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一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子

阅读:33发布:2020-05-08

专利汇可以提供一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种紧凑型液体循环冷却超导 电机 定子 ,包括设置在机座组件上的定子 铁 芯和线圈,盘绕在定子铁芯周围的 冷却 水 盘管,以及设置在机座组件内的非金属 复合材料 密封圆筒组件,密封圆筒组件将定子铁芯两侧端部的线圈密封成一个封闭的区域,密封圆筒组件外分别设置内有冷却水的油-水换热器和内有冷却油的油循环管道,油循环管道穿过油-水换热器后首尾连接成一个闭式循环回路;根据油受热 密度 减小浮 力 增加的原理,油受热后上升通过管路经过密封圆筒外的油-水换热器进行换热,经 过冷 却后的油密度增大下沉到定子圆周底部,底部的冷油与通电的线圈进行热交换,再次进行循环,从而形成一个闭式油冷却循环系统。,下面是一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子专利的具体信息内容。

1.一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,包括设置在机座组件(5)上的定子铁芯(4)和线圈(6),其特征在于:还包括盘绕在定子铁芯(4)周围的冷却水盘管(3),以及设置在机座组件(5)内的非金属复合材料密封圆筒组件(7),所述的密封圆筒组件(7)将线圈(6)密封,所述的密封圆筒组件(7)外分别设置内有冷却水的油-水换热器(1)和内有冷却油的油循环管道(2),所述的油-水换热器(1)均匀分布在冷却水盘管(3)前后侧的圆周上,所述的油循环管道(2)穿过油-水换热器(1)后首尾连接。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,其特征在于,所述的油-水换热器(1)为板式换热器或板翅式换热器。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,其特征在于,所述的密封圆筒组件(7)接口部分采用O型橡胶密封圈密封。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,其特征在于,所述的油-水换热器(1)和冷却水盘管(3)的冷却水引自冷却水池或自然水源。

说明书全文

一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子

技术领域

[0001] 本发明涉及超导电机应用技术领域,特别涉及一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子。

背景技术

[0002] 超导电机中,定子是重要的组成部分。由于超导电机低温转子设计为一种处于低温绝热环境的特殊结构,使得其定子不能完全采用常规电机使用的冷却方案。
[0003] 由于整个转子的封闭性,不可能在转子开设径向或轴向通沟,不宜采用通风冷却的结构;若芯段采用套机座的冷却结构,线圈端部的热量又不能得到充分的冷却;变压器油浸泡式循环冷却的结构冷却效果较好,但是外围的配套设备较为复杂,导致整个超导电机的体积庞大。
[0004] 设计出冷却效果佳,体积小重量轻的定子是超导电机未来发展的迫切需求。

发明内容

[0005] 本发明提出了一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,解决现有超导电机定子冷却构存在的问题。
[0006] 本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是:一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,包括设置在机座组件上的定子铁芯和线圈,还包括盘绕在定子铁芯周围的冷却水盘管,线圈产生的热量通过定子铁芯传导至冷却水盘管后被带走,还包括设置在机座组件内的非金属复合材料密封圆筒组件,所述的密封圆筒组件将定子铁芯两侧端部的线圈密封成一个封闭的区域,所述的密封圆筒组件外分别设置内有冷却水的油-水换热器和内有冷却油的油循环管道,所述的油-水换热器均匀分布在冷却水盘管前后侧的圆周上,所述的油循环管道穿过油-水换热器后首尾连接成一个闭式循环回路。
[0007] 所述的一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,其油-水换热器为板式换热器,板翅式换热器等形式。
[0008] 所述的一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,其密封圆筒组件接口部分采用O型橡胶密封圈密封。
[0009] 所述的一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,其油-水换热器和冷却水盘管的冷却水可引自冷却水池或自然水源。
[0010] 本发明和现有的冷却结构相比有以下几方面的优点和改进。
[0011] 第一,本发明采用了冷却效果较好的液体介质来冷却超导电机的定子,相对于通风冷却结构可以大大提高电机的热负荷设计,针对大功率电机设计有着较大的优势。
[0012] 第二,本发明在水套机座的冷却结构基础上,特别设计了针对端部线圈冷却的复合材料密封圆筒结构以及外循环换热器结构,利用油本身的受热产生浮升的原理,产生自循环的现象,带走部分端部线圈的热量,从而解决了以上水套机座冷却定子端部线圈冷却效果差的问题。
[0013] 第三,本发明相对于沿线圈布置水管的冷却方案也有着很大的优势,沿线圈布置水管的冷却方案存在着线圈冷却不均匀,尤其端部线圈不规则形状的影响,仍然存在线圈温度局部过高的现象。本发明的端部完全浸泡在油中,接触良好,温度分布呈梯度合理分布,通过设计手段可有效预测和控制。
[0014] 第四,本发明的端部区域的冷却利用了油自身的特性,取消了油等动力设备,外围系统相对简单紧凑,对于有体积重量要求的超导电机应用场合有着较大的优势。附图说明
[0015] 图1为本发明的主视图;图2为本发明的冷却结构布置图;
图3为本发明的油循环原理图。
[0016] 图中各标记所对应的名称为:1—油-水换热器,2—油循环管道,3—冷却水盘管,4—定子铁芯,5—机座组件,6—线圈,7—密封圆筒组件。

具体实施方式

[0017] 结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下。
[0018] 本发明公开了一种超导电机定子的紧凑型液体循环冷却结构,这种循环冷却结构基于超导电机定子采用密封圆筒油冷却的结构基础,利用油受热自然循环原理并结合冷却水盘管冷却形式,解决了现有超导电机定子冷却系统体积庞大、结构复杂的问题。
[0019] 如图1、图2所示,本发明公开的一种紧凑型液体循环冷却超导电机定子,包括油-水换热器1、油循环管道2、冷却水盘管3、铁芯4、机座组件5、线圈6、复合材料密封圆筒组件7。定子铁芯4盘绕在冷却水盘管3的周围,基于传导冷却的原理冷却铁心及槽内线圈,线圈6通电工作时产生的热量通过定子铁芯4传导至冷却水盘管3后被带走。非金属复合材料密封圆筒组件7将定子铁芯4两侧端部的线圈6形成一个封闭的区域,线圈6通电工作时产生发热,与冷却油进行热交换,根据油受热密度减小,浮力增加的原理,油受热后上升通过管路经过密封圆筒外的油-水换热器1(板式换热器,板翅式换热器等形式均可以)进行换热,经过冷却后的油密度增大下沉到定子圆周底部,底部的冷油与通电的线圈6进行热交换,再次进行循环,从而形成一个闭式油冷却循环系统。
[0020] 油-水换热器1均匀分布在冷却水盘管3前后侧的圆周上,所述的油循环管道2穿过油-水换热器1后首尾连接成一个闭式循环回路。
[0021] 线圈6端部区域的冷却是基于油受热密度减小,浮力增加的原理。端部线圈冷却基于热浮升力公式△P1=ρgβH(Q/cρω)(其中ρ为20OC时油密度,β为体膨胀系数,H为油上升的高度,c为阻力系数,ω为流量)以及根据热力学公式Q=Cpm△t以及Q=KA△T(Q为线圈发热量,Cp油比热,m油的质量流量,△t整个过程油温升, K线圈表面与油的换热系数,A线圈与油接触表面积,△T线圈表面与油温差),端部线圈的温升可经以上公式计算得出;然后在线圈铁心段采用冷水管盘绕的方式冷却铁心及槽内线圈,同样基于传导冷却的原理基于热力学公式Q=Cpm△t以及Q=KA△T(Q为线圈发热量,Cp水比热,m水的质量流量,△t整个过程水温升, K线圈表面与水的等效换热系数),可以计算出铁芯段线圈的温度。
[0022] 同时油-水换热器1的冷却水路与冷却水盘管3均可引自冷却水池或自然水源,从而无需外围动力设备将超导电机定子冷却,结构紧凑,冷却效果良好,大大解决了高温超导电机定子冷却系统庞大的问题,在要求体积紧凑的超导电机应用场合有着重大的优势。
[0023] 如图3所示,封闭圆筒围绕着线圈,与线圈的间隙、外围管路以及换热器需要经过阻力和浮升力的计算,F浮力=P阻力。建立准确模型并设置的物性参数,采用CFD仿真计算可以得到精确的分析结果。所述的密封圆筒组件7接口部分采用O型橡胶密封圈密封。
[0024] 上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
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