專利名稱：水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)的冷卻技術(shù)，提供一種水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置。
顯然，現(xiàn)在技術(shù)空冷和水冷滿足不了特大型發(fā)電機(jī)組的冷卻和安全要求，必須研究開發(fā)新的冷卻介質(zhì)和冷卻技術(shù)，提高安全運行的可靠性。我國自主研究開發(fā)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)業(yè)已成熟。完全能滿足大型發(fā)電機(jī)組冷卻技術(shù)要求。所謂蒸發(fā)冷卻，是把冷卻液體灌入發(fā)電機(jī)定子線圈實心導(dǎo)線內(nèi)，利用液體介質(zhì)氣化吸熱的原理來冷卻電機(jī)。蒸發(fā)冷卻選用的冷卻介質(zhì)具有高絕緣、低沸點、安全、無毒、穩(wěn)定的特性。
本發(fā)明水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置是一個內(nèi)部充有冷卻介質(zhì)的全封閉自循環(huán)系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)定子繞組由空心導(dǎo)體和實心導(dǎo)體組合物構(gòu)成，其上下兩端分別通過上端電液分離接頭和下端電液分離接頭，連接上端絕緣引管和下端絕緣引管，上絕緣引管通過集氣管和冷凝器的冷凝空間相連，下絕緣引管通過集液管和回液管的下端相連，回液管的上端與冷凝器的冷凝空間相連；再通過上環(huán)管把整臺發(fā)電機(jī)所需要的多臺冷凝器并連，通過集液管使多根回液管并連。
本發(fā)明水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其冷凝器由金屬罐體和罐內(nèi)密封金屬管束構(gòu)成。管束進(jìn)出口在罐體上經(jīng)密封接頭引出罐外；金屬罐體與密封金屬管束之間有足夠的冷凝空間。金屬罐體上安裝壓力傳感器，壓力開關(guān)，減壓電磁閥，二次冷卻水泄漏檢測儀的檢測電極。
水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其密封循環(huán)系統(tǒng)中的回液管其中的一根通過連通管與磁性浮子式液位計相連接，液位計的下端裝有一只壓力傳感器。
水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置密封循環(huán)系統(tǒng)中，每只冷凝器都安裝有冷卻水泄漏檢測儀。其檢測電極是由插入冷凝器冷凝空間底部的兩根彼此隔離的金屬電極組成檢測電極，由密封接頭引出到罐外與檢測電路結(jié)合，實現(xiàn)冷凝器內(nèi)密封金屬管束內(nèi)流動的二次冷卻水的泄漏報警。
水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置是一個充有適量冷卻介質(zhì)的全封閉循環(huán)系統(tǒng)。其冷卻介質(zhì)的特征是電氣絕緣性能好，不燃燒，沸點溫度在28度-60度之間，對構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)的組件銅導(dǎo)體，電液分離接頭，絕緣引管及密封件無腐蝕、性能穩(wěn)定符合環(huán)保要求的液體。
冷卻液體的注入量可以以液位計的顯示確定，液位計中冷卻液高度L由下列計算公式確定L＝(P2-P1)/Q其中P2為液位計下端壓力傳感器9所示壓力，單位為g/cm2，P1為冷凝器冷凝空間壓力傳感器所示壓力，單位為g/cm2，Q為冷卻液的比重，單位為g/cm3，L為冷卻液度高，單位為cm。
本發(fā)明水輪發(fā)電機(jī)定子繞組蒸發(fā)冷卻裝置運行時，冷卻液在系統(tǒng)中密閉循環(huán)與冷凝器密封金屬管束中流動的二次冷卻水進(jìn)行完全熱交換。為保證正常運行，不允許二次冷卻水漏入冷凝器的冷凝空間。為此本發(fā)明提供了二次冷卻水泄漏檢測儀，其電路原理下文中結(jié)合實施例說明。
采用本發(fā)明的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組蒸發(fā)冷卻裝置，具有水冷機(jī)組一樣冷卻效果好的優(yōu)點，而由于蒸發(fā)冷卻自循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的冷卻介質(zhì)具有高絕緣性能，又避免了水冷機(jī)組那種因定子繞組水泄漏發(fā)生短路事故的危險。從而極大地提高了運行可靠性。再者，定子繞組蒸發(fā)冷卻介質(zhì)循環(huán)動力是利用液相和氣液兩相的比重差，在重力作用下實現(xiàn)無泵自循環(huán)的。這個過程隨電機(jī)負(fù)荷大小而自動調(diào)節(jié)，使繞組的溫升近似恒定，減小了繞組銅導(dǎo)體和絕緣之間的熱應(yīng)力，有利于提高電機(jī)繞組的使用壽命。另外采用電機(jī)繞組蒸發(fā)冷卻不需要水內(nèi)冷機(jī)組運行所需的水處理和循環(huán)泵設(shè)備，節(jié)省了投資和運行費用，簡化了運行管理。
此外，本發(fā)明提供的二次冷卻水泄漏檢測儀確保本裝置安全可靠地運行，當(dāng)冷凝器中的二次冷卻水有微量泄漏時，檢測儀將給出報警信號。
圖2是冷凝器二次冷卻水泄漏檢測儀的電路原理圖。
在本實施例中，選用的冷卻介質(zhì)具有高絕緣、低佛點、安全、無毒、穩(wěn)定的特性，例如氟碳化合物，其分子式為(C2F5)3N，或HCFC-225或C3F5HCl2或HFC-4310或C5H2F10。
本發(fā)明二次冷卻水泄漏檢測儀電路的一個實例，如圖2所示。由冷凝器中引出的檢測電極T1經(jīng)電阻R1接直流電源Vcc正端，檢測電極T2接電源負(fù)端(即地端)。檢測電極T1和電阻R1的接點接運算放大器LM的反相輸入端。電阻R2與電阻R3串聯(lián)后，電阻R2接電源正端，電阻R3接電源負(fù)端；電阻R2和R3的接點接運算放大器LM的正相輸入端；運算放大器LM的正電源端和負(fù)電源端分別接電源正端和電源負(fù)端，電阻R4接在運算放大器的正相輸入端與輸出端之間。運算放大器LM的輸出端接晶體三極管TR1的基板；晶體三極管TR1的集電極接電源正端，發(fā)射極通過電阻R5接電源負(fù)端。晶體三極管TR1的發(fā)射極接信號輸出端D，又通過電阻R6接晶體三極管TR2的基極；晶體三極管TR2的發(fā)射極通過電阻R7接電源負(fù)端，集電極通過指示燈L1接電源正端。
本發(fā)明冷凝器二次冷卻水泄漏儀電路的工作原理是當(dāng)冷凝器中流通二次冷卻水的密封管束漏水時，冷凝器下部冷凝空間中的檢測電極T1與T2之間的絕緣電阻變低，當(dāng)運算放大器LM反相輸入端的電位低于由電阻R2和R3分壓所設(shè)定的正相輸入端上的電壓時，運往放大器的輸出由低電平轉(zhuǎn)為為高電平。電阻R4起加速作用，通過信號輸出端D把漏水信號遠(yuǎn)傳到發(fā)電機(jī)組監(jiān)控中心，同時晶體三極管TR2導(dǎo)通，報警指示燈L1點亮。
水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置其工作過程是當(dāng)繞組內(nèi)空心導(dǎo)體中的冷卻液體吸收導(dǎo)體損耗所產(chǎn)生的熱量而逐漸汽化，形成氣相和液相流體混合物，其密度低于回液管中單相液體的密度，在重力作用下產(chǎn)生流動壓頭，克服回路阻力，維持系統(tǒng)循環(huán)。氣相和液相混合的兩相流體流向冷凝器的冷凝空間與冷凝器內(nèi)部密封管束中流動的二次冷卻水進(jìn)行熱交換，冷卻液氣體被冷凝成液體重新流入回液管。這個過程隨電機(jī)負(fù)荷大小自動調(diào)節(jié)，即電機(jī)負(fù)荷增大時損耗加大，冷卻液氣化量也隨著增大，使氣液兩相混合物的密度變得更低，致使流動壓頭增大，循環(huán)加快，帶走更多的熱量，從而保持繞組溫度近似恒定。冷凝器上安裝的壓力傳感器14反映冷凝器冷凝空間壓力。用它控制減壓電磁閥16以調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)蒸發(fā)溫度，壓力開關(guān)15檢測報警壓力，直接控制減壓電磁閥降低冷凝器冷凝空間壓力，確保安全運行?；匾汗?上連接的磁性浮子式液位計8能直觀地顯示密閉冷卻循環(huán)系統(tǒng)中冷卻介質(zhì)的液位。液位計8下端安裝的下壓力傳感器9與安裝在冷凝器上部冷凝空間的上壓力傳感器14共同把液位變成電信號遠(yuǎn)傳至機(jī)組監(jiān)控中心。
權(quán)利要求
1.一種水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于蒸發(fā)冷卻裝置是內(nèi)部充有冷卻介質(zhì)的全封閉自循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)定子繞組由空心導(dǎo)體和實心導(dǎo)體組合而成，定子繞組的上下兩端分別通過上端電液分離接頭和下端電液分離接頭連接上絕緣引管和下絕緣引管；上絕緣引管通過集氣管和冷凝器的冷凝空間相連，下絕緣引管通過集液管與回液管的下端相連，回液管的上端與冷凝器的冷凝空間相連；再通過上環(huán)管把整臺發(fā)電機(jī)所需要的多臺冷凝器并連，通過集液管使多根回液管并連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征是所述的冷凝器是由金屬罐體和裝在罐內(nèi)的密封金屬管束構(gòu)成，管束進(jìn)出口在罐體上經(jīng)密封接頭引出罐外。金屬罐體與密封管束之間留有足夠的冷凝空間，其中一臺冷凝器金屬罐體上安裝上壓力傳感器，壓力開關(guān)，減壓電磁閥，二次冷卻水泄漏檢測儀的檢測電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征是所述回液管其中一根通過連通管與磁性浮子式液位計相連接，液計的下端裝有一只下壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征是其中的二次冷卻水泄漏檢測儀的兩根彼此隔離的檢測電極一端插入冷凝器金屬罐體內(nèi)部冷凝空間底部并用密封接頭引出到罐外，與外部電路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征是密封系統(tǒng)內(nèi)所充的冷卻介質(zhì)具有電氣絕緣性能好，不燃燒，沸點溫度在26度-60度之間，對銅導(dǎo)體，電液分離接頭，絕緣引管及密封件無腐蝕，性能穩(wěn)定，符合環(huán)保要求的液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征是冷卻介質(zhì)采用氟碳化合物，其分子式為(C2F5)3N，或HCFC-225或C3F5HCl2或HFC-4310或C5H2F10。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征是液位計中冷卻液的高度L由下列計算公式確定L＝(P2-P1)/Q式中P2為液位計下端壓力傳感器所示壓力，單位為g/cm2，P1為冷凝器冷凝空間壓力傳感器所示壓力，單位為g/cm2，Q為冷卻液的比重，單位為g/cm3，L為冷卻液高度，單位為cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征是二次冷卻水泄漏檢測儀的電路是這樣的，由冷凝器中引出的檢測電極T1經(jīng)電阻R1接直流電源Vcc正端，檢測電極T2接電源負(fù)端，即地端，檢測電極T1和電阻R1的接點接運算放大器LM的反相輸入端；電阻R2與電阻R3串聯(lián)后，電阻R2接電源正端，電阻R3接電源負(fù)端；電阻R2和R3的接點接運算放大器LM的正相輸入端；運算放大器LM的正電源端和負(fù)電源端分別接電源正端和電源負(fù)端，電阻R4接在運算放大器的正相輸入端與輸出端之間，運算放大器LM的輸出端接晶體三極管TR1的基板；晶體三極管TR1的集電極接電源正端，發(fā)射極通過電阻R5接電源負(fù)端；晶體三極管TR1的發(fā)射極接信號輸出端D，又通過電阻R6接晶體三極管TR2的基極；晶體三極管TR2的發(fā)射極通過電阻R7接電源負(fù)端，集電極通過指示燈L1接電源正端。
全文摘要
本發(fā)明屬于電機(jī)冷卻技術(shù)，涉及水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的蒸發(fā)冷卻裝置，該裝置是內(nèi)部充有冷卻介質(zhì)的全封閉自循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)定了繞組由空心導(dǎo)體和實心導(dǎo)體組合而成，定子繞組的上下兩端分別通過上端和下端電液分離接頭連接上絕緣引管和下絕緣引管；上絕緣引管通過集氣管和冷凝器的冷凝空間相連，下絕緣引管通過集液管與回液管的下端相連，回液管的上端與冷凝器的冷凝空間相連；再通過上環(huán)管把整臺發(fā)電機(jī)所需要的多臺冷凝器并連，通過集液管使多根回液管并連。裝置還設(shè)有冷凝器二次冷卻水泄漏檢測儀。本裝置完全避免了因冷卻介質(zhì)泄漏破壞繞組線圈絕緣造成短路的重大事故，極大地提高了運行可靠性，并且節(jié)省了投資和運行費用。
文檔編號H02K9/20GK1416202SQ01131399
公開日2003年5月7日 申請日期2001年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者顧國彪, 田新東, 熊楠, 國建鴻, 袁家毅, 錢光岳 申請人:中國科學(xué)院電工研究所