臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子的絕緣與傳熱

前言

　　我國(guó)蒸發(fā)冷卻技術(shù)和雙水內(nèi)冷技術(shù)的研究工作差不多是同時(shí)在中華人民共和國(guó)建國(guó)初期開始的。當(dāng)時(shí)的主導(dǎo)思想是希望采用最新的冷卻方式滿足我國(guó)增大單機(jī)容量的需要，使我國(guó)的汽輪發(fā)電機(jī)制造業(yè)在國(guó)際上占有領(lǐng)先的地位。20世紀(jì)50年代中后期，雙水內(nèi)冷技術(shù)發(fā)展較快，125MW已形成系列產(chǎn)品，300MW汽輪發(fā)電機(jī)上也已經(jīng)采用此項(xiàng)技術(shù)。隨著氫冷氣隙抽氣技術(shù)的發(fā)展，以及后來超導(dǎo)體勵(lì)磁繞組發(fā)電機(jī)的研究，這些技術(shù)被認(rèn)為是發(fā)電機(jī)的未來技術(shù)。因此，蒸發(fā)冷卻技術(shù)一般被認(rèn)為是沒有必要發(fā)展也沒有發(fā)展前途的冷卻技術(shù)。正是在這種困難條件下，有一批默默無(wú)聞的同志在十分艱難的處境下堅(jiān)持研究、制造和試驗(yàn)，使這一技術(shù)日臻完善?！　∵^去冷卻方式的改進(jìn)主要是為了提高單機(jī)容量，所以只是在必須增大單機(jī)容量的條件下才想到需要發(fā)展一種新的冷卻方式?，F(xiàn)在新的冷卻方式的研究和應(yīng)用應(yīng)以提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性和綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為主要目標(biāo)。很多先進(jìn)的電機(jī)制造廠都對(duì)提高可維修性傾注了極大的關(guān)注，以達(dá)到延長(zhǎng)檢修周期，甚至達(dá)到基本免維修或縮短檢修時(shí)間的目的，從而獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。　　蒸發(fā)冷卻技術(shù)的研究和應(yīng)用也出于同樣的目的，目前正在已研制出的機(jī)組上實(shí)現(xiàn)著上述目標(biāo)。蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)在利用液態(tài)介質(zhì)汽化過程中吸收潛熱進(jìn)行冷卻的同時(shí)，還充分利用了蒸發(fā)冷卻介質(zhì)本身具備的較好的絕緣性能。從提高電機(jī)可靠性方面考慮，蒸發(fā)冷卻有可能成為一種新的冷卻方式?！　〗?jīng)過多年的實(shí)踐，蒸發(fā)冷卻技術(shù)充分展現(xiàn)了其在發(fā)電機(jī)及其他電機(jī)電器上的可行性和發(fā)展前途。人們一致認(rèn)為，大型汽輪發(fā)電機(jī)定子全浸式蒸發(fā)冷卻方式，在制造技術(shù)上是可行的，在制造和運(yùn)行的綜合經(jīng)濟(jì)上也會(huì)帶來很大的效益。如果對(duì)全浸式定子絕緣結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的開發(fā)研究，有可能大大減薄甚至取消以云母為基礎(chǔ)的線棒絕緣，使銅線的槽滿率有所提高，導(dǎo)線的冷卻條件進(jìn)一步改善，收到更大的經(jīng)濟(jì)效益。

內(nèi)容概要

本書主要介紹臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)的定子，詳細(xì)闡述了臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子氣、液、固三相絕緣、傳熱系統(tǒng)的形成機(jī)理，通過對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以研制出針對(duì)不同使用需要，或者對(duì)應(yīng)不同系列的、具備較高綜合性能指標(biāo)（可靠性、安全性、效率、材料利用率等）的新型臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)。    本書可供電機(jī)制造企業(yè)、國(guó)內(nèi)電站和船用等高功率密度特種電機(jī)的工程技術(shù)人員等使用，也可作為電氣工程專業(yè)的各高等院校、研究機(jī)構(gòu)的教師、研究人員、研究生等的參考書。

書籍目錄

序前言第1章　緒論　1.1　臥式電機(jī)歷史簡(jiǎn)介　1.2　臥式電機(jī)的定義　1.3　臥式電機(jī)的冷卻方式　參考文獻(xiàn)第2章  臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)的研究基礎(chǔ)　2.1  常規(guī)定子絕緣結(jié)構(gòu)對(duì)臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)的限制　2.2　蒸發(fā)冷卻介質(zhì)簡(jiǎn)介　2.3　蒸發(fā)冷卻定子繞組直線部分的絕緣與傳熱　2.4  1200kV·A全浸式自循環(huán)蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機(jī)的研制及運(yùn)行　2.5　幾種蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)方案的模擬試驗(yàn)及結(jié)論　2.6　定子絕緣材料的表面閃絡(luò)試驗(yàn)　2.7　補(bǔ)充試驗(yàn)　2.8　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第3章　50MW蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機(jī)的研制　3.1　臥式電機(jī)蒸發(fā)冷卻技術(shù)方案的比較　3.2　蒸發(fā)冷卻技術(shù)對(duì)50MW汽輪發(fā)電機(jī)的改造　3.3　機(jī)組運(yùn)行的效果　參考文獻(xiàn)第4章  臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子絕緣體系及其傳熱的分析　4.1　臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子絕緣與傳熱系統(tǒng)的組成　4.2　復(fù)合式絕緣系統(tǒng)的電場(chǎng)分布特點(diǎn)　4.3　臥式蒸發(fā)冷卻定子的傳熱規(guī)律　4.4　臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則　4.5　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第5章  高功率密度臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)　5.1　高功率密度臥式電機(jī)概述　5.2　設(shè)計(jì)新型的定子絕緣結(jié)構(gòu)　5.3　計(jì)算模型的仿真工具　5.4　初步設(shè)計(jì)的絕緣結(jié)構(gòu)電場(chǎng)計(jì)算與仿真過程　5.5　初步設(shè)計(jì)的絕緣結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)計(jì)算與仿真過程　5.6　初步設(shè)計(jì)的絕緣結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果中存在的問題及說明　5.7　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第6章　狹窄空間內(nèi)蒸發(fā)冷卻介質(zhì)的沸騰換熱系數(shù)的研究　6.1  引言　6.2　沸騰換熱關(guān)聯(lián)式　6.3　浸潤(rùn)式蒸發(fā)冷卻中微小溫差的測(cè)量　6.4　狹窄空間內(nèi)蒸發(fā)冷卻介質(zhì)(F-113)沸騰換熱系數(shù)的試驗(yàn)研究　6.5　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第7章  高功率密度臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子絕緣確定性結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究　7.1  引言　7.2　試驗(yàn)中的定子模擬結(jié)構(gòu)　7.3　傳熱及耐壓試驗(yàn)裝置　7.4　試驗(yàn)過程　7.5　試驗(yàn)結(jié)果及分析　7.6　試驗(yàn)結(jié)論　7.7　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第8章　新型蒸發(fā)冷卻定子絕緣結(jié)構(gòu)中三維溫度場(chǎng)的仿真計(jì)算　8.1　引言　8.2　定子最熱段三維溫度場(chǎng)的仿真計(jì)算模型　8.3　計(jì)算定子中的熱源分布　8.4　表面沸騰換熱系數(shù)和等效熱傳導(dǎo)系數(shù)的確定　8.5　三種定子絕緣結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的仿真結(jié)果及分析　8.6　高功率密度臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)的研究結(jié)論　8.7　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)：第9章　高功率密度臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)試運(yùn)行的溫升試驗(yàn)　9.1　蒸發(fā)冷卻樣機(jī)定子實(shí)際運(yùn)行的溫度分布　9.2　蒸發(fā)冷卻樣機(jī)大功率器件的冷卻與實(shí)際溫度分布　參考文獻(xiàn)第10章　135MW蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機(jī)定子VPI主絕緣厚度減薄的試驗(yàn)研究　10.1　引言　10.2　問題的提出及解決的技術(shù)原理　10.3　新絕緣結(jié)構(gòu)及規(guī)范的試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容　……第11章　高壓電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)　第12章　24KW等級(jí)及以上蒸發(fā)卻汽輪發(fā)電機(jī)子絕緣結(jié)構(gòu)的可行性研究　第13章　330MW大型蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)的研究第14章　結(jié)束語(yǔ)附錄

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　臥式電機(jī)歷史簡(jiǎn)介　　翻開電機(jī)百年的發(fā)展史，展現(xiàn)在大家面前的是一個(gè)不斷認(rèn)識(shí)和克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝上的限制，在技術(shù)上推陳出新的創(chuàng)造性過程。從19世紀(jì)末第一臺(tái)100kV?A空冷汽輪發(fā)電機(jī)隱極型轉(zhuǎn)子問世，到20世紀(jì)40年代空冷電機(jī)的制造技術(shù)趨于成熟，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)容量超過60MW后，利用當(dāng)時(shí)的空冷電機(jī)結(jié)構(gòu)不僅溫升高，而且效率低，所以，100MW級(jí)的空冷汽輪發(fā)電機(jī)很快被后來居上的氫冷系列電機(jī)所取代?！　⊥瑯邮菫榱送黄迫萘刻岣咚鶐淼陌l(fā)熱嚴(yán)重、材料利用率降低等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝上的局限性，20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了氫氣直接冷卻技術(shù)，五六十年代水內(nèi)冷技術(shù)發(fā)展成熟，這些都被認(rèn)為是汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)一系列革新的幾個(gè)劃時(shí)代的里程碑。然而，最近30年雖然是大型電機(jī)系列化發(fā)展的主要階段，200～300MW汽輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行問題卻一直困擾著國(guó)內(nèi)外的廠家和發(fā)電廠業(yè)主。據(jù)國(guó)內(nèi)的不完全統(tǒng)計(jì)，1983～1995年，在20臺(tái)200MW國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)中，共發(fā)生了24臺(tái)次的發(fā)電機(jī)定子繞組短路事故，銅線的焊接工藝差，材料選擇不適宜，導(dǎo)致內(nèi)冷水泄露，降低了線棒主絕緣末端的絕緣水平而擊穿短路；容量為300MW及以上的發(fā)電機(jī)（包括不同冷卻方式的汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)），定子內(nèi)冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性事故與故障較為突出，包括氫冷的結(jié)構(gòu)密封差引起的爆炸，水冷的空心銅線破裂漏水引發(fā)的絕緣故障等，占事故性停機(jī)的54.7％，一些事故還危及電廠中的其他設(shè)備，破壞性較大。

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