专利名称：风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电机定子的蒸发冷却系统，具体地说是关于该蒸发冷却系统的隔离套筒及其密封装置。
背景技术：
现有技术中，风力发电机的定子铁心、绕组线圈及其固定部件采用的冷却方式有空冷和液冷两种，这两种冷却方式各有特点。空冷结构简单，所需附加部件较少，易于维护，应用最为广泛。但空气的传热系数较低，冷却通道不易布置，电机的定、转子铁心和绕组温度分布不均勻，可能出现过热点，损坏绕组绝缘，降低使用寿命；另外，电机功率密度小，电机尺寸大，材料利用率低，重量、体积过大，对于电机的运输和吊装都是极为困难的。液冷方式采用的介质主要是水，水的比热比空气大很多倍，冷却效率较高，绕组线圈电流密度大，用铜量较少，电机尺寸小，运行温度低。但风力发电机工作在野外离地面几十米甚至是上百米的高塔上，用水困难，而且冬天要经受的最低温度在-40°C以下，需要加入的防冻剂具有较强的腐蚀性。另外，水冷系统长期运行，可能造成泄漏而引起电机定子短路的故障，电机的安全可靠性受到严重的挑战。申请号为200710177555. 3的中国实用新型专利提供了一种内冷式自循环蒸发冷却风力发电机定子结构，采用高绝缘的蒸发冷却介质，消除了因介质泄漏引起电机定子短路的可能性，其安全可靠性得到进一步提高，但此种电机结构复杂，制造工艺实施困难。随着风力发电技术的发展，风力发电机的单机容量不断增大，对于兆瓦级风力发电机来说，要求具有体积小，功率密度大，重量轻，运行安全可靠等特点。申请号为 200510086794. 9的中国实用新型专利公开了一种风力发电机蒸发冷却定子，将蒸发冷却介质灌入电机定子腔体内，蒸发冷却介质在蒸发冷却系统内实现无泵密闭自循环，利用液体介质的气化潜热吸热的原理来冷却电机，温升水平低，温度分布均勻，电负荷高，同等容量的电机体积小，重量轻，材料利用率高，弥补了前述方案的不足，是一种先进可行的冷却方式。此种冷却方式的关键技术是定子腔体隔离套筒的制作及其密封，该专利提供的一种非磁性不锈钢隔离套筒，虽然可以解决密封问题，但会在金属的隔离套筒上产生大量的涡流， 其涡流损耗所产生的热量尽管可以通过蒸发冷却介质带走不至于温度过高，但是大大增加了电机的损耗，降低了电机效率。
实用新型内容针对现有技术的缺点，申请人经过研究改进，提供一种风力发电机定子蒸发冷却系统玻璃钢隔离套筒及其密封装置，可以减小隔离套筒的重量，而且不会在隔离套筒上产生涡流损耗，提高电机效率。本实用新型的技术方案如下一种风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置，包括冷凝器、定子绕组及铁心、转子、定子机壳、端盖0型密封胶圈、隔离套筒0型密封胶圈、隔离套筒密封垫圈、密封端盖、玻璃钢隔离套筒及密封压环；所述冷凝器置于定子机壳的顶部，冷凝器与定子机壳密封连接，定子机壳两端面与密封端盖连接，其间采用端盖0型密封胶圈(5)实现端面密封，密封端盖与玻璃钢隔离套筒接触，玻璃钢隔离套筒两端的内圆面由密封压环支撑， 密封端盖与玻璃钢隔离套筒之间设置有密封槽，密封槽中放置隔离套筒0型密封胶圈和隔离套筒密封垫圈，通过密封压环轴向压紧，隔离套筒0型密封胶圈变形与密封端盖及玻璃钢隔离套筒接触密封，玻璃钢隔离套筒处在电机定子与电机转子之间的气隙中。其进一步的技术方案为所述玻璃钢隔离套筒两端的大小不等，中间较薄，两端的密封面较厚，且薄厚渐变。以及，其进一步的技术方案为所述玻璃钢隔离套筒采用玻璃钢复合材料，由环氧树脂和玻璃纤维缠绕成型加工而成。以及，其进一步的技术方案为所述玻璃钢隔离套筒采用直接安装方式，在密封端盖与定子机壳、密封端盖与密封压环之间设置止口，通过止口配合。以及，其进一步的技术方案为所述玻璃钢隔离套筒采用粘接安装方式，将玻璃钢隔离套筒粘接在定子内圆面上。以及，其进一步的技术方案为所述玻璃钢隔离套筒采用多道密封，在密封槽中放置多道隔离套筒0型密封胶圈，每道隔离套筒密封垫圈之间设置密封垫圈。以及，其进一步的技术方案为所述端盖0型密封胶圈、隔离套筒0型密封胶圈的材料可选用聚四氟或丁腈橡胶。本实用新型的有益技术效果是本实用新型风力发电机定子蒸发冷却系统为了便于电机的拆装，玻璃钢隔离套筒及其密封装置设置两处密封，一处是密封端盖与定子机壳之间的密封；另一处是密封端盖与玻璃钢隔离套筒之间的密封。以定子机壳为基准，密封端盖与定子机壳止口配合，密封端盖与密封压环止口配合，密封压环与玻璃钢隔离套筒支撑配合。通过以上三处配合定位保证玻璃钢隔离套筒安装的同心度。本实用新型风力发电机定子蒸发冷却系统隔离套筒采用的玻璃钢复合材料，由环氧树脂和玻璃纤维缠绕成型加工而成。该隔离套筒中间较薄，两端的密封面较厚，薄厚渐变，消除应力集中。该隔离套筒一端较小，另一端较大，以便隔离套筒及电机转子的安装。本实用新型风力发电机定子蒸发冷却系统隔离套筒的玻璃钢复合材料具有较低的密度，约为不锈钢的1/4，而比强度较高，因此在满足使用的机械强度下，采用玻璃钢隔离套筒比无磁不锈钢隔离套筒重量更轻。与采用无磁不锈钢材料的隔离套筒相比，在保证隔离套筒的使用的机械性能前提下，采用玻璃钢隔离套筒的重量可减轻了 1/2 3/4。本实用新型风力发电机定子蒸发冷却系统隔离套筒的玻璃钢复合材料具有高的绝缘性能，消除了采用金属材料隔离套筒产生涡流损耗，提高了电机效率。且与电机采用的蒸发冷却介质相容，所谓相容就是两种或多种材料在电机所处的工况下可以长期共存而不发生溶胀或腐蚀现象。本实用新型风力发电机定子蒸发冷却系统玻璃钢隔离套筒及其密封装置，采用定子与玻璃钢隔离套筒的粘接方式，减小了玻璃钢隔离套筒的挠度，大大提高了隔离套筒的刚度，提高安全可靠性。另外，在电机设计时，可以减薄玻璃钢隔离套筒的厚度，从而减小电机定、转子之间的气隙，在同样容量电机的情况下，可以进一步减小电机的重量和体积，减少电机用材，对提高电机性能和降低电机经济成本具有重要意义。本实用新型风力发电机定子蒸发冷却系统玻璃钢隔离套筒及其密封装置可以适用于不同容量等级的蒸发冷却风力发电机定子的隔离密封。在电机设计时，可以根据风力发电机的容量，采用合适玻璃钢隔离套筒的厚度、结构形式及其安装方式。
图1是本实用新型的结构示意图及其局部放大图。图中1、冷凝器；2、定子绕组及铁心；3、转子；4、定子机壳；5、端盖0型密封胶圈；6、隔离套筒0型密封胶圈；7、隔离套筒密封垫圈；10、密封端盖；20、玻璃钢隔离套筒；30、密封压环。图2是密封端盖的截面示意图，图中101、密封端盖与端盖0型密封胶圈接触部位；102、密封端盖与机壳止口同心定位部位；103、密封端盖与密封压环止口同心定位部位；104、密封端盖与玻璃钢隔离套筒密封部位。图3是密封压环的截面示意图，图中301、密封压环与密封端盖止口同心定位部位；302、密封压坏与玻璃钢隔离套筒0型密封胶圈接触部位；303、玻璃钢隔离套筒端部插入部位；304、密封压环隔离套筒内径支撑部位。图4是玻璃钢隔离套筒的轴向结构示意图，图中201、玻璃钢隔离套筒大端部位； 202、玻璃钢隔离套筒薄厚渐变部位；203、玻璃钢隔离套筒与电机定子内圆面接触部位； 204、玻璃钢隔离套筒小端强度加强部位；205、玻璃钢隔离套筒小端部位。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做进一步说明。风力发电机定子蒸发冷却是由电机冷凝器、定子机壳和玻璃钢隔离套筒及其密封装置组成的一个密闭空间，在热交换过程中，冷却介质在这个空间中进行无泵密封闭自循环。如图1所示，冷凝器1置于电机的最顶部，冷凝器1与其下方的定子机壳4密封连接，定子机壳4与密封端盖10连接，其间采用端盖0型密封胶圈5实现端面密封。见图1 的局部放大图，密封端盖10与玻璃钢隔离套筒20接触，玻璃钢隔离套筒20两端的内圆面由密封压环30支撑，密封端盖10与玻璃钢隔离套筒20之间设置有密封槽，密封槽中放置多道隔离套筒0型密封胶圈6和隔离套筒密封垫圈7，通过密封压环30轴向压紧，隔离套筒密0型封胶圈6变形与密封端盖10及玻璃钢隔离套筒20接触密封，玻璃钢隔离套筒20处在电机定子2与电机转子3之间的气隙中。为了便于电机的拆装，玻璃钢隔离套筒及其密封装置设置两处密封，一处是密封端盖10与定子机壳4之间的密封；另一处是密封端盖10与玻璃钢隔离套筒20之间的密封。玻璃钢隔离套筒的安装以三处配合定位保证同心度，定子机壳4为基准，密封端盖10与定子机壳4止口配合，密封端盖10与密封压环30止口配合，密封压环30与玻璃钢隔离套筒20支撑配合。图2是密封端盖10的截面示意图。密封端盖10是法兰结构，端盖0型密封胶圈5 通过密封端盖10之101部位轴向压紧变形与定子机壳4实现密封，密封端盖10之102部位与定子机壳4止口配合，保证密封端盖10安装的同心度，103是密封端盖10与密封压环 30止口配合定位之部位，104是密封端盖10与玻璃钢隔离套筒20放置多道隔离套筒0型密封胶圈6和隔离套筒密封垫圈7之部位。图3是密封压环30的截面示意图。密封压环30之301与密封端盖10之103止口配合，保证密封压环30安装的同心度，隔离套筒0型密封胶圈6通过密封压环30之302 压紧变形，实现密封端盖10与玻璃钢隔离套筒20之间的密封，玻璃钢隔离套筒20置于密封压环30之303部位，密封压环30之304支撑玻璃钢隔离套筒20之201或205，保证玻璃钢隔离套筒20安装的同心度。图4是玻璃钢隔离套筒20的轴向结构示意图。201是玻璃钢隔离套筒20之大端， 其内径与密封压环30之304配合，201的前端置于303部位，201外径与隔离套筒0型密封胶圈6接触，202是大端厚度与玻璃钢隔离套筒20薄处203的渐变，保证玻璃钢隔离套筒 20机械性能及电机转子3的安装空间，203是玻璃钢隔离套筒20中间的薄处，与电机定子绕组及铁心2接触，204是玻璃钢隔离套筒20小端机械强度加强部位，205是玻璃钢隔离套筒20之小端，其内径与密封压环30之304配合，205的前端置于303部位，205外径与隔离套筒0型密封胶圈6接触。玻璃钢隔离套筒20有直接安装和粘接安装两种方式。两种安装方式玻璃钢隔离套筒20的同心度由三处配合定位保证以定子机壳4为基准，密封端盖10与定子机壳4配合，密封端盖10与密封压环30配合，密封压环30与玻璃钢隔离套筒20支撑配合。直接安装是在密封端盖10与定子机壳4、密封端盖10与密封压环30之间设置止口，通过止口配合，保证玻璃钢隔离套筒20安装的同心度。直接安装的顺序是先将密封端盖10安装在定子机壳4的两端，其间采用端盖0型密封圈5密封，再将玻璃钢隔离套筒20 小端205插入电机定子绕组及铁心2之间，并安装到位，然后在密封端盖10与玻璃钢隔离套筒20两端的密封部位104放置多道隔离套筒0型密封胶圈6和隔离套筒密封垫圈7，安装两端的密封压环30，最后保压和捡漏，保证密封空间的气密性。两处密封安装时，为了保证密封性能，需要根据设计要求保证0型密封胶圈的变形量或螺栓的扭矩。粘接安装是将玻璃钢隔离套筒20粘接在定子内圆面上。粘接安装不仅可以减少玻璃钢隔离套筒的受力面，同时可提供粘接强度，增加玻璃钢隔离套筒的刚度。粘接安装的顺序是先将密封端盖10预安装在定子机壳4的两端，在玻璃钢隔离套筒20之203和定子绕组及铁心2接触部位涂刷胶黏剂，再将玻璃钢隔离套筒20小端205插入电机定子绕组及铁心2之间，并安装到位，预安装两端的密封压环30，等到胶黏剂固化好后，拆除预安装好的密封压环30和密封端盖10，然后装上端盖0型密封圈5，装上密封端盖10，再在密封端盖 10与玻璃钢隔离套筒20两端的密封部位104放置多道隔离套筒0型密封胶圈6和隔离套筒密封垫圈7，安装两端的密封压环30，最后保压和捡漏，保证密封空间的气密性。两处密封安装时，为了保证密封性能，需要根据设计要求保证0型密封胶圈的变形量或螺栓的扭矩。以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置，其特征在于包括冷凝器(1)、定子绕组及铁心(2)、转子(3)、定子机壳(4)、端盖0型密封胶圈(5)、隔离套筒0 型密封胶圈(6)、隔离套筒密封垫圈(7)、密封端盖(10)、玻璃钢隔离套筒(20)及密封压环 (30);所述冷凝器(1)置于定子机壳(4)的顶部，冷凝器(1)与定子机壳(4)密封连接，定子机壳(4)两端面与密封端盖(10)连接，其间采用端盖0型密封胶圈(5)实现端面密封，密封端盖(10)与玻璃钢隔离套筒(20)接触，玻璃钢隔离套筒(20)两端的内圆面由密封压环 (30)支撑，密封端盖(10)与玻璃钢隔离套筒(20)之间设置有密封槽，密封槽中放置隔离套筒0型密封胶圈(6)和隔离套筒密封垫圈(7)，通过密封压环(30)轴向压紧，隔离套筒0型密封胶圈(6)变形与密封端盖(10)及玻璃钢隔离套筒(20)接触密封，玻璃钢隔离套筒(20) 处在电机定子(2 )与电机转子(3 )之间的气隙中。
2.根据权利要求1所述风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置，其特征在于所述玻璃钢隔离套筒(20)两端的大小不等，中间较薄，两端的密封面较厚，且薄厚渐变。
3.根据权利要求1或2所述风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置， 其特征在于所述玻璃钢隔离套筒(20)采用玻璃钢复合材料，由环氧树脂和玻璃纤维缠绕成型加工而成。
4.根据权利要求1或2所述的风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置，其特征在于所述玻璃钢隔离套筒(20)采用直接安装方式，在密封端盖(10)与定子机壳(4 )、密封端盖(10 )与密封压环(30 )之间设置止口，通过止口配合。
5.根据权利要求1或2所述的风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置，其特征在于所述玻璃钢隔离套筒(20)采用粘接安装方式，将玻璃钢隔离套筒(20)粘接在定子内圆面上。
6.根据权利要求1所述的风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置，其特征在于所述玻璃钢隔离套筒(20)采用多道密封，在密封槽中放置多道隔离套筒0型密封胶圈(6)，每道隔离套筒密封垫圈(7)之间设置密封垫圈。
7.根据权利要求1所述的风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置，其特征在于所述端盖0型密封胶圈(5)、隔离套筒0型密封胶圈(6)的材料可选用聚四氟或丁腈橡胶。
专利摘要本实用新型公开一种风力发电机定子蒸发冷却玻璃钢隔离套筒及其密封装置，包括玻璃钢隔离套筒、两端的密封端盖、密封压环、密封胶圈及密封垫圈，与发电机定子机壳及冷凝器组成定子蒸发冷却密封腔体。本实用新型改进和完善了电机蒸发冷却系统，可以减小隔离密封套筒的重量，而且不会在隔离套筒上产生涡流损耗，提高了电机效率。玻璃钢隔离套筒有直接安装和粘接安装两种方式，采用粘接方式减小了玻璃钢隔离套筒的挠度，大大提高了隔离套筒的刚度，提高安全可靠性。
文档编号H02K9/19GK202121449SQ20112022211
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者余顺周, 杨劼, 田新东, 顾国彪 申请人:中科盛创(青岛)电气有限公司