用新型是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种高速电机蒸发冷却结构。

本实用新型所采用的技术方案有：一种高速电机蒸发冷却结构，包括机壳、转子和定子，所述定子设于机壳的内腔中，转子转动设于定)内，且转子的上端伸于机壳外，还包括冷凝器、回流管、泵、液体加热器、蒸汽排出管、冷却液箱、连接管以及设有若干喷孔的喷管，所述喷管固定连接在定子上，且喷管的喷孔朝向转子圆周面，喷管的进液端通过连接管与液体加热器相连，液体加热器通过连接管与泵的出液口相连，泵的进液口通过连接管与冷却液箱相连，冷却液箱通过回流管与机壳的内腔相连通，冷凝器的进液口通过蒸汽排出管与机壳的内腔相连通，冷凝器出液口通过连接管冷却液箱相连。

进一步地，所述定子上且沿定子的轴线方向包括有用于安装喷管的安装槽。

进一步地，所述喷管为金属管或耐高温的高分子材料。

进一步地，所述机壳上设有分别用于连接蒸汽排出管的蒸汽孔以及用于连接回流管的回流孔。

本实用新型具有如下有益效果：

1)本实用新型冷却效果远好于风冷和液冷，

2)泵的功耗低；

3)能够同时冷却转子和定子。

附图说明：

图1为本实用新型结构图。

图2为本实用新型中喷管与转子的位置结构图。

图3为本实用新型中喷管在定子上的结构图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所述，本实用新型高速电机蒸发冷却结构包括机壳1、转子2、定子3、冷凝器4、回流管5、泵6、液体加热器7、蒸汽排出管10、喷管8以及却液箱9，定子3设置在机壳1的内腔中，转子2转动设于定子3内，且转子2的上端伸于机壳1外，喷管8固定连接在定子3上，在喷管8上的若干喷孔81朝向转子2的圆周面。喷管8的进液端通过连接管与液体加热器7相连，液体加热器7通过连接管与泵6的出液口相连，泵6的进液口通过连接管与冷却液箱9相连，冷却液箱9通过回流管5与机壳1的内腔相连通，冷凝器4的进液口通过蒸汽排出管10与机壳1的内腔相连通，冷凝器4出液口通过连接管冷却液箱9相连。

如图2和图3，本实用新型使得喷管8能最大面积的喷射转子2，在定子3上且沿定子3的轴线方向包括有一条或多条安装槽31，安装喷管8置于该安装槽31内。本实用新型中的喷管8为金属管，也可以用耐高温的高分子材料制作以避免涡流发热。

本实用新型为便于连接蒸汽排出管10和回流管5，在机壳1上设有分别用于连接蒸汽排出管10的蒸汽孔11以及用于连接回流管5的回流孔12。

在冷却液箱9内装有冷却液，冷却液应选用化学性能稳定、易挥发的液体材料，冷却液进入喷管8时经过液体加热器7加热后接近沸点。常用的液体泵的出口压力通常有3～10公斤，所以喷管内压力较高，而机壳1内为常压或负压状态。冷却液自喷孔喷射之后压力骤降引起沸点下降，冷却液更容易气化。液滴接触到高温的转子2表面后部分气化，未能完全气化的冷却液被转子2甩向定子3，并在定子3表面继续气化。蒸汽从机壳上部的蒸汽孔11排出，经过冷凝器4凝结成液体后流入冷却液箱9。多余的冷却液沿着定子3表面流向机壳1，并在机壳最低处汇集，然后沿着回流管5流入冷却液箱9。

使用蒸发冷却时，可以从定子、转子有限的表面上带走大量的热量，从而有效降低定子、转子的温度。通过选择沸点不同的冷却液体，可以将高速电机内部的温度稳定在相应的温度范围内。由于蒸发冷却需要的冷却液体用量远少于液体冷却，因此泵的功率可以大大降低。而冷却液的预热还可以利用蒸汽冷凝的废热，无需额外能量。如果选用有润滑效果的冷却液，还可以喷入高速电机的轴承内取代润滑油，可以获得较好的润滑效果。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种高速电机蒸发冷却结构，包括机壳(1)、转子(2)和定子(3)，所述定子(3)设于机壳(1)的内腔中，转子(2)转动设于定子(3)内，且转子(2)的上端伸于机壳(1)外，其特征在于：还包括冷凝器(4)、回流管(5)、泵(6)、液体加热器(7)、蒸汽排出管(10)、冷却液箱(9)、连接管以及设有若干喷孔(81)的喷管(8)，所述喷管(8)固定连接在定子(3)上，且喷管(8)的喷孔(81)朝向转子(2)圆周面，喷管(8)的进液端通过连接管与液体加热器(7)相连，液体加热器(7)通过连接管与泵(6)的出液口相连，泵(6)的进液口通过连接管与冷却液箱(9)相连，冷却液箱(9)通过回流管(5)与机壳(1)的内腔相连通，冷凝器(4)的进液口通过蒸汽排出管(10)与机壳(1)的内腔相连通，冷凝器(4)出液口通过连接管冷却液箱(9)相连。

2.如权利要求1所述的高速电机蒸发冷却结构，其特征在于：所述定子(3)上且沿定子(3)的轴线方向包括有用于安装喷管(8)的安装槽(31)。

3.如权利要求2所述的高速电机蒸发冷却结构，其特征在于：所述喷管(8)为金属管或耐高温的高分子材料。

4.如权利要求3所述的高速电机蒸发冷却结构，其特征在于：所述机壳(1)上设有分别用于连接蒸汽排出管(10)的蒸汽孔(11)以及用于连接回流管(5)的回流孔(12)。