水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置專利背景

隨著水輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷提高，電機(jī)的熱負(fù)荷也大幅增加，由此而引起的繞組、匯流環(huán)的溫升、溫差都在加劇。因此，降低電機(jī)繞組、匯流環(huán)溫升及改善溫度分布的均勻性，對(duì)大型發(fā)電機(jī)的可靠運(yùn)行是至關(guān)重要的。

截至2014年，水輪發(fā)電機(jī)定子水內(nèi)冷技術(shù)，國(guó)際上已有40余年歷史，使上述問(wèn)題迎刃而解，但該技術(shù)增加了泵循環(huán)純水供應(yīng)及去離子系統(tǒng)，而且泄漏和氧化物堵塞造成事故的可能性等所帶來(lái)的不可靠性風(fēng)險(xiǎn)也在同時(shí)加劇。

蒸發(fā)冷卻作為水輪發(fā)電機(jī)的一種新型內(nèi)冷技術(shù)，不僅可以提高材料利用率，減少特大型發(fā)電機(jī)制造難度，降低發(fā)電機(jī)定子繞組、匯流環(huán)的運(yùn)行溫升及溫差和發(fā)電機(jī)定子熱應(yīng)力。更重要的是蒸發(fā)冷卻比水內(nèi)冷具有更好的優(yōu)越性。首先，由于蒸發(fā)冷卻采用自循環(huán)系統(tǒng)，不需要另外的水處理設(shè)備，不占用廠房布置面積；另一個(gè)突出的優(yōu)越性是消除了由于泄露和氧化物堵塞造成事故的可能性，即使發(fā)生冷卻介質(zhì)泄露，也不會(huì)產(chǎn)生大事故，可以采用降負(fù)荷運(yùn)行，讓其發(fā)電機(jī)空冷運(yùn)行或少介質(zhì)蒸發(fā)冷卻運(yùn)行，待停機(jī)后再維修，這是水內(nèi)冷電機(jī)無(wú)可比擬的。但傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)蒸發(fā)冷卻技術(shù)只解決了定子繞組發(fā)熱體的冷卻，定子匯流環(huán)發(fā)熱體還是采用空冷方式，作為采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)的定子繞組和匯流環(huán)聯(lián)合循環(huán)裝置，不僅在定子匯流環(huán)發(fā)熱體上采用了蒸發(fā)冷卻技術(shù)，而且將兩者有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)，形成聯(lián)合循環(huán) 。

水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置專利目的

《水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置》在于提供了一種水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置，充分利用定子繞組和匯流環(huán)的蒸發(fā)冷卻特點(diǎn)，將兩套冷卻系統(tǒng)接入同一套冷凝器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)介質(zhì)的自循環(huán)運(yùn)行 。

水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置技術(shù)方案

一種水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置，包括浸有蒸發(fā)介質(zhì)的定子繞組發(fā)熱體和與冷卻介質(zhì)蒸汽進(jìn)行熱交換的冷凝器系統(tǒng)，其特征在于還包括浸有蒸發(fā)介質(zhì)的定子匯流環(huán)發(fā)熱體，所述定子繞組發(fā)熱體的一端通過(guò)第一總集液管、第一回液管與冷凝器底部連通，其另一端與第一總集汽管連通，第一總集汽管再通過(guò)第一集汽管與冷凝器的上部連通；所述定子匯流環(huán)發(fā)熱體的一端通過(guò)第二總集液管、第二回液管與冷凝器底部連通，其另一端與第二總集汽管連通，第二總集汽管再通過(guò)第二集汽管與冷凝器的上部連通。

所述冷凝器系統(tǒng)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的冷凝器，且在冷凝器之間設(shè)置有使各個(gè)冷凝器相互連通的均壓環(huán)管。

所述定子繞組發(fā)熱體呈立式結(jié)構(gòu)，所述定子匯流環(huán)發(fā)熱體呈臥式結(jié)構(gòu)。所述第一、第二回液管設(shè)置為高低回液管，第二回液管底部高于第一回液管底部，第二回液管頂部低于第一回液管的頂部。

所述第二總集液管低于匯流環(huán)底部。

所述第一、第二總集液管和第一、第二總集汽管均可以設(shè)置成與定子圓周同心的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

《水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置》充分利用定子繞組和匯流環(huán)的蒸發(fā)冷卻特點(diǎn)，將兩套冷卻系統(tǒng)接入同一套冷凝器實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)介質(zhì)的自循環(huán)運(yùn)行。采用該裝置后，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，循環(huán)可靠、節(jié)約空間，且成本低廉。由于定子繞組發(fā)熱體為立式結(jié)構(gòu)，在保證蒸發(fā)介質(zhì)有一定液位的條件下就可以實(shí)現(xiàn)自循環(huán)運(yùn)行，而匯流環(huán)為水平放置，其內(nèi)部必須在蒸發(fā)介質(zhì)全浸條件下才能實(shí)現(xiàn)自循環(huán)運(yùn)行，采用聯(lián)合循環(huán)方式就必須同時(shí)滿足以上兩個(gè)條件。同時(shí)冷凝器采用了高低兩個(gè)回液管，高回液管供定子繞組蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)用，低回液管供匯流環(huán)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)用，由于匯流環(huán)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的回液管低，冷凝器內(nèi)的蒸發(fā)介質(zhì)總是優(yōu)先供給匯流環(huán)，匯流環(huán)灌滿后，再供給定子繞組蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，這樣就同時(shí)滿足了兩套系統(tǒng)的需求，而在運(yùn)行時(shí)，無(wú)論定子繞組的液位怎樣變化，匯流環(huán)也總是處于全浸的狀態(tài)。冷凝器系統(tǒng)設(shè)置有均壓環(huán)管，使各冷凝器之間相互連通，實(shí)現(xiàn)整個(gè)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的壓力均勻，使定子和匯流環(huán)對(duì)應(yīng)的冷卻并聯(lián)支路運(yùn)行狀況一致，各冷凝器帶走的熱量更均勻，即保證了發(fā)電機(jī)定子繞組沿軸向和周向溫度分布更均勻 。

水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置改善效果

《水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置》的優(yōu)點(diǎn)：1、采用聯(lián)合循環(huán)方式，解決了立式的定子繞組發(fā)熱體和呈臥式的定子匯流環(huán)發(fā)熱體兩種不同布置方式部件的蒸發(fā)冷卻問(wèn)題；2、冷凝器布置高低回液管，保證兩套蒸發(fā)冷卻的自循環(huán)運(yùn)行；3、設(shè)置集液管，實(shí)現(xiàn)了呈臥式布置的定子匯流環(huán)發(fā)熱體蒸發(fā)冷卻自循環(huán)系統(tǒng)；4、在冷凝器系統(tǒng)上布置的均壓環(huán)管，使各冷凝器之間相互連通。實(shí)現(xiàn)整個(gè)蒸發(fā)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的壓力均勻，使定子繞組發(fā)熱體和定子匯流環(huán)發(fā)熱體對(duì)應(yīng)的冷卻并聯(lián)支路運(yùn)行狀況一致，各冷凝器帶走的熱量更均勻，即保證了發(fā)電機(jī)定子繞組、匯流環(huán)沿軸向和周向溫度分布更均勻 。

圖1為《水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置》的剖面結(jié)構(gòu)示意圖

《水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置》涉及水輪發(fā)電機(jī)定子的冷卻裝置，特別是一種水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置 。

1.一種水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置，包括浸有蒸發(fā)介質(zhì)的定子繞組發(fā)熱體（1）和與蒸發(fā)介質(zhì)進(jìn)行熱交換的冷凝器系統(tǒng)，其特征在于所述冷凝器系統(tǒng)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的冷凝器（11）所述水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置還包括浸有蒸發(fā)介質(zhì)的定子匯流環(huán)發(fā)熱體（2），所述定子繞組發(fā)熱體（1）的一端通過(guò)第一總集液管（4）第一回液管（3）與冷凝器（11）底部連接，定子繞組發(fā)熱體（1）的另一端與第一總集汽管（5）連通，第一總集汽管（5）再通過(guò)第一集汽管（6）與冷凝器（11）的上部連通；所述定子匯流環(huán)發(fā)熱體（2）的一端通過(guò)第二總集液管（8）第二回液管（7）與冷凝器（11）底部連通，定子匯流環(huán)發(fā)熱體（2）的另一端與第二總集汽管（9）連通，第二總集汽管（9）再通過(guò)第二集汽管（10）與冷凝器（11）的上部連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置，其特征在于所述冷凝器（11）之間設(shè)置有使各個(gè)冷凝器（11）相互連通的均壓環(huán)管（12）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置，其特征在于所述定子繞組發(fā)熱體（1）呈立式結(jié)構(gòu)，所述定子匯流環(huán)發(fā)熱體（2）呈臥式結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置，其特征在于所述第一、第二回液管設(shè)置為高低回液管，第二回液管（7）底部高于第一回液管（3）底部，第二回液管（7）底部低于第一回液管（3）的頂部。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置，其特征在于所述第二總集液管（8）位于定子匯流環(huán)發(fā)熱體（2）底部 。

實(shí)施例1

如圖1所示，水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置布置在水輪發(fā)電機(jī)定子上，圓周根據(jù)結(jié)構(gòu)需要布置多個(gè)冷凝器11，每個(gè)冷凝器11底部設(shè)置有兩個(gè)管路，冷凝器11內(nèi)的蒸發(fā)介質(zhì)通過(guò)其中的一根管路，即第一回液管3，進(jìn)入第一總集液管4，再進(jìn)入定子繞組發(fā)熱體1、第一總集汽管5、第一集汽管6，最后回到冷凝器11；冷凝器11內(nèi)的蒸發(fā)介質(zhì)通過(guò)其中的另一根管路，即第二回液管7，進(jìn)入第二總集液管8，再進(jìn)入定子匯流環(huán)發(fā)熱體2、第二總集汽管9、第二集汽管10，最后回到冷凝器11。

實(shí)施例2

水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻循環(huán)裝置設(shè)置在水輪發(fā)電機(jī)定子上，可以單獨(dú)對(duì)定子匯流環(huán)發(fā)熱體2進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，定子的圓周根據(jù)結(jié)構(gòu)需要設(shè)置有多個(gè)冷凝器11，每個(gè)冷凝器11底部設(shè)置有一根第二回液管7，每個(gè)冷凝器11的上部設(shè)置有一根第二集汽管9，蒸發(fā)介質(zhì)就從冷凝器11依次進(jìn)入第二回液管7、第二總集汽管8、定子匯流環(huán)發(fā)熱體2第二總集汽管9、第二集汽管10，最后再回到冷凝器11，形成了匯流環(huán)的蒸發(fā)冷卻自循環(huán)系統(tǒng)。

實(shí)施例3

由于定子繞組發(fā)熱體1為立式結(jié)構(gòu)，定子匯流環(huán)發(fā)熱體2為水平放置，在保證蒸發(fā)介質(zhì)有一定液位的條件下就可以實(shí)現(xiàn)自循環(huán)運(yùn)行。同時(shí)第二回液管7底部高于第一回液管3底部，第二回液管7的頂部低于第一回液管（3）的頂部，第一回液管3供定子繞組蒸發(fā)冷卻循環(huán)系統(tǒng)使用，第二回液管7供定子匯流環(huán)蒸發(fā)冷卻循環(huán)系統(tǒng)使用，由于定子匯流環(huán)蒸發(fā)冷卻循環(huán)系統(tǒng)的回液管低，冷凝器內(nèi)的蒸發(fā)介質(zhì)總是優(yōu)先供給定子匯流環(huán)發(fā)熱體2，匯流環(huán)灌滿后，再供給定子繞組蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)。

實(shí)施例4

冷凝器系統(tǒng)設(shè)置有均壓環(huán)管12，使各冷凝器11之間相互連通，實(shí)現(xiàn)整個(gè)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的壓力均勻，使定子和匯流環(huán)對(duì)應(yīng)的冷卻并聯(lián)支路運(yùn)行狀況一致，各冷凝器11帶走的熱量更均勻 。

2014年3月29日，《水輪發(fā)電機(jī)定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置》獲得第十三屆中國(guó)專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng) 。2100433B

聯(lián)合循環(huán)裝置的設(shè)想在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展早期就已經(jīng)提出，大約在60年代初便有了較成熟的、利用排氣余熱的聯(lián)合循環(huán)裝置。此后以石油和天然氣為燃料的聯(lián)合循環(huán)裝置得到了廣泛的應(yīng)用。以煤為燃料的"整體"聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置正在興起，許多國(guó)家都很重視燃煤聯(lián)合循環(huán)裝置的研究工作。聯(lián)合循環(huán)裝置的排氣余熱利用、煤氣化和沸騰燃燒等幾種主要形式。

世界各國(guó)進(jìn)行蒸發(fā)冷卻研究始于20世紀(jì)60年代初期，前蘇聯(lián)、日本、美國(guó)、英國(guó)不斷發(fā)表有關(guān)研究成果的文獻(xiàn)。中國(guó)開(kāi)展蒸發(fā)冷卻研究始于1958年，1983年投運(yùn)了兩臺(tái)11.8 MV·A定子繞組蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機(jī)，1991年投運(yùn)了1臺(tái)60MV·A定子繞組蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量為444 MV·A大容量定子繞組蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機(jī)已于1999年在李家峽電站投人運(yùn)行。

將液態(tài)介質(zhì)通入水輪發(fā)電機(jī)導(dǎo)體內(nèi)部進(jìn)行蒸發(fā)冷卻的方式。