臥式蒸發(fā)冷卻電機定子的絕緣與傳熱

前言

　　我國蒸發(fā)冷卻技術和雙水內冷技術的研究工作差不多是同時在中華人民共和國建國初期開始的。當時的主導思想是希望采用最新的冷卻方式滿足我國增大單機容量的需要，使我國的汽輪發(fā)電機制造業(yè)在國際上占有領先的地位。20世紀50年代中后期，雙水內冷技術發(fā)展較快，125MW已形成系列產(chǎn)品，300MW汽輪發(fā)電機上也已經(jīng)采用此項技術。隨著氫冷氣隙抽氣技術的發(fā)展，以及后來超導體勵磁繞組發(fā)電機的研究，這些技術被認為是發(fā)電機的未來技術。因此，蒸發(fā)冷卻技術一般被認為是沒有必要發(fā)展也沒有發(fā)展前途的冷卻技術。正是在這種困難條件下，有一批默默無聞的同志在十分艱難的處境下堅持研究、制造和試驗，使這一技術日臻完善。　　過去冷卻方式的改進主要是為了提高單機容量，所以只是在必須增大單機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用應以提高發(fā)電機運行可靠性和綜合經(jīng)濟指標為主要目標。很多先進的電機制造廠都對提高可維修性傾注了極大的關注，以達到延長檢修周期，甚至達到基本免維修或縮短檢修時間的目的，從而獲得更高的經(jīng)濟效益?！　≌舭l(fā)冷卻技術的研究和應用也出于同樣的目的，目前正在已研制出的機組上實現(xiàn)著上述目標。蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)在利用液態(tài)介質汽化過程中吸收潛熱進行冷卻的同時，還充分利用了蒸發(fā)冷卻介質本身具備的較好的絕緣性能。從提高電機可靠性方面考慮，蒸發(fā)冷卻有可能成為一種新的冷卻方式?！　〗?jīng)過多年的實踐，蒸發(fā)冷卻技術充分展現(xiàn)了其在發(fā)電機及其他電機電器上的可行性和發(fā)展前途。人們一致認為，大型汽輪發(fā)電機定子全浸式蒸發(fā)冷卻方式，在制造技術上是可行的，在制造和運行的綜合經(jīng)濟上也會帶來很大的效益。如果對全浸式定子絕緣結構做進一步的開發(fā)研究，有可能大大減薄甚至取消以云母為基礎的線棒絕緣，使銅線的槽滿率有所提高，導線的冷卻條件進一步改善，收到更大的經(jīng)濟效益。

內容概要

本書主要介紹臥式蒸發(fā)冷卻電機的定子，詳細闡述了臥式蒸發(fā)冷卻電機定子氣、液、固三相絕緣、傳熱系統(tǒng)的形成機理，通過對其進行合理設計和優(yōu)化，可以研制出針對不同使用需要，或者對應不同系列的、具備較高綜合性能指標（可靠性、安全性、效率、材料利用率等）的新型臥式蒸發(fā)冷卻電機定子絕緣結構。    本書可供電機制造企業(yè)、國內電站和船用等高功率密度特種電機的工程技術人員等使用，也可作為電氣工程專業(yè)的各高等院校、研究機構的教師、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　臥式電機歷史簡介　1.2　臥式電機的定義　1.3　臥式電機的冷卻方式　參考文獻第2章  臥式蒸發(fā)冷卻電機的研究基礎　2.1  常規(guī)定子絕緣結構對臥式蒸發(fā)冷卻電機的限制　2.2　蒸發(fā)冷卻介質簡介　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)電機的研制及運行　2.5　幾種蒸發(fā)冷卻電機定子絕緣結構方案的模擬試驗及結論　2.6　定子絕緣材料的表面閃絡試驗　2.7　補充試驗　2.8　本章小結　參考文獻第3章　50MW蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機的研制　3.1　臥式電機蒸發(fā)冷卻技術方案的比較　3.2　蒸發(fā)冷卻技術對50MW汽輪發(fā)電機的改造　3.3　機組運行的效果　參考文獻第4章  臥式蒸發(fā)冷卻電機定子絕緣體系及其傳熱的分析　4.1　臥式蒸發(fā)冷卻電機定子絕緣與傳熱系統(tǒng)的組成　4.2　復合式絕緣系統(tǒng)的電場分布特點　4.3　臥式蒸發(fā)冷卻定子的傳熱規(guī)律　4.4　臥式蒸發(fā)冷卻電機定子絕緣結構的設計原則　4.5　本章小結　參考文獻第5章  高功率密度臥式蒸發(fā)冷卻電機定子絕緣結構的初步設計　5.1　高功率密度臥式電機概述　5.2　設計新型的定子絕緣結構　5.3　計算模型的仿真工具　5.4　初步設計的絕緣結構電場計算與仿真過程　5.5　初步設計的絕緣結構溫度場計算與仿真過程　5.6　初步設計的絕緣結構仿真結果中存在的問題及說明　5.7　本章小結　參考文獻第6章　狹窄空間內蒸發(fā)冷卻介質的沸騰換熱系數(shù)的研究　6.1  引言　6.2　沸騰換熱關聯(lián)式　6.3　浸潤式蒸發(fā)冷卻中微小溫差的測量　6.4　狹窄空間內蒸發(fā)冷卻介質(F-113)沸騰換熱系數(shù)的試驗研究　6.5　本章小結　參考文獻第7章  高功率密度臥式蒸發(fā)冷卻電機定子絕緣確定性結構的試驗研究　7.1  引言　7.2　試驗中的定子模擬結構　7.3　傳熱及耐壓試驗裝置　7.4　試驗過程　7.5　試驗結果及分析　7.6　試驗結論　7.7　本章小結　參考文獻第8章　新型蒸發(fā)冷卻定子絕緣結構中三維溫度場的仿真計算　8.1　引言　8.2　定子最熱段三維溫度場的仿真計算模型　8.3　計算定子中的熱源分布　8.4　表面沸騰換熱系數(shù)和等效熱傳導系數(shù)的確定　8.5　三種定子絕緣結構溫度場的仿真結果及分析　8.6　高功率密度臥式蒸發(fā)冷卻電機定子絕緣結構的研究結論　8.7　本章小結　參考文獻：第9章　高功率密度臥式蒸發(fā)冷卻電機試運行的溫升試驗　9.1　蒸發(fā)冷卻樣機定子實際運行的溫度分布　9.2　蒸發(fā)冷卻樣機大功率器件的冷卻與實際溫度分布　參考文獻第10章　135MW蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機定子VPI主絕緣厚度減薄的試驗研究　10.1　引言　10.2　問題的提出及解決的技術原理　10.3　新絕緣結構及規(guī)范的試驗研究內容　……第11章　高壓電機定子絕緣結構的優(yōu)化設計　第12章　24KW等級及以上蒸發(fā)卻汽輪發(fā)電機子絕緣結構的可行性研究　第13章　330MW大型蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機定子絕緣結構的研究第14章　結束語附錄

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　臥式電機歷史簡介　　翻開電機百年的發(fā)展史，展現(xiàn)在大家面前的是一個不斷認識和克服傳統(tǒng)結構設計和工藝上的限制，在技術上推陳出新的創(chuàng)造性過程。從19世紀末第一臺100kV?A空冷汽輪發(fā)電機隱極型轉子問世，到20世紀40年代空冷電機的制造技術趨于成熟，人們發(fā)現(xiàn)當容量超過60MW后，利用當時的空冷電機結構不僅溫升高，而且效率低，所以，100MW級的空冷汽輪發(fā)電機很快被后來居上的氫冷系列電機所取代?！　⊥瑯邮菫榱送黄迫萘刻岣咚鶐淼陌l(fā)熱嚴重、材料利用率降低等結構設計與工藝上的局限性，20世紀50年代出現(xiàn)了氫氣直接冷卻技術，五六十年代水內冷技術發(fā)展成熟，這些都被認為是汽輪發(fā)電機技術一系列革新的幾個劃時代的里程碑。然而，最近30年雖然是大型電機系列化發(fā)展的主要階段，200～300MW汽輪發(fā)電機的安全運行問題卻一直困擾著國內外的廠家和發(fā)電廠業(yè)主。據(jù)國內的不完全統(tǒng)計，1983～1995年，在20臺200MW國產(chǎn)汽輪發(fā)電機中，共發(fā)生了24臺次的發(fā)電機定子繞組短路事故，銅線的焊接工藝差，材料選擇不適宜，導致內冷水泄露，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（包括不同冷卻方式的汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機），定子內冷系統(tǒng)的結構性事故與故障較為突出，包括氫冷的結構密封差引起的爆炸，水冷的空心銅線破裂漏水引發(fā)的絕緣故障等，占事故性停機的54.7％，一些事故還危及電廠中的其他設備，破壞性較大。

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