專利名稱：用于設置在被流動水包圍的容器中的發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于設置在被流動水包圍的容器中的發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)，尤其是，涉及在容器內(nèi)部設有其液體側與管道相連接的空氣/液體熱交換器的燈泡式水輪發(fā)電機或渦輪發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)。
在此情況下，發(fā)電機被渦輪機驅(qū)動。
在現(xiàn)有技術中已公知了這種發(fā)電機冷卻系統(tǒng)的兩大類1)空氣冷卻系統(tǒng)；2)液體冷卻系統(tǒng)。
空氣冷卻系統(tǒng)也已知有兩種類型a)環(huán)境空氣冷卻系統(tǒng)，其中待冷卻的發(fā)電機設置在一個相對大的豎井下面，以使排出的熱量向上通過豎井排走，其中冷卻空氣同樣是通過豎井導向發(fā)電機的。這種系統(tǒng)的缺點是它不是非常有效的并極其依賴于周圍環(huán)境條件，如空氣溫度。此外在豎井范圍中需要相對大的結構體積，這便使渦輪機水通道的可用橫截面減小。
b)循環(huán)冷卻系統(tǒng)(葉片冷卻)，其中，發(fā)電機處于水中的發(fā)電機外殼或容器作成雙層殼，以便在兩層殼之間吹過發(fā)電機廢氣，由此使靠在被流動水冷卻的容器外層殼上的廢氣受到冷卻。該系統(tǒng)雖然避免了上述a)中的缺點，但是在制造雙層殼時需要一些機械的投入，因為這種雙層殼必須借助焊接的支承鋼板來制造。該雙層殼除冷卻功能外，還承擔機械支承功能。首先，通常大機械負荷出現(xiàn)在前端區(qū)域，使得朝著水流的外殼必需用相當厚的鋼板制造，這又引起了被加熱的廢氣到流動水的不利熱傳遞值。
液體冷卻系統(tǒng)也同樣有兩種基本類型a)流動水冷卻，其中將水管或水井中的水通過管道泵入通向空氣/液體冷卻器的容器中，以便從那里吸收發(fā)電機廢氣的余熱。由此加熱的流動水被導入到渦輪機廢水中。
b)表面冷卻，其中在一封閉冷卻回路中，冷卻液體通過一個雙層的發(fā)電機殼及通過一個空氣-水冷卻器由泵循環(huán)，雙層發(fā)電機殼同時相應于設置在水下并支承燈泡式水輪發(fā)電機的容器。這時發(fā)電機廢氣通過空氣-水冷卻器被冷卻并用于冷卻發(fā)電機，而在冷卻器中被加熱的水的熱量則通過發(fā)電機殼或容器的外層殼傳送給流動水。一種這樣的結構已在本申請人的歐洲專利EP-A1 444 039中描述過。雖然這種結構是非常高效的，但仍有1b)中所述的缺點。此外，這種冷卻系統(tǒng)的容量受到能夠提供及能被利用的發(fā)電機容器內(nèi)表面的限制。另一方面，雙層殼的構造增大了在流動水中容器的有效橫截面，由此在給定管道直徑情況下使可利用的水流橫截面減小。
因此本發(fā)明的任務在于，以所述現(xiàn)有技術為出發(fā)點，解決上述問題并創(chuàng)造一個相應的新冷卻系統(tǒng)，尤其是具有新冷卻方式的燈泡式水輪發(fā)電機。該新冷卻系統(tǒng)簡單，而且盡可能不會對容器的機械支承結構產(chǎn)生不利影響。它盡可能無需大的設備成本及首先能應用于各種不同直徑(通用)的渦輪機，而且制造成本也比較低。
為解決這個問題，首先使用了一種用于燈泡式渦輪機發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)，它在容器內(nèi)或發(fā)電機殼內(nèi)部具有一個空氣/液體熱交換器，其液體側與管道相連接，其中管道在一封閉的循環(huán)回路中導入至少一個設置在容器的外面與流動水形成熱傳導聯(lián)接的液體/液體熱交換器中。
該新的冷卻系統(tǒng)以意外簡單的方式與組合式液體/空氣冷卻的以下方面的優(yōu)點相聯(lián)系，即可靠的余熱傳遞及與通常冷卻空氣管道相比較，其冷卻液體管道尺寸小，且具有易于制造的、也常用于其他領域的液體/液體熱交換器的優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明，熱交換器不再是容器的組成部分，因此這兩者就可根據(jù)功能要求擇優(yōu)地設計。對容器可不必考慮其壁上的導熱問題來設計，對液體/液體熱交換器則考慮最佳的熱交換來設計，而不需具有發(fā)電機水下容器或發(fā)電機外殼的機械強度(水力、機械及振動的負荷)。在本發(fā)明范圍內(nèi)設計者有一些自由度來選擇流動水的排熱的最佳地點。他還可根據(jù)結構及位置的觀點來進行這種選擇。從液體/液體熱交換器安裝位置選擇總是顯示出特有的優(yōu)點。
如果該液體/液體熱交換器設置在發(fā)電機入孔罩的區(qū)域中，則可使冷卻液體管道的距離縮短。
如果該液體/液體熱交換器設置在發(fā)電機入孔及渦輪機入孔之間或至少構成這兩個孔之間的連接壁的一部分，則在至今存在的、由于流體技術的原因至今也無壓地覆蓋的空間將設有這樣一種殼罩，即它帶來了排放余熱的附加效果。由于該區(qū)域沒有壓力(流動水與這兩個孔之間的區(qū)域直接地接觸)，那里的機械負荷相對地小。并且流動水的自由橫截面將不會變窄。
反之，如果發(fā)電機的液體/液體熱交換器固定在容器基座的側面，這時管道最好通過基座引出，因此在那里也提供了短的管道連接距離及穩(wěn)定的安裝可能性。此外，即使在低水位時，即此時水流通道可能未完全充滿時，發(fā)電機也能被流動水冷卻。
反之，如果該液體/液體熱交換器安裝在水流通道的壁上時，雖然產(chǎn)生了較長的管道距離，但是與固定在發(fā)動機容器上所不同的是取得了減少振動的優(yōu)點。此外避免了熱交換器通過容器直接向外排放余熱時排熱性能上可能出現(xiàn)的不利影響。
在本發(fā)明的范圍中也是有任意的解決方案，例如其中在水流通道中設置吸管，在水流通道的自由橫截面中例如在吸管上裝上支撐，該支撐可將液體/液體熱交換器保持在流動水流速較高的位置上。
當將液體/液體熱交換器安裝在具有較高流動水的水流速度的渦輪機導流頭側的區(qū)域上時，流動水大的流速顯示出導致排熱改善的明顯優(yōu)點。
有利的是，冷卻系統(tǒng)的液體/液體熱交換器用高導熱性能的金屬如鋁或鋁合金-尤其是防腐蝕的銅和/或鎳鋁合金制成。這樣，水中的某些侵蝕性液體就不能損害該液體/液體熱交換器。在可能的范圍上也可以設置表面層，例如電氧化鋁層。也可考慮熱交換器完全由不銹鋼作成，因為根據(jù)本發(fā)明由于其壁僅需承受很小的機械力(水力)，故壁厚度小，在這種情況下可以使熱傳遞阻力保持很小的值。
當為了在空氣/水冷卻器和液體/液體冷卻器之間循環(huán)四路中加速冷卻液體的傳輸，設置泵是有利的，泵最好設在容器的外面?？紤]到容器內(nèi)部的振動，將泵設在容器內(nèi)部是不利的，在某些泵傳動裝置上可能引起軸承的損壞。
設有本發(fā)明冷卻系統(tǒng)的燈泡式水輪發(fā)電機的特點在于發(fā)電機容器壁內(nèi)部的緊湊性。
當然本發(fā)明還可包括設有根據(jù)本發(fā)明冷卻系統(tǒng)的裝在一容器中的變速傳動發(fā)電機或豎井式發(fā)電機。對于這些發(fā)電機可以考慮將冷卻系統(tǒng)分成兩部分，以便照顧到發(fā)電機及傳動裝置可能不同的冷卻要求。
本發(fā)明還包括冷卻的組合，例如，與油/液體冷卻器的組合，它除了液體/空氣冷卻器具有自己的循環(huán)回路，如用于潤滑劑，其余熱同樣地引導到外部的熱交換器。
雖然液體/液體熱交換器的應用本身在許多另外的領域中是公知的，但是對于燈泡式水輪發(fā)電機的技術人員顯然是從另外的考慮導致該應用的，以前的考慮常阻礙技術人員在流動水中采用這種熱交換器。這在借助下的文獻研究了冷卻器結構的發(fā)展的情況下便可清楚地看出FR1022783-B，1950年，F(xiàn)R-B-1267170，1960年，申請人的產(chǎn)品說明“燈泡式發(fā)電機”，1981年及EP-B1-444059，1989年。這些文獻表明，為使熱交換器日臻完善，人們作出了持續(xù)的努力，并為此克服了巨大的困難。
本發(fā)明將借助于示意圖中所示的一個實施例以舉例方式詳細進行描述，附圖為

圖1象征性表示的通過根據(jù)本發(fā)明用于燈泡式水輪發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)的部分剖面圖。
在一個只示出其中一個壁11的流道中，流動水12環(huán)繞地流過一個燈泡式水輪機或燈泡式水輪發(fā)電機的容器1，對發(fā)電機僅表示了它的定子8。一個朝著流動水流向的容器半圓形頂罩4必須承受由水壓力及水流性能產(chǎn)生的機械負荷。在那里出現(xiàn)的動態(tài)和靜態(tài)的力將分配在容器1上并從那里引導到一個基座。兩個入孔5及14可通往發(fā)電機2中及通往未示出的渦輪機或傳動裝置上。
發(fā)電機轉動2保持在一根與渦輪機相連接的軸10上，該軸支承在一個未示出的基座對面的軸承9中。發(fā)電機定子8位于容器1的內(nèi)壁上，該定子是根據(jù)流道中存在的壓力狀況及負荷來進行最佳設計的。
設有風機7的液體/空氣冷卻器3通過管道6供給被冷卻的冷卻液體，后者是通過一個液體/液體冷卻器13泵入的。熱交換器的兩種安裝方式為裝在壁11上或裝在入孔5和14之間。所述的安裝方式對專業(yè)人員來說，是可理解的，因此省略了進一步的圖解說明。
本發(fā)明不受(附圖)舉例性圖解說明的限制。在本發(fā)明的范圍中具有許多不同的變型及實施方式，并且與部件相關，例如，可采用那些到目前為止還未進入市場的、具有與所述部分相同特性的各種材料。
權利要求
1.用于設置在被流動水(12)包圍的容器(1)中的發(fā)電機(2)的冷卻系統(tǒng)，尤其是用于在容器(1)內(nèi)部其液體側設有與管道(6)相連接的空氣/液體熱交換器(3)的燈泡式水輪發(fā)電機或渦輪發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)，其特征在于管道(6)在一個閉合的循環(huán)回路中被引導到至少一個設置在容器(1)外面并與流動水(12)形成熱傳導連接的液體/液體熱交換器(13)中。
2.根據(jù)權利要求1的冷卻系統(tǒng)，其特征在于該液體/液體熱交換器(13)設置在發(fā)電機入孔(5)的罩的區(qū)域中。
3.根據(jù)權利要求2用于具有一個發(fā)電機入孔(5)及一個渦輪機入孔(14)的燈泡式水輪發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)，其特征在于該液體/液體熱交換器(13b)設置在發(fā)電機入孔(5)及渦輪機入孔(14)之間或至少構成這兩孔(5，14)之間連接壁的一部分。
4.根據(jù)權利要求1用于設置在一個通過基座支承到下方的容器(1)中的燈泡式水輪發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)，其特征在于該液體/液體熱交換器固定在發(fā)電機(2)的基座的側面，其中管道(6)最好通過基座引出。
5.根據(jù)權利要求1用于在一個水流通道中的燈泡式水輪機或燈泡式水輪發(fā)電機(2)的冷卻系統(tǒng)，其特征在于該液體/液體熱交換器(13a)安裝在水流通道的至少一個壁(11)上。
6.根據(jù)權利要求1用于在具有一個吸管的水流通道中的一個燈泡式渦輪機或燈泡式水輪發(fā)電機(2)的冷卻系統(tǒng)，其特征在于在水流通道的自由橫截面中例如在吸管中裝有支撐，該支撐可將液體/液體熱交換器保持在具有較大的流動水的水流速度的位置上。
7.根據(jù)權利要求1用于具有一個渦輪機及一個渦輪機導流頭的燈泡式水輪發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)，其特征在于該液體/液體熱交換器安裝在具有較高流動水的水流速度的渦輪機導流頭的區(qū)域上。
8.根據(jù)以上權利要求中任一項的冷卻系統(tǒng)，其特征在于該液體/液體熱交換器由高導熱性能的金屬如鋁或鋁的合金-尤其是耐腐蝕的含有銅和/或鎳的鋁合金制成。
9.根據(jù)以上權利要求中任一項的冷卻系統(tǒng)，其特征在于為了在空氣/水冷卻器(7)及液體/液體冷卻器(13)之間的循環(huán)回路中加速冷卻液體的傳輸，設置了泵，它最好設置在容器(1)的外面。
10.燈泡式水輪發(fā)電機或渦輪發(fā)電機具有一個以上權利要求任一項所述的冷卻系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于設置在被流動水(12)包圍的容器(1)中的由渦輪機傳動的發(fā)電機(2)的冷卻系統(tǒng),以及具有冷卻裝置(3)的燈泡式水輪發(fā)電機和變速傳動發(fā)電機的冷卻裝置。本發(fā)明的任務是創(chuàng)造一個相應新的冷卻系統(tǒng)、尤其是具有新式冷卻方式的燈泡式水輪發(fā)電機(2)。該新冷卻系統(tǒng)是簡單的并盡可能對容器的機械支承結構不產(chǎn)生不利影響。它盡可能地無需大的設備成本及首先能通用地應用。該任務是這樣實現(xiàn)的:燈泡式水輪發(fā)電機具有一個在容器(1)內(nèi)部設在其液體側與管道(6)相連接的空氣/液體熱交換器(3),管道(6)在一個閉合的循環(huán)回路中被引導到至少一個設置在容器(1)外面并與流動水(12)形成熱傳導連接的液體/液體熱交換器(13)。
文檔編號H02K9/00GK1170453SQ95196897
公開日1998年1月14日 申請日期1995年10月24日 優(yōu)先權日1994年10月28日
發(fā)明者W·謝爾德爾 申請人:埃林能源供給股份有限公司