文档介绍：氢气的制取和发电机的冷却
第一节发电机的冷却方式
1. 发电机冷却的重要性
发电机运转时要发生能量消耗,这是有一种能(机械能)转变为另一种能(电能)时所不可避免的。这些损耗的能量,最后都变成了热量,致使发电机的转子、定子、定子绕组等各部件的温度升高。
因为发电机的部件都是有铜质和铁质材料制成的,所以把这种能量消耗叫做铜损和铁损。为了保证发电机能在绕组绝缘材料允许的温度下长期运行,必须及时地把铜损和铁损所产生的热量导出,使发电机各主要部件的温升经常保持在允许的范围内。否则,发电机的温升就会继续升高,使绕组绝缘老化,出力降低,甚至烧坏,影响发电机的正常运行。因此,必须连续不断地将发电机产生的热量导出,这就需要强制冷却。
2. 发电机常用的冷却方式
发电机的冷却是通过冷却介质将热量传导出去来实现的。常用的冷却方式有:
空气冷却。容量小的发电机(两万千瓦以下)多采用空气冷却,即使空气有发电机内部通过,将热量带出。这种冷却方式效率差,随着发电机容量的增大已逐渐被淘汰。
水冷却。把发电机转子和定子绕组线圈的铜线作成空心,运行中使高纯度的水通过铜线内部,带出热量使发电机冷却。这种冷却方式比空气冷却效果好,但必须有一套水质处理系统和良好的机械密封装置。目前,大型机组多采用这种冷却方式。
氢气冷却。氢气对热的传导率是空气的六倍以上,加以它是最轻的一种气体,对发电机转子的阻力最小,所以大型发电机多采用氢气冷却方式,即将氢气密封在发电机内部,使其循环。循环的氢气再由另设的冷却器通水冷却。氢气冷却有可分为氢气与铜线直接接触的内冷式(直接冷却)和氢气不直接与铜线接触的外冷式两种。
当前除了小容量(25MW及以下)汽轮发电机仍采用空气冷却外,功率超过50MW的汽轮发电机都广泛采用了氢气冷却,氢气、水冷却介质混用的冷却方式。在冷却系统中,冷却介质可以按照不同的方式组合,归纳起来一般有以下几种:
定、转子绕组和定子铁芯都采用氢表面冷却,即氢外冷;
定子绕组和定子铁芯采用氢表面冷却,转子绕组采用直接冷却(即氢内冷);
定、转子绕组采用氢内冷,定子铁芯采用氢外冷;
定子绕组水内冷,转子绕组氢内冷,定子铁芯采用氢外冷,即水氢氢冷却方式;
定、转子绕组水内冷,定子铁芯空气冷却,即水水空冷却方式;
定、转子绕组水内冷,定子铁芯氢外冷,即水水氢冷却方式。
我厂2×600MW机组汽轮发电机采用水氢氢冷却方式,即发电机定子绕组采用水内冷,转子绕组采用氢内冷,定子铁芯采用氢外冷。
第二节冷却介质的性能比较
1. 冷却介质的种类和特性
氢冷发电机在正常运行时,使用氢气作为冷却介质,在发电机事故及停机检修时,则采用空气作为冷却介质,CO2、N2,则是气体置换过程中的中间介质。对于直接冷却的发电机,除了使用氢气作为冷却介质外,也可以使用水和油。下面分析比较冷却介质的特性:
空气
空气优点是低廉,所需的附加设备简单,维修方便;缺点是机组的容量受到限制,而且机组容易脏污。
氢气(H2)
氢气冷却有如下优、缺点:
:
通风损耗低,机械(指发电机转子上的风扇)效率高。这是因为在标准状态下,,,,。,,,所以,使用氢气作为冷却介质时,可使发电机的通风损耗减到最小程度。
、冷却效率高。,且氢气扩散性好,能将热量迅速导出。因此能将发电机的温升降低10-15℃。
危险性小。由于氢气不能助燃,而发电机内充入的氢气中含氧又小于2%,所以一旦发电机绕组被击穿时,着火的危险性很小。
清洁。经过严格处理的冷却用的氢气可以保证发电机内部清洁,通风散热效果稳定,而且不会产生由于脏污引起的事故。
,噪音较小,而且绝缘材料不易受氧化和电晕的损坏。
缺点:
氢气的渗透性很强,易于扩散泄露,所以发电机的外壳必须很好的密封。
,一旦泄露,遇火即能引起爆炸。因此,在用氢冷却的发电机四周严禁明火。
,这就增加了基建投资及维修费用。
氢气冷却虽有以上一些缺点,但只要严格执行有关的安全规章制度和采取有效的措施还是可靠的,而其高效率冷却则是其它冷却介