水輪發(fā)電機蒸發(fā)冷卻特點

蒸發(fā)冷卻的特點是：①由于冷卻介質(zhì)蒸發(fā)時的導(dǎo)熱能力比空氣和水高幾倍多，因此在相同條件下，采用蒸發(fā)冷卻可以減小機組尺寸，減輕機組重量。②蒸發(fā)量隨負(fù)荷大小變化，具有明顯的自調(diào)節(jié)能力，繞組溫度分布均勻，延長了絕緣壽命。③充分利用冷卻介質(zhì)在液態(tài)及氣態(tài)條件下的重力差或離心力(前者適用定子，后者適用于轉(zhuǎn)子)作為循環(huán)動力，實現(xiàn)了自循環(huán)冷卻過程。④冷卻介質(zhì)具有良好的絕緣性能和化學(xué)惰性，還具有不燃、不爆、穩(wěn)定、無毒、無腐蝕、氣化溫度低等優(yōu)點。

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

水輪發(fā)電機蒸發(fā)冷卻簡介

水輪發(fā)電機由水輪機驅(qū)動。它的轉(zhuǎn)子短粗，機組的起動、并網(wǎng)所需時間較短，運行調(diào)度靈活，除一般發(fā)電外，特別宜于作為調(diào)峰機組和事故備用機組。水輪發(fā)電機組的最大容量已達(dá)80萬千瓦。

柴油發(fā)電機由內(nèi)燃機驅(qū)動。它起動迅速，操作方便，但發(fā)電成本高，主要用作應(yīng)急備用電源，或在大電網(wǎng)沒有達(dá)到的地區(qū)和流動電站使用。容量多在幾千瓦至幾千千瓦之間。柴油機軸上輸出的轉(zhuǎn)矩呈周期性脈動，須防止共振和斷軸事故。

水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將決定發(fā)出的交流電的頻率，為保證這個頻率的穩(wěn)定，就必須穩(wěn)定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。為了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，可采用閉環(huán)控制的方式對原動機（水輪機）轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，即將發(fā)出的交流電的頻率信號采樣，并將其反饋到控制水輪機導(dǎo)葉開合角度的控制系統(tǒng)中，去控制水輪機的輸出功率，通過反饋控制原理，就可以讓發(fā)電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定了。

水輪發(fā)電機蒸發(fā)冷卻沿革

世界第一座水電站于1878年建于法國。美洲第一座水電站于1882年建在美國威斯康星州，采用直流發(fā)電機。1889年后,開始使用三相交流發(fā)電機。此后,單機容量增長很快，1890年僅1.5萬kW,至1955年已能生產(chǎn)10.5萬kW的發(fā)電機。中國在1949年以前自制的水輪發(fā)電機單機容量不超過200kW,1949年以后電機工業(yè)獲得了蓬勃的發(fā)展，1958年已能生產(chǎn)7.25萬kW單機，1972年已制造出30萬kW雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機。位于世界前列的大容量水輪發(fā)電機為大古力水電站的 71.8萬kVA定子水冷半傘式水輪發(fā)電機、伊泰普水電站73.7萬kVA定子水冷半傘式水輪發(fā)電機和古里水電站70.0萬kVA空冷傘式水輪發(fā)電機以及向家壩80.0萬KW水輪發(fā)電機等。

水輪發(fā)電機蒸發(fā)冷卻分類

水輪發(fā)電機按軸線位置可分為立式與臥式兩類。大中型機組一般采用立式布置，臥式布置通常用于小型機組和貫流式機組。立式水輪發(fā)電機按導(dǎo)軸承支持方式又分為懸式和傘式兩種。傘式水輪發(fā)電機按導(dǎo)軸承位于上下機架的不同位置又分為普通傘式、半傘式和全傘式。懸式水輪發(fā)電機的穩(wěn)定性比傘式好，推力軸承小，損耗小，安裝維護方便，但鋼材耗量多。傘式機組總高度低，可降低水電站廠房高度。臥式水輪發(fā)電機一般用于轉(zhuǎn)速大于375r/min的情況，以及一些小容量電站。

對于水輪發(fā)電機的容量和轉(zhuǎn)速等級劃分,世界各國尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國的情況,大致上可以按下表劃分其容量和轉(zhuǎn)速等級：

水輪發(fā)電機蒸發(fā)冷卻結(jié)構(gòu)

水輪發(fā)電機由轉(zhuǎn)子、定子、機架、推力軸承、導(dǎo)軸承、冷卻器、制動器等主要部件組成（見圖）。定子主要由機座、鐵芯和繞組等部件組成。定子鐵芯用冷軋硅鋼片疊成，按制造和運輸條件可做成整體和分瓣結(jié)構(gòu)。水輪發(fā)電機冷卻方式一般采用密閉循環(huán)空氣冷卻。特大容量機組傾向于以水作為冷卻介質(zhì)，直接冷卻定子。如同時冷卻定子和轉(zhuǎn)子則為雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機組。

液態(tài)冷卻介質(zhì)從位于上機架附近的冷凝器引出，由定子繞組底部進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部，吸熱后氣化產(chǎn)生氣泡，形成液、氣兩相混合的流體，其比重小于未氣化液體的比重，故在流動壓頭作用下沿導(dǎo)體向上流動，從定子繞組頂端引出至冷凝器，經(jīng)二次冷卻水冷凝為液體循環(huán)使用。對于轉(zhuǎn)子，由于存在離心力的作用，使自循環(huán)冷卻效果更為顯著。

世界各國進(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、英國不斷發(fā)表有關(guān)研究成果的文獻(xiàn)。中國開展蒸發(fā)冷卻研究始于1958年，1983年投運了兩臺11.8 MV·A定子繞組蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機，1991年投運了1臺60MV·A定子繞組蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機，單機容量為444 MV·A大容量定子繞組蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機已于1999年在李家峽電站投人運行。

蒸發(fā)冷卻式水輪發(fā)電機是指利用低沸點的液體作為冷卻介質(zhì)，在定子繞組的空心線棒中吸熱蒸發(fā)汽化達(dá)到冷卻，形成密閉無泵自循環(huán)系統(tǒng)的水輪發(fā)電機 。

李家峽水電站4號蒸發(fā)冷卻式水輪發(fā)電機組單機容量為400 MW,于1999年12月投人運行，是世界上最大的該類型機組 。2100433B

水輪發(fā)電機定子蒸發(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，將兩套冷卻系統(tǒng)接入同一套冷凝器系統(tǒng)實現(xiàn)蒸發(fā)介質(zhì)的自循環(huán)運行 。

水輪發(fā)電機定子蒸發(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)包括兩個或兩個以上的冷凝器，且在冷凝器之間設(shè)置有使各個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，將兩套冷卻系統(tǒng)接入同一套冷凝器實現(xiàn)蒸發(fā)介質(zhì)的自循環(huán)運行。采用該裝置后，結(jié)構(gòu)簡單，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現(xiàn)自循環(huán)運行，而匯流環(huán)為水平放置，其內(nèi)部必須在蒸發(fā)介質(zhì)全浸條件下才能實現(xiàn)自循環(huán)運行，采用聯(lián)合循環(huán)方式就必須同時滿足以上兩個條件。同時冷凝器采用了高低兩個回液管，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)，這樣就同時滿足了兩套系統(tǒng)的需求，而在運行時，無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，實現(xiàn)整個蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的壓力均勻，使定子和匯流環(huán)對應(yīng)的冷卻并聯(lián)支路運行狀況一致，各冷凝器帶走的熱量更均勻，即保證了發(fā)電機定子繞組沿軸向和周向溫度分布更均勻 。

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

《水輪發(fā)電機定子蒸發(fā)冷卻聯(lián)合循環(huán)裝置》的優(yōu)點：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)運行；3、設(shè)置集液管，實現(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。實現(xiàn)整個蒸發(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)熱體對應(yīng)的冷卻并聯(lián)支路運行狀況一致，各冷凝器帶走的熱量更均勻，即保證了發(fā)電機定子繞組、匯流環(huán)沿軸向和周向溫度分布更均勻 。