CN220421600U - 一种采用高压风冷与水冷相结合的发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用高压风冷与水冷相结合的发电机，包括皮带轮，前端盖总成，定子总成，转子总成，水套，后端盖总成，进气管，排气管。本实用新型采用高压风冷与水冷相结合的散热模式，为发电机在体积不变的前提下大幅度提高输出功率提供了一种解决方案。

Description

一种采用高压风冷与水冷相结合的发电机

技术领域

本实用新型涉及发电机技术领域，具体为一种采用高压风冷与水冷相结合的发电机。

背景技术

相比较于风冷散热，发电机采用水冷散热的方式，冷却效率高，可以更有效地冷却发电机定子产生的热量；但是采用这种散热方式，发电机内部的转子结构无法直接散热，这就限制了发电机功率密度的提高。如果采用依靠传动轴驱动的机械扇叶进行风冷散热，因为扇叶的存在，发电机的长度就会加大，对安装空间就会提出更高的要求；由于采用了开放式的结构，采用这种散热方式的发电机无法满足较高的防护等级要求；由于通风量受到发电机转速的影响，采用这种散热方式的发电机在转速较低时，其散热效率并不高。在发电机体积不变的前提下，想要进一步提高输出功率，发电机的转子和定子都会产生更多的热量。如果采用单一的散热方式，常常由于散热问题得不到有效解决，而不能让发电机在体积不变的前提下，大幅度提高输出功率。基于此，本实用新型设计了一种采用高压风冷与水冷相结合的发电机，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种采用高压风冷与水冷相结合的发电机，以解决上述背景技术提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种采用高压风冷与水冷相结合的发电机，包括皮带轮锁紧螺母、皮带轮、定位圈、排气管、前端盖、前轴承、轴承盖板、键、轴、连接螺栓、爪极一号、转子绕组一号、绕组骨架一号、爪极二号、爪极三号、转子绕组二号、绕组骨架二号、爪极四号、定子绕组、定子铁芯、密封圈一号、水套、密封圈二号、后轴承、后端盖、密封圈三号、碳刷总成、集电环、后端盖安装板、进气管以及线缆引出接头组成，所述的轴，爪极一号，转子绕组一号，绕组骨架一号，爪极二号，爪极三号，转子绕组二号，绕组骨架二号，爪极四号通过压力机通过轴上的滚花压配连为一体，成为转子总成，定子绕组，定子铁芯，形成定子总成，前端盖，前轴承，轴承盖板，密封圈一号，水套，密封圈二号，后轴承，后端盖，密封圈三号，后端盖安装板与定子总成，转子总成通过连接螺栓成为一体构成发电机的整体结构。

更进一步的，所述的排气管，水套，进气管的数量均为1件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用高压风冷与水冷相结合的散热模式，在体积不变的前提下，发电机的输出功率大幅提高，从而提高了功率密度；由于采用较为密闭的结构，发电机的防护等级大幅提高，适用工况得到极大拓展；即使发电机在较低的转速下工作，也能保证较高的散热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为采用高压风冷与水冷相结合的发电机的部件示意图；

图2为采用高压风冷与水冷相结合的发电机的装配图；

图3为采用高压风冷与水冷相结合的发电机的效果图；

图4为采用高压风冷与水冷相结合的发电机的水套示意图；

图5为采用高压风冷与水冷相结合的发电机的接口示意图；

图6为采用高压风冷与水冷相结合的发电机的气体导流结构示意图；

图7为采用高压风冷与水冷相结合的发电机的气体走向示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下:

1-皮带轮锁紧螺母,2-皮带轮，3-定位圈，4-排气管，5-前端盖，6-前轴承，7-轴承盖板，8-键，9-轴，10-连接螺栓，11-爪极一号，12-转子绕组一号，13-绕组骨架一号，14-爪极二号，15-爪极三号，16-转子绕组二号，17-绕组骨架二号，18-爪极四号，19-定子绕组，20-定子铁芯，21-密封圈一号，22-水套，23-密封圈二号，24-后轴承，25-后端盖，26-密封圈三号，27-碳刷总成，28-集电环，29-后端盖安装板，30-进气管，31-线缆引出接头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，本装置包括皮带轮锁紧螺母1、皮带轮2、定位圈3、排气管4、前端盖5、前轴承6、轴承盖板7、键8、轴9、连接螺栓10、爪极一号11、转子绕组一号12、绕组骨架一号13、爪极二号14、爪极三号15、转子绕组二号16、绕组骨架二号17、爪极四号18、定子绕组19、定子铁芯20、密封圈一号21、水套22、密封圈二号23、后轴承24、后端盖25、密封圈三号26、碳刷总成27、集电环28、后端盖安装板29、进气管30以及线缆引出接头31组成，轴9，爪极一号11，转子绕组一号12，绕组骨架一号13，爪极二号14，爪极三号15，转子绕组二号16，绕组骨架二号17，爪极四号18通过压力机通过轴上的滚花压配连为一体，成为转子总成，定子绕组19，定子铁芯20形成定子总成，前端盖5，前轴承6，轴承盖板7，密封圈一号21，水套22，密封圈二号23，后轴承24，后端盖25，密封圈三号26，后端盖安装板29与定子总成，转子总成通过连接螺栓10成为一体构成发电机的整体结构，排气管4，水套22，进气管30的数量均为1件。

发电机在工作时，由发电机驱动轴输入的机械能转换为电能，伴随着能量转换过程，产生了大量的热，主要包括由定子铜损，转子铜损，定子铁损，转子铁损，轴承摩擦产生的热量，其中定子总成和转子总成是主要热源，占据了发电机发热量的96％以上，工程技术人员主要需要考虑定子与转子的散热问题。高功率密度发电机受限于体积要求，往往散热条件不佳，发热很严重。采用一般的机械扇叶风冷，水套水冷或者二者相结合的散热模式，往往还是不能解决散热不良的问题；特别是在大功率，低转速的工况下，发电机的发热问题更严重。在本实用新型实施例中，发电机的定子外侧加装了水套22，由于水冷的散热效率比风冷更高，这样就能带走更多的热量。为了充分发挥水套的散热能力，水套22与定子采用紧配合，同时在二者的接触面之间涂覆一层导热硅脂。如果采用一般的机械扇叶给转子总成通风散热，通风量会随着发电机转速的变化而变化。当发电机转速过低时(≤1500rpm)，通风量很小，这时发电机的散热效率很低。如果想要提升发电机在低转速运行时的通风量，加大机械扇叶，增大发电机的安装尺寸，降低发电机的功率密度，给安装带来很大不便。同时，由于通过驱动轴带动机械扇叶给电机内部通风散热的发电机是开放式的结构，防护等级比较低，使用场合受到限制。因而设计了采用高压风冷与水冷相结合的发电机模式，发电机的冷却管路接口高压冷却气体经过低温高压冷却气体进口，后端盖导流通风孔，转子与定子之间的气隙，前端盖，高温高压冷却气体出口，排到发电机外部，低温高压冷却气体进入发电机，带走转子总成所产生的全部热量与定子总成所产生的一部分热量，形成高温高压冷却气体排出；与此同时，低温冷却液体经过低温冷却液体进口进入水套22内部，由于定子铁芯20与水套22之间存在温差，发生热传递，冷却液体不断吸收热量，变成高温冷却液体，并经过高温冷却液体出口流出，进入散热单元，在冷凝器里变成低温冷却液体，再次经过低温冷却液体进口进入水套22内，不断循环，带走发电机定子总成产生的热量。由于采用了高压冷却气体(0.35MPa)通过软管(内径8mm)进入发电机内部进行通风散热的方式，因而发电机没有机械扇叶，减小了发电机的体积，提高了发电机的功率密度。由于通风散热气体的流量与发电机的转速无关，因而在低转速大功率工作时，发电机的散热效率并不会发生变化。由于冷却气体的压力较高(0.35MPa)，与机械扇叶相比较，通风量大了3-3.5倍，因而发电机的散热效果更好，发电机在相同的体积下，拥有更大的输出功率，由于发电机采用高压风冷与水冷相结合的散热模式，发电机是一个相对密闭的结构，提高了发电机的防护等级，拓宽了发电机的使用场合。设计合理的冷却气体导流结构，可以使风量分布的更均匀，避免局部过热，进一步提高风冷部分的散热效率。

经过多次实际测试，发现采用高压风冷与水冷相结合的发电机模式，有效解决了发电机在大功率输出时散热不良的问题，大幅度提高了发电机的最大输出功率，减小了发电机的体积，提高了发电机的防护等级。尤其要指出当发电机的工作环境温度较高，转速较低或者处于一个相对封闭，通风不良的环境里时，散热效果会更突出。本实用新型实施例中，由于大幅度降低了发电机的温度，除了提升了发电机的输出功率以及功率密度外，还提升了发电机的工作效率，降低了故障率。

相同体积的采用机械扇叶风冷的发电机的稳态测试数据图如下：

输出功率	发电机转速	转子温升	定子温升
				kVA	rpm	℃	℃
1.5	2180	77	73
				2.5	2320	78.1	78.2
3.5	2460	81	82
				4.5	2700	85.3	89.6
5.5	2800	88	94
				6.5	3150	86.5	110.5
7.5	3460	83.6	117
				8.5	3800	81	124
9.5	4190	80.5	131.3
				10.5	4710	80	142
11.5	6200	79.5	150.2

相同体积的采用水套水冷的发电机的稳态测试数据图如下：

输出功率	发电机转速	转子温升	定子温升
				kVA	rpm	℃	℃
1.5	2200	80	51.2
				2.5	2430	83.2	55
3.5	2780	85	60.6
				4.5	2950	89	68
5.5	3050	95.6	76
				6.5	3490	102	87.5
7.5	3780	111	93
				8.5	4360	122.5	101
9.5	5200	135	108.2
				10.5	6550	150.6	119

采用高压风冷与水冷相结合的发电机的稳态测试数据图如下：

输出功率	发电机转速	转子温升	定子温升
				kVA	rpm	℃	℃
1.5	1950	40	36
				2.5	2100	41.8	38.5
3.5	2250	43.9	41
				4.5	2420	45.4	45.1
5.5	2550	47.9	49
				6.5	2690	50.2	53
7.5	2700	52.6	58.5
				8.5	2780	55.1	63
9.5	2920	58.7	68.3
				10.5	3120	62	73
11.5	3290	65.1	79.6
				12.5	3450	68.5	85
13.5	3600	72	92.2
				14.5	3810	76	99
15.5	4000	80.5	107
				16.5	4195	85.1	115.5
17.5	4455	89.1	123
				18.5	4750	93.8	131.5
19.5	5580	98.6	140
				20.5	6500	103.6	149.8

Claims (2)

1.一种采用高压风冷与水冷相结合的发电机，其特征在于：包括皮带轮锁紧螺母(1)、皮带轮(2)、定位圈(3)、排气管(4)、前端盖(5)、前轴承(6)、轴承盖板(7)、键(8)、轴(9)、连接螺栓(10)、爪极一号(11)、转子绕组一号(12)、绕组骨架一号(13)、爪极二号(14)、爪极三号(15)、转子绕组二号(16)、绕组骨架二号(17)、爪极四号(18)、定子绕组(19)、定子铁芯(20)、密封圈一号(21)、水套(22)、密封圈二号(23)、后轴承(24)、后端盖(25)、密封圈三号(26)、碳刷总成(27)、集电环(28)、后端盖安装板(29)、进气管(30)以及线缆引出接头(31)组成，所述的轴(9)，爪极一号(11)，转子绕组一号(12)，绕组骨架一号(13)，爪极二号(14)，爪极三号(15)，转子绕组二号(16)，绕组骨架二号(17)，爪极四号(18)通过压力机通过轴上的滚花压配连为一体，成为转子总成，定子绕组(19)，定子铁芯(20)形成定子总成，前端盖(5)，前轴承(6)，轴承盖板(7)，密封圈一号(21)，水套(22)，密封圈二号(23)，后轴承(24)，后端盖(25)，密封圈三号(26)，后端盖安装板(29)与定子总成，转子总成通过连接螺栓(10)成为一体构成发电机的整体结构。

2.根据权利要求1所述的一种采用高压风冷与水冷相结合的发电机，其特征在于所述的排气管(4)，水套(22)，进气管(30)的数量均为1件。