蒸发冷却技术专题讲座 汽轮机定子绕组用强迫循环蒸发内冷的实验

汽轮发电机的冷却方式多种多样,从1956年英国开始采用净化水冷却发电机定子绕组,到目前,汽轮发电机的定子绕组采用水内冷已是相当普遍。但是水内冷电机水系统呈现出的堵和漏问题成为困扰水内冷电机发展的致命弱点。而汽轮发电机定子绕组内部的蒸发冷却是一种正在研究的新型冷却方式,这种冷却方式的热学原理是利用流体的沸腾传热来冷却电机的。由于采用了低沸点,高绝缘的冷却介质作为电机内冷的介质,使得这种冷却方式在继承了水内冷全部优点的情况下完全杜绝了因介质泄漏引起绝缘损坏故障的发生,成为汽轮发电机新型冷却方式应用的一个发展方向。一台50MW定子绕组蒸发内冷汽轮发电机在上海超高压输变电公司成功运行多年,它奠定了蒸发冷却技术在汽轮发电机上的工业应用基础。要确定蒸发冷却技术在汽轮发电机上的应用容量,300MW汽轮发电机定子绕组蒸发内冷的实验研究是十分必要和有意义的。 本文以哈尔滨电机厂设计的300MW汽轮发电机定子线棒     

不同绝缘材料对电机绕组蒸发冷却过程的强化

一、引言电机的蒸发冷却在现代发电机的冷却方式上是一个新的探索。就冷却效果而言,蒸发冷却比同一介质的受迫对流冷却好得多。特别是,当绕组采用空心导线,让冷却介质在绕组内部流动。采用蒸发冷却,其冷却效果好,这是勿容置疑的。但是,在汽轮发电机中,由于制造工艺和密封上的困难,将不宜采用空心绕组。因此,在汽轮发电机的冷却上,我们准备采用全浸式的盒型结构。在这种结构中,电机定子将全浸在氟利昂中。解决了绕组、铁心及定     

大型蒸发冷却汽轮发电机定子绕组温度计算

在介绍了利用汽化潜热进行热交换实现电机定子绕组蒸发冷却的工作原理基础上,说明了电机定子铁心采用全浸式与绕组强迫内冷结合的新型蒸发冷却技术,不仅其绕组温升低,而且冷却介质单一,可以为电机的运行提供安全、可靠和高效的绝缘环境及冷却效果.并以300MW汽轮发电机设计数据为依据,根据空心股线内部介质两相流动特性,对空心股线内介质两相流动阻力、蒸发点位置等参数进行计算,分析了定子绕组温度沿轴向温度分布情况以及负荷变化对温度的影响,将试验值进行对比分析,验证了蒸发冷却技术在汽轮发电机上应用的可行性,同时为进一步应用于大型发电机提供理论依据.     

300 MW汽轮发电机强迫循环蒸发冷却定子绕组温升计算

电机定子绕组内部蒸发冷却技术是中国自主创新技术,目前尚处于研究阶段,该文介绍了利用相变吸热原理实现电机定子绕组内部蒸发冷却的工作原理,并以300 MW汽轮发电机设计数据为依据,采用分相模型计算两相流动阻力,采用热量守恒方程计算蒸发点,经多次迭代,确定蒸发点位置、单相段和沸腾两相段绕组温度,并与试验值对比分析,说明相变传热方式冷却效果比无相变传热好,同时分析了通过流量调节可以控制蒸发点位置,防止两相流动阻力过大而引起气阻现象。该文提供的定子绕组温度计算方法为定子绕组内部蒸发冷却技术进一步应用于大型发电机提供理论依据。     

变压器类产品专利(080037～080042)

080037一种蒸发冷却变压器200410048207.2)中国科学院电工研究所(张国强、郭卉、顾国彪)一种蒸发冷却变压器,采用内冷式蒸发冷却方式。它的变压器绕组由实心导线和空心导线、或实心导线和空心管线组成,在空心导线或空心管线中灌入满足环保要求的蒸发冷却介质。由于能量损耗,变压器绕组发热,热量传递给空心导线中的冷却介质,使其温度升高,当温度达到内部压力所对应的饱和温度时,绕组内空心导体或空心管线中的蒸发冷却介质汽化,产生相变吸热,经冷凝器冷却再液化,如此循环。     

高速永磁电机转子蒸发冷却系统数值模拟

对于大功率高速永磁电机,在高功率密度下转子散热困难,易造成永磁体发生不可逆退磁。为了解决转子的有效冷却问题,采用喷雾式新型蒸发冷却技术,利用相变吸热原理实现空心永磁转子蒸发冷却,基于计算流体力学方法,建立雾滴与空气的传热传质物理模型,对转子喷雾冷却系统进行数值模拟。研究表明,相变传热方式冷却效率高,转子的温度分布均匀,提高了高速永磁电机转子运行的可靠性和稳定性。本文提供的转子蒸发冷却计算方法,为蒸发冷却技术在大功率高速永磁电机转子冷却的应用提供理论依据。     

蒸发冷却技术应用于大型汽轮发电机的技术可行性

针对大型汽轮发电机的发展要求,介绍了汽轮发电机定子蒸发冷却及转子蒸发冷却的原理和结构.详尽地分析了蒸发冷却技术应用于大型汽轮发电机的可行性,得出定子浸润式、转子开放管道式蒸发冷却方案应用于大型汽轮发电机在技术上是可行的结论;同时对汽轮发电机转子绕组开放管道式蒸发冷却技术进行了模拟实验,实验目的是为了取得开放管道式转子绕组沿半径方向的温度分布情况,并粗略估计冷却能力,旨在为蒸发冷却汽轮发电机向更大容量发展、探索新的冷却结构提供技术参考.     

汽轮发电机转子绕组开放管道式蒸发冷却技术的实验研究

为了将蒸发冷却技术应用于大容量的汽轮发电机,需要对转子蒸发冷却技术进行深行研究.本文重点介绍了汽轮发电机转子绕组开放管道式蒸发冷却技术的模拟实验.阐述了实验原理、模型的建立以及数据的采集等问题,并对结果进行了详细的分析.实验结果表明,开放管道式转子线圈半径方向上的温度分布均匀,完全符合汽轮发电机的冷却技术要求.在不同的工况条件下,系统均表现出了良好的冷却能力.该实验为采用开放管道式转子绕组蒸发冷却方式的大容量汽轮发电机的设计和计算提供了依据,其结果也可为离心力场下的液体流动和传热方面的研究借鉴.     

立式水轮发电机蒸发冷却转子振动特性研究

随着水轮发电机向大容量、高转速发展,对转子冷却技术提出了更高的要求。蒸发冷却技术是一种依靠冷却介质相变吸热的高效冷却技术,但目前的蒸发冷却转子方案要求在转子上存储一定量的液态冷却介质。为研究蒸发冷却转子上液态冷却介质与转子振动特性之间的关系,本文基于某水电站立式水轮发电电动机真机模型初步建立了管道内冷式转子蒸发冷却结构,研究了不同液位高度下蒸发冷却介质对转子固有频率的影响。结果表明,随着液位高度的增加,冷却介质对管道壁面的压力逐渐增大,对转子自身的固有频率无显著影响。本文所做工作对后续进行转子蒸发冷却结构优化设计以及进一步研究液态冷却介质与转子振动特性之间的耦合关系具有一定的指导意义。     

大型空冷汽轮发电机转子多种通风方案比较

为分析转子不同通风方案的冷却效果,以某大型空冷汽轮发电机转子为例,建立其端部绕组最长的单个线圈的物理模型,在各个通风段长度确定的情况下,改变进、出风口大小、位置及挡块布置.根据计算流体力学原理模拟额定工况转子内部流场及温度场,比较不同通风方案转子内部冷却介质流量分布、转子绕组最高温度以及温度分布的均匀性.研究结果表明,转子端部绕组风口位置决定了绕组内冷风路的长短、冷却风量大小、冷却介质温度分布及绕组温度分布.合理布置风口可增加进入转子绕组的冷却风量并调节进入各段绕组的进风百分比,保证转子在最高容许工作温度以下工作,并使转子温度分布较均匀.     

蒸发冷却技术的发展进步及现存技术难点

一、蒸发冷却的原理 1.原理 电机以往所使用的冷却方式(包括空冷、氢冷和水冷)从热学原理上来讲都是利用介质的比热吸热从而带走热量。而蒸发冷却从热学原理上是利用流体沸腾时的汽化潜热带走热量。这种利用流体沸腾时的汽化潜热的冷却方式就叫做“蒸发冷     

汽轮发电机定子绕组内部蒸发冷却与循环系统

简要介绍采用高绝缘低沸点介质替代水内冷介质,用于汽轮发电机定子绕组内部冷却的原理。着重介绍循环系统结构设计特点,并依照200MW汽轮发电机定子铁心、绕组尺寸建立的实验模型,进行了加电流传热试验。取得的实验数据表明,这种冷却方式较其他冷却方式具有明显的优势,有可能成为本世纪发展巨型汽轮发电机及定子绕组要求内冷电机的一种非常有前途的冷却方式。     

关于励磁电流超过1800安的汽轮发电机转子绕组接地时的运行可能性问题

励磁电流超过1800安、绕组直接冷却的大型汽轮发电机组转子,当转子绕组两点接地时可能引起很大的损坏,在斯拉旺大型火力发电站就发生过这种情况,这个电站的50万瓩TBB-500-2发电机转子由于严重损坏而必须返厂检修。阿里-拜依拉林大型火力发电站的20万瓩TBB-200汽轮发电机转子,由于本体齿铁芯损坏而不能继续运行。根据这种情况,为了防止励磁电流超过1800安、直接冷却的发电机转子在励磁回路接     

利用冷却介质优化设计的卧式电机

提出一种采用浸泡式蒸发冷却的电机结构优化方法。包括以下步骤:以相同电压等级和容量的风冷式电机为比照基准,将定子主绝缘层厚度相应地减少近一半,并将定子电流密度相应地增大;在上述定子主绝缘层厚度和定子电流密度的基础上,根据各参数不同取值的组合计算结果,获得各部件结构的最小形状数据;所述各参数包括气隙磁通密度、定子绕组的匝数、定子和转子的内径和外径以及定子槽和转子槽的高度和宽度。本优化设计充分发挥了浸泡式蒸发冷却技术的优势,在相同电压等级和容量下,电机及各主要部件外形尺寸大大减小,降低了制造成本。     

定子永磁式双转子电机电磁性能分析

为了提高双转子电机的转矩密度,实现其应用于混合动力汽车驱动系统的小型轻量化和平稳运行的需求,提出一种三相12/22/12极定子永磁式磁通切换双转子电机结构,其绕组和永磁体均位于外定子和内转子上,外转子上无绕组和永磁体,避免了外转子的冷却问题。对定子永磁式磁通切换双转子电机的拓扑结构及工作原理进行了介绍,采用有限元方法对电机磁场分布、气隙磁密、永磁磁链、空载反电动势、电感及转矩等电磁性能进行了分析。研究结果表明,提出的定子永磁式磁通切换双转子电机结构具有内外电机磁场耦合小、空载反电动势正弦性好、转矩密度大、转矩脉动小的特点,并通过原理样机实验结果验证了电机设计的有效性。     

蒸发冷却电机中汽液两相沿程摩擦阻力的研究

该文旨在提高蒸发冷却电机中冷却介质两相流动的沿程摩擦阻力的计算精度。用5种计算方法(2种均相模型计算方法,L-M方法,Chisholm方法和Friedel方法)计算冷却介质两相流动的摩阻放大倍数和沿程摩擦阻力;以李家峡400兆瓦蒸发冷却电机为参照,搭建起两相流实验台,在0.146～0.152MPa压力范围内对冷却介质的两相流动进行了实验研究。在2.59、3.45、4.3g/s3种流量条件下比较实验数据与计算结果后发现,基于分相模型的L-M方法对放大倍数和沿程摩擦阻力的预测结果最准确,最大误差不超过15%,根据冷却介质的流量修正系数C后,计算精度大大提高,误差不超过6%。这说明修正后的L-M方法可以应用于蒸发冷却电机的设计计算,为冷却系统的循环计算奠定了理论基础。     

浸润式混合强迫内冷的蒸发冷却汽轮发电机定子三维温度场的仿真分析

汽轮发电机采用定子浸润与强迫内冷的蒸发冷却方式优越于传统的其它冷却方式,可以为电机的运行提供安全、可靠和高效的绝缘及冷却效果,相应的温度场分析计算值得深入研究.本文以一台50MW汽轮发电机的定子为研究对象,首次提出了完整的采用铁芯浸润式与强迫循环绕组内冷结合的蒸发冷却电机的定子三维温度场的仿真计算模型,并分析了负荷变化以及定子绕组内冷对电机温度场的影响,对仿真计算与试验的结果进行了对比分析,为更大容量蒸发冷却汽轮发电机的设计、制造提供了理论依据.     

蒸发冷却电机管内气液两相流截面含气率测量的研究

本阐述了蒸发冷却电机管内气液两相流截面含气率测量的重要性及其测量的特点,分析了各种测量方法的优缺点．并对静态气液两相介质进行了射线吸收法的实验研究,认为采用射线吸收法测量蒸发冷却电机管内气液两相流出口处截面含气率是可行的,并且可以获得较高的精度。     

感应整流式无刷同步电机的励磁原理和调压性能研究

为了实现转子励磁型电励磁电机的无刷化励磁,研究一种感应整流式无刷同步电励磁电机。新结构电机采用传统电励磁电机铁芯。当往定子励磁绕组通入直流励磁电流后,感应激励绕组电流和转子励磁绕组电流产生的磁场在气隙中叠加,共同感应电枢绕组。该方法结合传统的感应励磁和励磁机励磁的优点,实现高效的无刷化励磁。介绍感应整流式无刷同步电励磁电机的结构,绕组分布和基本工作原理,理论分析感应激励绕组电流和转子励磁绕组电流的励磁原理,运用Ansys Maxwell仿真分析发电机的输出电压波形以及调压性能。制作了一台1.5kVA的实验样机,验证了理论和仿真分析的正确性。     

新型绕线式转子结构无刷双馈电机的磁场调制机理分析

介绍了一种转子绕组绕线式结构的无刷双馈电机磁场调制原理,分析了电机定子2P和2C极绕组及其在转子绕组中产生磁动势,推导出电机稳定运行条件。对特殊笼形、磁阻式转子结构磁场调制机理也作了介绍,对不同转子结构调制原理进行了对比。