汽轮发电机定子绕组内部蒸发冷却循环装置制造方法及图纸

本发明专利技术汽轮发电机定子绕组内部蒸发冷却循环装置，由定子绕组线圈的内冷通道出口，压力平衡器、冷却器、循环磁力泵、汇水环、至线圈内冷通道进口顺序相联构成蒸发冷却循环回路，并注入高绝缘低沸点物化性能稳定的液体冷却介质。压力平衡器包括汇液通道和冷凝器，使压力平衡并控制液体在绕组内吸热汽化点的位置，冷却器则控制冷却液体的温度，从而保障本装置安全稳定可靠地运行，并在大型全液冷汽轮发电机中有广阔的应用前景。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用高绝缘低沸点液体介质循环冷却大型汽轮发电机定子绕组内部的装置。现有技术中，汽轮发电机定子绕组内部的冷却，通常采用水作为冷却介质。水由机座的一端(励磁机端)经汇水环流进绕组内部，从另一端(汽轮机端)流出，出口水温控制在90℃以下。这种冷却方式是利用流动的液体介质的“比热”带走绕组内部铜耗所产生的热量。由于水在一个大气压下的沸点为100℃，因此，水介质在绕组内部不会产生汽化和汽滞现象。但是水是一种导电率高和物化性能不稳定的介质，一旦从绕组内部向外泄漏，就会发生破坏绕组绝缘或相间短路的重大事故。这种事故在运行时间较长的水内冷机组中尤为频繁和严重。由于水冷却介质是导致重大事故的隐患，所以寻找新的冷却介质，研究新的冷却技术，提高电机运行可靠性的要求变得越来越迫切。目前国内外许多电机制造厂家都在进行新型冷却技术的研究开发。途径之一是，采用不燃烧、不导电、无毒的液体或气体来替换水冷介质。如俄罗斯、日本、瑞士和加拿大等国，将在300-500MW以上等级容量发电机上采用不燃爆的液体或气体来冷却。在大型电机新型冷却技术方面，我国自主研究开发的蒸发冷却技术独树一帜。所谓蒸发冷却，是利用液体冷却介质汽化吸热的原理来冷却电机，选用的冷却介质具有高绝缘、低沸点、安全、稳定的特性，如氟利昂-113及其替代品新氟碳化合物。将新型冷却介质用于汽轮发电机定子绕组内部蒸发冷却，目前尚无报道。以高绝缘低沸点介质替代定子绕组水内冷介质，除了保持了水内冷的所有优点外，还具有以下的特点(1)温度分布更为均匀；(2)低沸点介质(氟利昂-113及其替代品新氟碳化合物)的绝缘性能高，物化性能好，不会有类似水内冷因泄漏而损害绝缘的故障，也没有氧化物堵塞的问题；(3)没有水处理系统；(4)冷却液体密闭在包括绕组在内的循环装置内，一次性灌入量少。但是，由于大型汽轮发电机定子绕组铜耗大，约占机组容量的0.25％～0.5％左右，组成绕组的许多线圈内冷通道长而窄，并联支路多并且以不同的角度分布嵌入铁芯中，端部直径大，各支路分布很不均匀的特点，所以当定子绕组内部采用蒸发冷却，以新型冷却介质替代水内冷介质时，要保障发电机组安全可靠地运行，必须要解决以下关键技术问题①必须使冷却液体的循环装置与绕组各内冷通道相匹配，使定子绕组出液口各支路的压力均衡；②必须控制冷却液体在导体中的吸热汽化点的位置。本专利技术的目的是针对汽轮发电机定子绕组构造的特点和使用水内冷介质存在的问题，在定子绕组内冷结构更改不大的情况下，提供一种蒸发冷却循环装置，该装置采用高绝缘低沸点和物化性能稳定的冷却介质，在汽轮发电机定子绕组内部实施蒸发冷却，并保障其安全可靠地运行。要说明的是，汽轮发电机定子绕组及其连接管道是本专利技术装置运行中的一个环节，而不属于本
技术实现思路
。为叙述方便起见，在申请文件中作为本专利技术装置的组成部分一并叙述。定子绕组是构成定子电路的导体的组合，由许多线圈组成。本专利技术汽轮发电机定子绕组内部蒸发冷却循环装置(简称循环装置)，包括汽轮发电机的定子绕组，联接绕组线圈的管道，机座两端即汽轮机端和励磁机端的压圈，和其中一端如励磁机端的汇水环，进而，本专利技术装置包括一个具有多个冷凝单元的压力平衡器，一个冷却器，回路中灌入的高绝缘低沸点冷却液体，以及一个使冷却液体循环运动的循环磁力泵，所述压力平衡器的进液端与定子绕组各个线圈的内冷通道出液口对应联接，所述压力平衡器的出液口与所述冷却器的进液口联通，所述冷却器的出液口联接所述循环磁力泵的输入端，该循环磁力泵的输出端与安装在机座另一端如励磁机端压圈上的汇水环的进液口联通，所述汇水环的出水口与所述定子绕组线圈的各内冷通道的进液口联接。本专利技术循环装置中的压力平衡器为环状，由两个金属的半环壳体组合而成，其径向剖面为矩形，其内部用金属轴向隔板沿轴向分隔成相邻的一个半环状的汇液通道和一个冷凝腔体，所述的冷凝腔体再用带孔的金属径向隔板沿圆周将冷凝腔体等分成N/2个冷凝单元(N等于定子槽数)，多根金属冷凝管顺序贯穿所述冷凝单元间金属隔板上的孔，每个冷凝单元的外侧面板的下方都设有一个进液接头，每个冷凝单元与汇液通道间的轴向隔板上有孔使二者相通，如此构成半环状串联式的冷凝器，然后用两个三通构件把两个半环壳体对接联成一体，所述的两个三通构件分别作为冷凝器的二次冷却水的进水口和出水口，两个半环状的汇液通道各有一个出液口。本专利技术循环装置为分体式结构，所述压力平衡器安装在机座的一端如汽轮机端的压圈上，或安装在机座的边段上，冷却器和循环磁力泵安装在机座外部边缘附近。本专利技术循环装置中，压力平衡器的进液端为多个进液接头，它们与定子绕组线圈的各内冷通道的出液口用绝缘管道相联接。所述汇水环的出液口与定子绕组线圈的各内冷通道的进液口用绝缘管道联接。所述压力平衡器的出液口与所述冷却器的进液口用金属管道联通。本专利技术循环装置中的循环磁力，其进液口用法兰与冷却器的输出口固定联通，其出液口用金属管道与安装在机座另一端如励磁机端压圈上的汇水环的进液口联通。本专利技术循环装置其蒸发冷却回路中注入高绝缘低沸点介质，如氟利昂-113及其替代品新氟碳化合物，循环磁力泵使冷却液体在回路中循环运动。定子绕组内部为常温(40℃至90℃)蒸发冷却方式，对绕组内部的冷却液体吸热后而流出的部分液体与气体的混合物分二级进行冷却，并且有二个控制点一是本装置平衡与控制定子绕组内部的冷却液体吸热后沸腾汽化点位置的第一控制点，该点位于定子绕组各线圈的内冷通道出液口与压力平衡器各个进液接头的联接处；二是本装置调节与控制供给定子绕组内部的冷却液体温度的第二控制点，该点位于冷却器的出液口与循环磁力泵的联接处。本专利技术蒸发冷却循环装置工作时，启动循环磁力泵，循环回路中的冷却液体经加压流入汇水环，再经绝缘管道流进绕组各线圈的内冷通道。汽轮发电机的定子绕组有电流通过时，因铜耗使导体发热，进入绕组线圈内冷通道的冷却液体吸收铜耗产生的热量，温度逐渐升高，当其温度达到饱和压力所对应的温度时，就改变物理状态沸腾汽化成气体。将高绝缘低沸点的液体冷却介质用于定子绕组内部的蒸发冷却时，欲取得有效、稳定、可靠的冷却效果，必须控制绕组各线圈内部冷却介质吸热后沸腾汽化的汽化点位置，这是本专利技术装置设计要解决的关键技术之一，本专利技术装置中的压力平衡器就是为此而设计的。众所周知，大型汽轮发电机定子绕组线圈的分布很不均匀，灌入循环冷却回路中的冷却液体本身在其中产生了约0.045MPa的压力差，于是造成在众多的定子绕组线圈中，冷却液体分布不等，容积大小不均，致使定子绕组各线圈内部的冷却液体，沿轴向长度汽化点的前后位置不一致。如果冷却液体介质在绕组线圈内部汽化点的位置离进液端太近，导体内部就会产生汽滞现象，导致绕组局部过热，以至影响电机整体的冷却水平和效果。在设有压力平衡器的本专利技术循环装置中，循环冷却回路中冷却液体产生的压力差，被压力平衡器中的N个冷凝单元等分，每个冷凝单元中冷却液体产生的压力基本相等，因此，进入定子绕组各线圈内的冷却液体的流量和流动阻力也基本相等。循环装置运行时，绕组线圈内部的冷却液体吸热后带着热量流出，并与呈气态和液态混合状态的冷却液体的混合物一起进入压力平衡器，这些混合物首先由压力平衡器中的冷凝器冷凝成液体，然后通过轴向隔板上方的孔进本文档来自技高网...

【技术保护点】
汽轮发电机定子绕组内部蒸发冷却循环装置，包括汽轮发电机的定子绕组，联接管道，机组两端即汽轮机端和励磁机端的压圈和一端如励磁机端的汇水环，其特征在于该装置包括一个具有多个冷凝单元的压力平衡器，一个冷却器，回路中灌入的高绝缘低沸点冷却液体，以及一个使冷却液体运动的循环磁力泵；所述压力平衡器的进液端与定子绕组各个线圈的内冷通道出液口对应联接，所述压力平衡器的出液口与所述冷却器的进液口联通，所述冷却器的出液口联接所述循环磁力泵的输入端，该循环磁力泵的输出端与安装在机座另一端如励磁机端压圈上的汇水环的进液口联通，所述汇水环的出液口与所述定子绕组各个的线圈的内冷通道的进液口联接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾国彪，傅德平，俞康，熊楠，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]