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用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道

用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道

IPC分类号 : G21C15/00,H02K9/12,F16C37/00

申请号
CN201320613437.3
可选规格
  • 专利类型: 实用新型专利
  • 法律状态: 有权
  • 申请日: 2013-09-30
  • 公开号: 203552712U
  • 公开日: 2014-04-16
  • 主分类号: G21C15/00
  • 专利权人: 清华大学

专利摘要

用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,从上至下主要包括冷却器、上冷却叶轮、电机定子、电机转子和轴孔形成的流道,该流道包括通过电机壳和连接壳体分隔的电机壳外流道和电机壳内流道,热氦通过壳体下出气孔从电机壳内流道流入电机壳外流道,冷氦通过冷却器从电机壳外流道流入电机壳内流道;氦气在该流道流动时,能对各轴承和电机定子、转子依次进行冷却;尤其是设置轴孔对轴进行冷却,设置外槽钢引入气流强化对下径向轴承的冷却,保证了电机腔内各部件的冷却和环境温度不超过60℃;电机壳内流道设置四个气流汇集区,对氦气的流动进行合理引导,保证了冷却效果;该流道结构紧凑,能在电机腔有限空间内布置,及时带走电机腔内热量,保证了主氦风机的可靠运行。

权利要求

1.用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,从上至下主要包括冷却器(2)、上冷却叶轮(4)、电机定子、电机转子和轴孔(6)形成的流道,其特征在于:所述流道包括电机壳外流道和电机壳内流道,电机壳外流道和电机壳内流道通过电机壳(13)和连接壳体(3)分隔,热氦通过壳体下出气孔(22)从电机壳内流道流入电机壳外流道,冷氦通过冷却器(2)从电机壳外流道流入电机壳内流道;

所述电机壳内流道包括四个气体汇集区,其中:第一汇集区为冷却器(2)的出口至上冷却叶轮(4)之间被连接壳体包围的流动空间,第二汇集区为轴上方电机绕组端部区域,第三汇集区为轴下方电机绕组端部区域,第四汇集区为轴下端区域;

所述第一汇集区的气流分流为两部分:流入上冷却叶轮(4)的大部分氦气和流入轴孔(6)的少部分氦气;

所述第二汇集区的气流分流为五部分:流入上端板(8)与上壁板(11)之间的流动区域;流入气隙(26);从护环气孔(9)进入转子内部;流入内槽钢(23);流入外槽钢(12);

流入轴孔(6)的氦气通过轴斜孔(16)流入第四汇集区,和流入外槽钢(12)的氦气在第四汇集区汇合,然后共同通过连接板斜孔(19)流入第三汇集区,与其它分流气体在第三汇集区汇合,一起通过壳体下出气孔(22)流入电机壳外流道。

2.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,其特征在于:所述内槽钢(23)布置在定子外径处,轴向长度从上端板(8)下表面至下端板(21)上表面。

3.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,其特征在于:所述外槽钢(12)布置在电机壳(13)外径处,轴向长度从上端板(8)下表面至电机腔(1)的底座表面。

4.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,其特征在于:所述外槽钢(12)与所述内槽钢(23)沿圆周方向错开布置,没有重叠。

5.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,其特征在于:所述上壁板(11)布置在定子上轴端高度处,还包括布置在定子下轴端高度处的下壁板(14),所述上壁板(11)和下壁板(14)整体呈圆环板,其内壁直径与定子外径相等,从内壁开始沿外径方向,开有与内槽钢(23)形状和尺寸对应的凸孔,内槽钢(23)布置在凸孔内,在所述上壁板(11)和下壁板(14)上还开有多个壁板气孔(31)。

6.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,其特征在于:还包括设置在轴下端的下冷却叶轮(17),所述下冷却叶轮(17)为闭式叶轮、开式叶轮或半开式叶轮。

7.根据权利要求6所述的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,其特征在于:所述轴斜孔(16)一端与轴孔(6)连通,另一端与下冷却叶轮(17)进口连通,所述轴斜孔(16)沿轴周向均匀分布,其中心线与轴线相交。

8.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,其特征在于:所述连接板斜孔(19)布置在位于下端板(21)和下径向轴承(18)的轴承盖之间的连接板(20)上,连接板斜孔(19)沿连接板(20)周向均匀布置。

9.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,其特征在于:所述壳体下出气孔(22)为在第三汇集区高度处的电机壳(13)上沿径向的开孔,所述壳体下出气孔(22)和外槽钢(12)错开布置,没有重叠。

10.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,其特征在于:还包括上端板(8)在圆环区域沿轴向开的上端板气孔(7)、第二汇集区高度处对应外槽钢(12)的电机壳(13)上沿径向开的壳体上出气孔(32)以及在第四汇集区高度处对应外槽钢(12)的电机壳(13)上沿径向开的电机壳进气孔(15)。

说明书

技术领域

本实用新型涉及高温气冷堆工程技术领域,具体涉及一种用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道。

背景技术

高温气冷堆是以石墨为慢化剂、氦气为冷却剂的高温反应堆,是一种固有安全性好、发电效率高、用途极为广泛的先进核反应堆。高温气冷堆核电站通过主氦风机驱动一回路内的氦气冷却剂循环流动。主氦风机为单级立式离心压缩机,电机与叶轮同轴,安装在蒸汽发生器压力容器内的上方。由于电气部件不能耐高温,所以主氦风机总体结构包括风机腔和电机腔两部分。风机腔内布置叶轮、扩压器等机械部件,与250℃氦气直接接触;电机腔内主要布置电机等电气部件,腔内温度最高不超过60℃。因此电机腔的温度控制非常重要。

主氦风机转子采用电磁轴承支承。在有限的电机腔密闭空间内,布置了驱动电机和电磁轴承这些连续工作的电气部件,且驱动电机设计功率为4500kW,发热量大,需要合理布置电气腔内氦气冷却剂通道,才能将热量及时带出,保证电机腔内温度不超过60℃,保障电机和电磁轴承的可靠工作,进而保障主氦风机的可靠工作。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题,本实用新型的目的在于提供一种用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,能够保证电机腔内环境温度不超过60℃,进而保障主氦风机的可靠运行。

为达到以上目的,本实用新型采用如下技术方案:

用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,从上至下主要包括冷却器2、上冷却叶轮4、电机定子、电机转子和轴孔6形成的流道,其特征在于:所述流道包括电机壳外流道和电机壳内流道,电机壳外流道和电机壳内流道通过电机壳13和连接壳体3分隔,热氦通过壳体下出气孔22从电机壳内流道流入电机壳外流道,冷氦通过冷却器2从电机壳外流道流入电机壳内流道;所述电机壳内流道包括四个气体汇集区,其中:第一汇集区为冷却器2的出口至上冷却叶轮4之间被连接壳体包围的流动空间,第二汇集区为轴上方电机绕组端部区域,第三汇集区为轴下方电机绕组端部区域,第四汇集区为轴下端区域;所述第一汇集区的气流分流为两部分:流入上冷却叶轮4的大部分氦气和流入轴孔6的少部分氦气;所述第二汇集区的气流分流为五部分:流入上端板8与上壁板11之间的流动区域;流入气隙26;从护环气孔9进入转子内部;流入内槽钢23;流入外槽钢12;流入轴孔6的氦气通过轴斜孔16流入第四汇集区,和流入外槽钢12的氦气在第四汇集区汇合,然后共同通过连接板斜孔19流入第三汇集区,与其它分流气体在第三汇集区汇合,一起通过壳体下出气孔22流入电机壳外流道。

所述内槽钢23布置在定子外径处,轴向长度从上端板8下表面至下端板21上表面。

所述外槽钢12布置在电机壳13外径处,轴向长度从上端板8下表面至电机腔1的底座表面。

所述外槽钢12与所述内槽钢23沿圆周方向错开布置,没有重叠。

所述上壁板11布置在定子上轴端高度处,还包括布置在定子下轴端高度处的下壁板14,所述上壁板11和下壁板14整体呈圆环板,其内壁直径与定子外径相等,从内壁开始沿外径方向,开有与内槽钢23形状和尺寸对应的凸孔,内槽钢23布置在凸孔内,在所述上壁板11和下壁板14上还开有多个壁板气孔31。

还包括设置在轴下端的下冷却叶轮17,所述下冷却叶轮17为闭式叶轮、开式叶轮或半开式叶轮。

所述轴斜孔16一端与轴孔6连通,另一端与下冷却叶轮17进口连通,所述轴斜孔16沿轴周向均匀分布,其中心线与轴线相交。

所述连接板斜孔19布置在位于下端板21和下径向轴承18的轴承盖之间的连接板20上,连接板斜孔19沿连接板20周向均匀布置。

所述壳体下出气孔22为在第三汇集区高度处的电机壳13上沿径向的开孔,所述壳体下出气孔22和外槽钢12错开布置,没有重叠。

还包括上端板8在圆环区域沿轴向开的上端板气孔7、第二汇集区高度处对应外槽钢12的电机壳13上沿径向开的壳体上出气孔32以及在第四汇集区高度处对应外槽钢12的电机壳13上沿径向开的电机壳进气孔15。

本实用新型和现有技术相比,具有如下优点:

本实用新型提供的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,结构紧凑,能在电机腔有限空间内布置;充分利用电机的结构,保证氦气对所有需冷却部件进行冷却,及时地将电机腔内热量带出,保证电机腔内环境温度不超过60℃,进而保障主氦风机的可靠运行。

附图说明

图1为用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道示意图。

图2为图1沿A-A截面的俯视图。

图3为用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道壁板俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例,对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1所示,本实用新型用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,从上至下主要包括冷却器2、上冷却叶轮4、电机定子、电机转子和轴孔6形成的流道,氦气从流道中流过。整个电机腔氦气冷却流道被分为电机壳外流道和电机壳内流道,电机壳外流道和电机壳内流道通过电机壳13和连接壳体3分隔,热氦通过壳体下出气孔22从电机壳内流道流入电机壳外流道,冷氦通过冷却器2从电机壳外流道流入电机壳内流道;其中连接壳体3指连接冷却器2和上冷却叶轮4的壳体以及连接上冷却叶轮4与电机壳13的壳体。

所述电机壳内流道包括四个气体汇集区,其中:第一汇集区为冷却器2的出口至上冷却叶轮4之间被连接壳体3包围的流动空间,第二汇集区为轴上方电机绕组端部区域,第三汇集区为轴下方电机绕组端部区域,第四汇集区为轴下端区域。

从冷却器2出来的冷氦气汇集于冷却器2的出口至上冷却叶轮4之间被连接壳体3包围的流动空间,然后分流为两部分:

1.1大部分冷氦气流向上冷却叶轮4,然后通过电机上端板8的上端板气孔7流入电机内部,将对电机本体和轴承进行冷却;

1.2少部分冷氦气流入轴5的轴孔6,沿轴5流动,对轴5进行冷却。

从上端板气孔7流入电机内部的氦气在轴上方电机绕组端部区域汇集,然后分流为五部分:

2.1一部分氦气进入上端板8与上壁板11之间的流动区间。由于上壁板11和下壁板14上均开有壁板气孔31,如图3所示。上壁板11和下壁板14的形状完全相同,两者壁板气孔31的形状和位置完全相同。氦气通过这些壁板气孔31,流入第三汇集区,即轴下方电机绕组端部区域;

2.2一部分氦气进入气隙26;

2.3一部分氦气从护环10上的护环气孔9进入转子内部;

2.4一部分氦气进入内槽钢23,在内槽钢23内沿轴向流动,流到第三个汇集区;

2.5其它氦气通过壳体上出气孔32进入外槽钢12,在外槽钢12内沿轴向流动,通过电机壳进气孔15进入第四汇集区,即下冷却叶轮17附近区域。

对于第2.2分流氦气,进入气隙26后,一部分氦气沿气隙26轴向流动,另一部分氦气会进入定子叠片24间的径向气道27径向流动。

对于第2.3分流氦气,从护环气孔9进入后,一部分氦气沿转子叠片25的孔隙轴向流动,另一部分氦气会进入转子叠片25间的径向气道27径向流动,并且会随着转子的转动,在离心力的作用下进入定子叠片24间的径向气道27,与第2.2分流的部分氦气混合。

第2.2分流氦气和第2.3分流氦气中,从定子叠片24间的径向气道27流过的部分氦气进入内槽钢23,与第2.4分流的氦气一起轴向流入第三汇集区,另外一部分氦气会与第2.1分流的氦气混合,一起轴向流入第三汇集区。

轴下端布置轴斜孔16和下冷却叶轮17,它们位于下径向轴承18的轴下方。轴孔6通过轴斜孔16与下冷却叶轮17进口相连。由于下冷却叶轮17位于第四汇集区,所以进入轴孔6的第1.2分流氦气最终通过轴斜孔16和下冷却叶轮17后进入第四汇集区,与从外槽钢12流过的第2.5分流氦气一起在第四汇集区汇合。

第四汇集区的氦气通过连接板斜孔19流入第三汇集区,所有氦气在第三汇集区汇集,然后通过壳体下出气孔22流入电机壳外流道。

根据以上电机壳内流道氦气流动过程可知,1.1分流的氦气继续分流为2.1~2.5分流氦气,其中2.1~2.4分流的氦气流入第三汇集区进行汇集,而1.2和2.5分流的氦气流入第四汇集区汇集后再流入第三汇集区。

由于采用了以上电机壳内流道布置,从第一汇集区流到第二汇集区的过程中,氦气经过推力轴承29和上径向轴承28,对两者进行了冷却;在2.1~2.4分流的氦气流动作用下,氦气对电机定子、转子和绕组等部件进行了冷却;1.2分流氦气的流动对轴5进行了冷却;1.2和2.5分流氦气流入第四汇集区后,对下径向轴承18进行了冷却。即各分流氦气的流动将电机腔内主要部件均进行了冷却。

电机壳外流道指电机腔除电机壳内流道外的环形区域。经冷却器2冷却后的氦气经过电机壳内流道后,由于对电机、轴承和轴都进行了冷却,氦气升温,从壳体下出气孔22流出的氦气为热氦气,且由于壳体下出气孔22靠近250℃风机腔,氦气温度较冷却器2所处高度处的氦气温度高,因此在温差的作用下,电机壳外流道中氦气从电机腔底部向上流动,直到进入冷却器,经过冷却器的冷却后继续上述电机壳内流道的流动过程。

上面提到的内槽钢23,其主要作用为支撑定子,加强定子刚度,因此其布置在定子外径处,轴向长度从上端板8下表面至下端板21上表面。其另一个作用是引导2.3分流氦气流到第三汇集区。

关于外槽钢12,其主要作用为引导2.5分流氦气流到第四汇集区,加强对下径向轴承18的冷却。其布置在电机壳13外径处,轴向长度从上端板8下表面至电机腔1的底座表面。

在本实施例中,内槽钢23和外槽钢12的布置如图2所示,内槽钢23共有3个,沿圆周均匀分布。外槽钢12共有6个,每2个为一组,沿圆周均匀分布。当然也不限于本实施例的布置方式,还有很多种选择,根据设计情况确定。不过对于任一布置方式,为了保证有氦气在第二汇集区流向外槽钢12,外槽钢12与内槽钢23沿圆周方向错开布置,没有重叠。

上壁板11和下壁板14与内槽钢23一起发挥紧固电机定子的作用,加强电机结构的刚度。上壁板11布置在定子上轴端高度处,下壁板14布置在定子下轴端高度处。上壁板11和下壁板14的形状如图3所示,整体呈圆环板,内壁直径与定子外径相等。从内壁开始沿外径方向,开有与内槽钢23对应的凸孔,凸孔断面形状和尺寸与内槽钢23的断面形状和尺寸一致。即内槽钢23布置在位于上壁板11和下壁板14与定子之间凸孔内。由图3可见,上壁板11和下壁板14上有多个壁板气孔31,这些壁板气孔31是2.1分流氦气流道的重要组成部分。上壁板11和下壁板14上的壁板气孔31的数量、形状和布置方式完全相同。本实用新型实施例中,每4个壁板气孔31为一组,沿圆周均匀分布。当然壁板气孔31的数量、形状和布置方式有多种选择,不限于本实用新型实施例所给出的方案,具体根据设计情况决定。

除了壁板气孔31对氦气的流动非常重要外,轴斜孔16、连接板斜孔19等孔道均是电机内流道的重要组成部分,它们的形状和布置对氦气流动的影响均较大。下面对相关的孔的形状和布置进行描述。

1、上端板气孔7

上端板8为圆环板,在圆环区域沿轴向挖孔,沿周向均匀布置。上端板气孔7沿轴向可以为圆柱孔、圆锥孔等多种形状,根据设计情况决定。

2、护环气孔9

护环10为圆环板,在圆环区域沿轴向挖孔,沿周向均匀布置。护环气孔9沿轴向可以为圆柱孔、圆锥孔等多种形状,根据设计情况决定。

3、连接板斜孔19

连接板20位于下端板21和下径向轴承18的轴承盖之间,为一圆环板。在圆环区域沿轴向挖孔,沿周向均匀布置。连接板斜孔19沿轴向可以为圆柱孔、圆锥孔等多种形状,根据设计情况决定。为了更好地对下径向轴承18进行冷却,推荐采用本实施例的连接板斜孔19中心线为斜线、连接板斜孔19为斜圆柱孔的方案,其中连接板斜孔19的中心线上端与电机中心线相交。

4、壳体上出气孔32

壳体上出气孔32将第二汇集区的部分气流引入外槽钢12。在第二汇集区高度处、对应外槽钢12的电机壳13上沿径向开孔。壳体上出气孔32的数量和位置与外槽钢12对应,沿径向可以为长方孔、圆柱孔等多种形状,根据设计情况决定。

5、电机壳进气孔15

电机壳进气孔15将外槽钢12内的氦气引入第四汇集区。在第四汇集区高度处、对应外槽钢12的电机壳13上沿径向开孔。电机壳进气孔15的数量和位置与外槽钢12对应,沿径向可以为长方孔、圆柱孔等多种形状,根据设计情况决定。

6、壳体下出气孔22

壳体下出气孔22将第三汇集区的氦气引入到电机外流道。在第三汇集区高度处的电机壳13上沿径向开孔。壳体下出气孔22沿周向均匀分布,但是需避开外槽钢12。在本实施例中,其中一个壳体下出气孔22的中心线位于图2所示的180°方向。壳体下出气孔22沿径向可以为长方孔、圆柱孔等多种情况,根据设计情况决定。它的数量也可根据设计情况决定。

7、轴孔6

轴孔6为在轴5的中心开孔,一般为圆柱孔,也可以为其它形状,根据设计情况决定。轴孔6从轴5上端开始贯穿,一直至轴斜孔16的轴下方。

8、轴斜孔16

轴斜孔16位于轴下端、第四汇集区高度处。它与轴孔6连通。轴斜孔16沿周向均匀分布。它的数量、形状可以有多种方案,根据设计情况决定。本实施例中,沿周向均匀开有3个轴斜孔16,轴斜孔16为斜圆柱孔,其中心线与电机中心线相交,可以是中心线轴上端与电机中心线相交,也可以是中心线轴下端与电机中心线相交。

本实施例中,轴孔6内流动的氦气通过轴斜孔16流入到下冷却叶轮17,然后再流出到第四汇集区。下冷却叶轮17的入口与轴斜孔16出口连通。下冷却叶轮17可以为闭式叶轮、开式叶轮和半开式叶轮的任一种。也可以取消下冷却叶轮17,直接通过轴斜孔16将轴孔6内流动的氦气引入到第四汇集区。

本实施例中电机腔氦气流动的原理为:依靠上冷却叶轮4提供氦气压升,使得从冷却器出来的冷氦气能克服流动阻力,沿本实施例的流道进行流动,流动过程中经过推力轴承29、上径向轴承28、下径向轴承18、轴5、电机定子和转子等部件,通过对流换热对这些部件进行冷却,冷氦气升温,然后流入电机壳外流道,在温差的作用下,从下向上流动,然后进入位于电机腔上部的冷却器2,通过冷却器2将氦气冷却,继续进行电机壳内流道流动,不停地循环流动,实现对电机腔内各部件的冷却,保证电机腔内环境温度不高于60℃。

下径向轴承18由于靠近风机腔,温度比上径向轴承28和推力轴承29的温度更高。通过设置外槽钢12专门引入一部分气流,与从下冷却叶轮17流出的气流在第四汇集区混合,第四汇集区呈高度湍流状态,加强了对下径向轴承18的冷却,避免电机腔内出现局部高温点。

综上所述,本实用新型提供的用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道,结构紧凑,能满足及时对电机腔内各部件进行冷却,保证电机腔内环境温度不超过60℃的设计要求,从而保障主氦风机的可靠工作。

用于高温气冷堆主氦风机的电机腔氦气冷却流道专利购买费用说明

专利买卖交易资料

Q:办理专利转让的流程及所需资料

A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。

1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2:按规定缴纳著录项目变更手续费。

3:同时提交相关证明文件原件。

4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q:专利转让变更,多久能出结果

A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。

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