蒸发冷却技术.doc

1原理电机以往所使用的冷却方式(包括空冷、氢冷和水冷)从热学原理上来讲都是利用介质的比热吸热从而带走热量。而蒸发冷却从热学原理上是利用流体沸腾时的汽化潜热带走热量。这种利用流体沸腾时的汽化潜热的冷却方式就叫做“蒸发冷却”。由于流体的汽化潜热要比流体的比热大很多,所以蒸发冷却的冷却效果更为显著。其中管道内冷式蒸发冷却的基本原理是:当电机绕组空心导体内部通以冷却液体,液体进入导体后,吸收损耗产生的热量,温度逐渐升高。当液体的温度达到压力所对应的饱和温度时,就改变其物理状态而沸腾汽化,带走热量,冷却电机。定子自循环蒸发冷却系统如图1,它利用立式水轮机本身的结构特点在存在密度差的情况下可以实现无泵自循环。其原理是:当空心导体内的冷却介质吸收空心导线损耗所发散的热量逐渐汽化形成汽液混合物,其密度低于回液管中的单相液体密度,在重力加速度的作用下产生流动压头,克服整个冷却回路的阻力损失,维持系统循环。图12优缺点当电机采用蒸发冷却方式后,由于蒸发冷却的冷却效果显著,使得整个电机的温升降低,电机的温度分布均匀。特别是内冷方式的使用极大地降低了定子绕组温升,从而降低绕组与铁心间的温差,提高运行稳定性等优点。它的主要优点表现在以下几个方面:1)蒸发冷却继承了水内冷的优点,同时克服了水介质的缺点,极大地提高了运行可靠性。2)蒸发冷却方式使用的介质是沸点在50~60℃的***碳化合物,无毒,无污染,不腐蚀金属。3)采用的介质具有很高的绝缘性,克服了介质导电的危险,同时介质具有灭火和灭弧能力,能够抑制其他电气事故的发生。4)可以利用液相和气液双相的比重差实现无泵自循环。减小了泄漏点,不会失去循环。5)蒸发冷却的气侧压力可以设计为运行时低于01MPa正压,停机时成负压,减小泄漏的可能性,克服了水冷方式水泄漏的本质弱点。6)由于温升分布均匀,定子线棒各部分的温差较小(小于10℃)从而克服了定子线棒的热变形问题。7)由于蒸发冷却介质的高绝缘性,使得对电机绕组本身绝缘的要求降低了,绝缘费用降低而使电机经济性能有所提高。蒸发冷却技术唯一需要解决的问题是以往蒸发冷却所使用的***利昂介质中的cl元素对大气的臭氧层有破坏作用。但是这并非本质性的弱点,因为新型无污染的冷却介质研究已取得进展,并已经过了实际机组的使用,可以替换。二、蒸发冷却技术的研究背景及成果由于蒸发冷却技术无以伦比的优越性,引起了各国科学家对蒸发冷却技术研究工作的关注。1国外的研究情况美国、日本、英国、俄罗斯和加拿大等国相继开展了将相变原理应用到大型发电设备中的研究,已取得一定的成果,这些研究成果只是处在一种试验研究的阶段,至今没有成熟产品批量生产。国外对蒸发冷却电机的一些主要研制成果如下:1949年,荷兰人首先提出了“喷雾式蒸发外冷”技术,其电机结构为在电机的端部装有横向的细管,水雾直接落在绕组、铁心和转子表面上吸热而汽化,生成的水蒸汽在电机的另一端冷凝,由泵送入储液箱,再循环使用。这种冷却方式制造和使用都很不方便,且因水具有导电性而对电机绝缘的要求严格,不适合大型发电机冷却的要求,仅在特种电机上使用。1962年,苏联基辅工学院开始研究“直接膜状蒸发冷却”。这种冷却系统的基本原理是带有空心导体的定转子绕组作为冷冻机中的蒸发器。他们在静止和旋转条件下对一根空心导体的蒸发内冷做了不少的原理试验和理论分析。介质采用***里昂—12和