一种无空冷器的大型灯泡贯流式水轮发电机通风冷却系统

技术领域

本发明涉及水轮发电机技术领域，具体涉及一种无空冷器的大型灯泡贯流式水轮发电机通风冷却系统。

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，而大型灯泡贯流式水轮发电机是水力发电一种常见的结构。灯泡贯流式水轮发电机通常包括机组主体、设置在流道内的灯泡体和用于输出冷却空气的冷却风机，机组主体包括定子机座、设置在定子机座上由定子铁心和定子线棒构成的定子、转子支架、可转动地设置在转子支架上且由转子磁轭和转子磁极构成的转子。由于灯泡贯流式水轮发电机安装在流道中封闭的灯泡体内，因此，定子和转子在工作发电时所产生的热量不易散发，为了保证水轮机流道特性和不影响转轮效率，发电机的外形尺寸（尤其是灯泡体的尺寸）会受到一定的限制，因此，整个机组的冷却条件较差，不利于发电机的散热和冷却。

在现有的灯泡贯流式水轮发电机的冷却系统中，冷却风机输出冷却空气，冷却空气通过管路进入灯泡体内，进入灯泡体内的冷却空气对定子、转子等吸热冷却后到达定子机座，吸热后温度上升的冷却空气通过管路进入空气冷却器（热交换器），在空冷器中进行热交换降温后进入冷却风机重新开始循环。由于灯泡体内的空间有限，因此，空冷器通常只能设置在灯泡体外面，然后通过相应的管路与灯泡体相连接，以便将低温的冷却空气送进灯泡体内，将吸热后温度上升的冷却空气抽出进行冷却降温，进而实现冷却空气的循环流动。可以理解的是，空冷器自身还需要一套泵组和相应的管路系统为其提供冷却水，这不仅都会增加水电站初期的建设成本，也会增加后期检修维护的工作量和难度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的大型灯泡贯流式水轮发电机通风冷却系统所存在的结构复杂、成本高、维护难的问题，提供一种一种无空冷器的大型灯泡贯流式水轮发电机通风冷却系统，在确保冷却效果的前提下，可显著地简化整体结构，降低制造成本，并方便后期的维护。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种一种无空冷器的大型灯泡贯流式水轮发电机通风冷却系统，包括发电机组主体、设置在流道内的灯泡体、用以输出冷却空气的冷却风机，灯泡体靠近流道上游一端为前端，靠近下游一端为后端，所述发电机组主体包括通过过渡段连接在灯泡体后端的定子机座、设置在定子机座上的定子、设置在转子支架上的转子，所述冷却风机设置在灯泡体内，冷却风机靠近灯泡体后端的出风口朝向转子支架，所述过渡段和灯泡体为包括外层和内层的双层结构，在外层的内侧壁上设有散热片，散热片在内层和外层之间分隔成散热通道，冷却风机靠近灯泡体前端的进风口与灯泡体内的散热通道相连通，过渡段的散热通道中远离灯泡体的后端朝向定子机座。

和现有技术相类似地，本发明的灯泡贯流式水轮发电机包括发电机组主体、设置在流道内的灯泡体、用以输出冷却空气的冷却风机，灯泡体靠近流道上游一端为前端，靠近下游一端为后端，所述发电机组主体包括通过过渡段连接在灯泡体后端的定子机座、设置在定子机座上的定子、设置在转子支架上的转子。当发电机工作发电时，冷却风机运转，其输出的冷却空气即可对灯泡体内的发电机组主体进行吸热降温，从而实现灯泡贯流式水轮发电机的冷却。

本发明将冷却风机设置在灯泡体内，并使冷却风机靠近灯泡体后端的出风口朝向转子支架。尤其是，本发明的过渡段和灯泡体采用包括外层和内层的双层结构，并在外层的内侧壁上设有散热片。这样，散热片在内层和外层之间分隔成散热通道。当冷却风机运转时，由于冷却风机靠近灯泡体前端的进风口与灯泡体内的散热通道相连通，因此，灯泡体内的散热通道前端可形成真空负压效应，冷却风机的出风口吹出的低温气流吹向转子支架，以便对转子支架、设置在转子支架上的转子、定子等进行吸热降温，然后进入过渡段、以及灯泡体的散热通道内，最后由冷却风机的进风口吸入，以实现冷却空气的循环流动。

可以理解的是，灯泡体以及过渡段都是浸泡在流道内低温的水流中的，也就是说，流道的水流成为灯泡体以及过渡段天然的冷却水。由于在灯泡体以及过渡段外层的内侧壁上设有散热片，因此，有利于高温的冷却空气和外面低温的水流进行充分的热交换。由于灯泡体和过渡段具有极大的表面积，因此，其与流道中的水流具有极佳的热交换效果，可使高温的冷却空气快速降温，从而提升对水轮发电机的冷却效果，并且可最大限度地降低制造、使用、以及维护成本。

作为优选，所述散热片为铜翅片。

铜翅片可最大限度地提升散热片的热交换效率，从而有利于冷却空气中的热量通过散热片传导给流道中的冷水，进而提升整机的冷却效果。

作为优选，在灯泡体内设有前后两块安装板，安装板与灯泡体的轴线相垂直，靠近前端灯泡体的内层边缘与前面的安装板密封连接，靠近后端灯泡体的内层边缘与后面的安装板密封连接，在前、后两块安装板之间连接有若干沿灯泡体轴向延伸的通风管道，所述冷却风机设置在通风管道内，通风管道的前后两端分别贯通前后两块安装板，通风管道的前端开口构成冷却风机的进风口，通风管道的后端开口构成冷却风机的出风口。

本发明在灯泡体内设有前后两块相互平行的安装板，并且靠近前端灯泡体的内层边缘与前面的安装板密封连接，靠近后端灯泡体的内层边缘与后面的安装板密封连接。也就是说，在灯泡体内形成一个由前后两块安装板、灯泡体的内层拼接构成密封的中空体，并且该中空体的前端灯泡体之间的空隙与散热通道的前端相连通。由于在前、后两块安装板之间连接有若干沿灯泡体轴向延伸、并且内部设置有冷却风机的通风管道，因此，通风管道的前端开口通过所述空隙与散热通道的前端相连通。

当冷却风机运转时，一方面可将冷却空气吹向转子支架，以便对转子支架、设置在转子支架上的转子以及定子等进行吸热降温；另一方面，在冷却风机的作用下，与散热通道的前端相连通的所述空隙形成真空负压，因此，吸热后温度上升的冷却空气可通过散热通道进入到所述空隙内，从而实现冷却空气的循环流动。可以理解的是，我们也可以在前端灯泡体内侧设置若干散热片，以便进入到所述空隙内的冷却空气能通过散热片前端的灯泡体侧壁将热量传递给外面流动的低温水流。

作为优选，所述通风管道在周向上均匀分布，以便于向转子支架输出在周向上均匀一致的冷却空气，并且可均匀地吸入从灯泡体内一圈散热通道流出的冷却空气，以最大限度地提升散热通道的散热冷却效果。

因此，本发明具有如下有益效果：在确保冷却效果的前提下，可显著地简化整体结构，降低制造成本，并方便后期的维护。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图中：1、灯泡体 11、内层 12、外层 13、安装板 14、密封中空体 15、通风管道 16、散热通道 17、流通空隙 2、冷却风机 21、出风口 22、进风口 3、过渡段 4、定子机座 41、定子 5、散热片 7、转子支架 71、转子。

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。

如图1所示，一种一种无空冷器的大型灯泡贯流式水轮发电机通风冷却系统，包括发电机组主体、设置在流道内的灯泡体1、用以输出冷却空气的冷却风机2，灯泡体靠近流道上游一端为前端，靠近下游一端为后端。发电机组主体包括通过过渡段3连接在灯泡体后端的定子机座4、设置在定子机座上的定子41、设置在定子内的转子支架7、设置在转子支架上的转子71，冷却风机设置在灯泡体内，冷却风机靠近灯泡体后端的出风口21朝向转子支架。当发电机工作发电时，冷却风机运转，其输出的冷却空气即可对灯泡体内的发电机组主体进行吸热降温，从而实现灯泡贯流式水轮发电机的冷却。

需要说明的是，灯泡贯流式水轮发电机本身属于现有技术，因此，对于灯泡体、过渡段等的具体形状等不作详细的描述。本实施例中将流道中水流上游一侧称为前侧（或前端），将流道中水流下游一侧称为后侧（或后端）。

为了提升冷却效果，本发明的过渡段和灯泡体侧壁为包括外层12和内层11的双层结构，并在外层的内侧壁上设置散热片5，散热片将内层和外层之间的环套状空隙分隔成散热通道16，冷却风机靠近灯泡体前端的进风口22与灯泡体内的散热通道相连通，过渡段的散热通道中远离灯泡体的后端朝向定子机座。

当冷却风机运转时，由于冷却风机靠近灯泡体前端的进风口与灯泡体内的散热通道相连通，因此，灯泡体内的散热通道前端可形成真空负压效应，冷却风机的出风口吹出的低温气流吹向转子支架，以便对转子支架、设置在转子支架上的转子以及定子等进行吸热降温，然后进入过渡段、以及灯泡体的散热通道内，最后由冷却风机的进风口吸入，以实现冷却空气的循环流动。

由于灯泡体以及过渡段都是浸泡在流道内低温的水流中的，也就是说，流道的水流成为灯泡体以及过渡段内吸热后温度上升的冷却空气天然的冷却水。由于在灯泡体以及过渡段外层的内侧壁上设有散热片，因此，有利于散热通道内高温的冷却空气和外面低温的水流进行充分的热交换。在此过程中，高温的冷却空气首先将热量传递给散热片，散热片则将热量传递给过渡段和灯泡体的外层，过渡段和灯泡体的外层再将热量传递给流道中的低温水流。

由于灯泡体和过渡段具有极大的表面积，因此，其与流道中的水流具有极佳的热交换效果，可使高温的冷却空气快速降温，从而提升对水轮发电机的冷却效果，并且可最大限度地降低制造、使用、以及维护成本。也就是说，温度上升的冷却空气在散热通道内降温后再由冷却风机的进风口吸入，然后又冷却风机的出风口吹出，以便对转子支架、转子、定子等进行冷却。

优选地，散热片可采用铜翅片。

此外，散热片优选地可沿过渡段、灯泡体的轴向延伸布置，以方便加工制造。或者，散热片也可在过渡段、灯泡体外层的内侧壁上呈螺旋状延伸布置，从而可延长散热通道的路径，以便使冷却空气实现最大的热交换量，尽量降低冷却空气的温度。

另外，在散热片的两侧还可间隔设置横向切口，横向切口包括与散热片侧面垂直的内凹侧面、由内凹侧面的底边向前倾斜延伸至与散热片侧面顺滑连接的导向侧面，从而使横向切口在散热片的轴向截面内呈三角形。当冷却空气在散热通道内由后向前流动时，首先会沿着散热片光滑的侧面流动。当流动至横向切口处时，散热通道的横截面会瞬间增大，其压力会瞬间下降，然后冷却空气会沿着倾斜的导向侧面流动。可以理解的是，一方面，冷却空气在此流动过程中不会因设有横向切口的散热片而明显地增加流动阻力，另一方面冷却空气在此流动过程中会形成充分的紊流，从而极大地提升冷却空气与散热片的热交换量。当然，散热片两侧的横向切口在长度方向应错位布置。

作为一种优选方案，我们可在灯泡体内设置前后两块相互平行的圆形安装板13，安装板与灯泡体的轴线相垂直，靠近前端灯泡体的内层边缘与前面的安装板密封连接，靠近后端灯泡体的内层边缘与后面的安装板密封连接，从而在灯泡体内形成一个由前后两块安装板、灯泡体的内层拼接构成的密封中空体14，并且在密封中空体与前端的灯泡体侧壁之间形成与灯泡体的散热通道连通的流通空隙17。

此外，我们需要在前、后两块安装板之间连接若干沿灯泡体轴向延伸并贯通密封中空体的通风管道15，并在通风管道内设置所述的冷却风机。这样，通风管道的前端开口构成冷却风机的进风口，通风管道的后端开口构成冷却风机的出风口。此时，通风管道的前端开口通过所述流通空隙与灯泡体上的散热通道的前端相连通。

当冷却风机运转时，一方面可将低温的冷却空气吹向转子支架，以便对转子支架、设置在转子支架上的转子以及定子等进行吸热降温；另一方面，在冷却风机的作用下，与散热通道的前端相连通的所述流通空隙形成真空负压。因此，吸热后温度上升的冷却空气可通过过渡段上的散热通道、灯泡体上的散热通道换热降温后进入到所述流通空隙内，从而实现冷却空气的循环流动。可以理解的是，我们也可以在前端灯泡体内侧设置若干散热片，以便进入到所述流通空隙内的冷却空气能通过散热片前端的灯泡体侧壁将热量传递给外面流动的低温水流。

优选地，我们可使通风管道在密封中空体的周向上均匀分布，以便于向转子支架输出在周向上均匀一致的冷却空气，并且可均匀地吸入从灯泡体内一圈散热通道流出的冷却空气，以最大限度地提升散热通道的散热冷却效果。