一種新穎的電機(jī)風(fēng)路結(jié)構(gòu)

余月萍，殷毅俊

(上海上電電機(jī)有限公司，上海 200240)

0 引言

高溫氣冷堆核電站工程燃料球輸送用氦氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的置入式鼠型感應(yīng)電機(jī)，在反應(yīng)堆負(fù)載內(nèi)置于壓縮機(jī)中，與兩端的高速離心葉輪同軸工作。由于壓縮機(jī)腔內(nèi)的壓力很高，所以整個壓縮機(jī)都被一層很厚的外殼包裹著，因此如何解決電機(jī)的散熱問題就顯得非常重要。

1 電機(jī)冷卻方式

在球輸送氦壓縮機(jī)的電機(jī)冷卻方式上，目前有兩種方案，一種是采用水冷結(jié)構(gòu)，另一種是采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)。

水冷結(jié)構(gòu)冷卻效果較好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造要求高，尤其是用在球輸送氦壓縮機(jī)等內(nèi)置式結(jié)構(gòu)的電機(jī)中。另外，水冷結(jié)構(gòu)并不能直接對電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻，電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱量要依靠輻射傳導(dǎo)才能向外散熱。如果在設(shè)計(jì)或運(yùn)行時(shí)不能有效地將電機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度控制在安全區(qū)域內(nèi)工作，將會導(dǎo)致電機(jī)在工作運(yùn)行時(shí)失效。

在以往的球輸送氦壓縮機(jī)電機(jī)中也有采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)。風(fēng)路通常是以純軸向方式對電機(jī)進(jìn)行冷卻，可以對電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子同時(shí)進(jìn)行冷卻。但由于冷卻風(fēng)路長，使電機(jī)繞組兩端的溫度差異很大，冷卻效果不理想，可能會影響到電機(jī)的可靠性。

2 冷卻結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

在定子鐵心的中間設(shè)置一塊導(dǎo)風(fēng)板，導(dǎo)風(fēng)板上分別加工有若干個通風(fēng)孔和通風(fēng)槽，在定子鐵心上設(shè)有若干個軸向通風(fēng)孔(分為貫通和不貫通兩種)。當(dāng)冷卻風(fēng)流進(jìn)內(nèi)殼體后，就分成進(jìn)風(fēng)風(fēng)路1和進(jìn)風(fēng)風(fēng)路2兩路風(fēng)。

進(jìn)風(fēng)風(fēng)路1流經(jīng)導(dǎo)風(fēng)板上的通風(fēng)孔后沿著定轉(zhuǎn)子之間的氣隙又分成兩路，一路往出風(fēng)方向，另一路流經(jīng)定子鐵心上的軸向通風(fēng)孔(貫通)往出風(fēng)方向。

進(jìn)風(fēng)風(fēng)路2流經(jīng)導(dǎo)風(fēng)板上的通風(fēng)槽后，流向定子鐵心上的軸向通風(fēng)孔(不貫通)，再流經(jīng)定子鐵心上的軸向通風(fēng)孔(貫通)往出風(fēng)方向。

上述進(jìn)風(fēng)風(fēng)路1和進(jìn)風(fēng)風(fēng)路2的流經(jīng)過程，就是對電機(jī)定子鐵心、繞組端部及轉(zhuǎn)子外表面的通風(fēng)冷卻過程，最終兩路風(fēng)匯合成一起，將熱量帶走。

3 具體實(shí)施方案

圖1中，電機(jī)帶繞組定子鐵心2安裝在內(nèi)殼體4內(nèi)。內(nèi)殼體4中間的圓周上加工了若干個孔。這些孔與導(dǎo)風(fēng)板3上的通風(fēng)孔和通風(fēng)槽對齊。裝有電機(jī)帶繞組定子鐵心2的內(nèi)殼體4放置在外殼體1內(nèi)。在內(nèi)殼體4和外殼體5中間設(shè)有冷卻風(fēng)的進(jìn)口通道和排放熱量的出風(fēng)通道。

如圖2為圖1中標(biāo)注進(jìn)風(fēng)風(fēng)路1的剖視示意圖。冷卻風(fēng)從內(nèi)殼體4上的孔進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)板3上的通風(fēng)孔，流向電機(jī)轉(zhuǎn)子1和有繞組定子鐵心2之間的氣隙，分成左、右兩路冷卻風(fēng)。左路的冷卻風(fēng)在通過氣隙后流入左側(cè)腔內(nèi)，經(jīng)出風(fēng)通道排出電機(jī)外面。右路的冷卻風(fēng)在通過氣隙后流向右側(cè)腔內(nèi)，在冷卻繞組端部后進(jìn)入電機(jī)有繞組定子鐵心2中的軸向通風(fēng)孔(貫通)后流向左側(cè)腔內(nèi)，經(jīng)出風(fēng)通道排出電機(jī)外面。

圖3 進(jìn)風(fēng)風(fēng)路2的示意圖

如圖3為圖1中標(biāo)注進(jìn)風(fēng)風(fēng)路2的剖視示意圖。冷卻風(fēng)從內(nèi)殼體4上的孔進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)板3上的通風(fēng)槽，流向有繞組定子鐵心2上的軸向通風(fēng)孔(不貫通)。在冷卻繞組端部后，進(jìn)入電機(jī)有繞組定子鐵心2中的軸向通風(fēng)孔(貫通)后流向左側(cè)腔內(nèi)，經(jīng)出風(fēng)通道排出電機(jī)外面。

從圖1上可以看到整個冷卻風(fēng)路的結(jié)構(gòu)示意圖，可以均勻地對電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵心及繞組端部表面進(jìn)行冷卻。

整個風(fēng)路結(jié)構(gòu)可對轉(zhuǎn)子外表面、定子鐵心、繞組表面等發(fā)熱面進(jìn)行均勻的冷卻，大大提高了電機(jī)的運(yùn)行可靠性。在結(jié)構(gòu)上又簡單可行，易于加工制造，實(shí)用性好。且用在新型的球輸送氦壓縮機(jī)電機(jī)中，效果要明顯優(yōu)于純軸向通風(fēng)方式對電機(jī)進(jìn)行的冷卻，同時(shí)還可推廣到其它有特殊結(jié)構(gòu)要求的電機(jī)上使用。

4 應(yīng)用及展望

本風(fēng)路結(jié)構(gòu)現(xiàn)已成功應(yīng)用于氦氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的置入式鼠籠感應(yīng)異步電動機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到10290 r/min。該電機(jī)已經(jīng)過滿轉(zhuǎn)速空載試驗(yàn)，試驗(yàn)值與設(shè)計(jì)值非常接近。電機(jī)在高速運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行平穩(wěn)，未發(fā)現(xiàn)臨界震動情況。通過120%額定轉(zhuǎn)速的超速試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子經(jīng)受了高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用下未發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞，驗(yàn)證了轉(zhuǎn)子風(fēng)路結(jié)構(gòu)應(yīng)用的合理性。