發(fā)電機氫氣冷卻系統(tǒng)

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目發(fā)電機氫氣冷卻系統(tǒng)報告自動化系專業(yè)班級自動化專業(yè)1302班學(xué)生姓名楊曉丹指導(dǎo)教師馬進發(fā)電機氫氣冷卻系統(tǒng)報告摘要發(fā)電機在運行的過程中由于能量轉(zhuǎn)換、電磁作用和機械摩擦?xí)a(chǎn)生一定的熱量。為了使發(fā)電機溫度不超過與絕緣耐熱等級相應(yīng)的極限溫度，應(yīng)采取冷卻措施使這些部件有效地散熱。氫氣比重小、比熱大、導(dǎo)熱系數(shù)較大、化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，是冷卻發(fā)電機轉(zhuǎn)子常用的介質(zhì)。氫氣在發(fā)電機的腔室內(nèi)循環(huán)，依次穿過冷熱風室，由冷卻器冷卻。發(fā)電機中的氫氣容易發(fā)生泄漏，需要在軸與靜密封瓦之間形成油膜封住氣體。在發(fā)電機檢修后，發(fā)電機內(nèi)充滿空氣，為防止氫氣與空氣混合產(chǎn)生安全隱患，充入氫氣時應(yīng)先做氣密實驗，再從下至上向發(fā)

2、電機內(nèi)充滿二氧化碳，最后從上至下向發(fā)電機內(nèi)充滿氫氣。關(guān)鍵詞：發(fā)電機；氫氣冷卻；氣體置換；密封油系統(tǒng)ReportofhydrogencoolingsystemforgeneratorAbstractGeneratorintheprocessofrunningduetoenergyconversion,electromagneticandmechanicalfrictiongeneratesheat.Hydrogencoolingsystemisusedtolimitedthegeneratortemperatureexceedthelimitingtemperatureofthermalclas

3、sforelectricmachineinsulation.BecauseofHydrogengashassmallspecificgravity,largespecificheat,largecoefficientofthermalconductivityandrelativelystablechemicalproperties,itisthecommonlyusedmediumcoolinggeneratorrotor.Hydrogeniscirculatedinthegeneratorhydrogenandcooledbycornercooler.Inordertolimitehydro

4、genleakage,oilsealsthespacebetweentheshaftandstaticsealtile.Afterthegeneratormaintenance,airisfullofinsidethegenerators.Therewasasafehiddentroubleifhydrogenismixedintotheoxygen.CarbonisblowedfromthefromthebottomtothefullofgeneratortoreplaceairafterSealingexperimentwaspassed.Andhydrogenisblowedfromth

5、efromthefulltothebottomofgeneratortoreplacecarbon.Keywords:Generator;Hydrogencooling;Gasreplacement;Sealoilsystem目錄1引言51.1 發(fā)電機冷卻系統(tǒng)的重要性51.2 氫氣冷卻的優(yōu)勢62發(fā)電機氫氣系統(tǒng)組成、功能及原理71 氫氣系統(tǒng)的組成71 氫氣系統(tǒng)部件的功能及原理81 氫氣的循環(huán)冷卻83密封油系統(tǒng)9密封原理9密封油系統(tǒng)的組成94發(fā)電機的氣體置換10氣密試驗10二氧化碳和氫氣用量估計11二氧化碳置換空氣12氫氣置換二氧化碳12二氧化碳置換氫氣12參考文獻131引言發(fā)電機冷卻系統(tǒng)的重要性

6、發(fā)電機在工作的過程中由于能量轉(zhuǎn)換、電磁作用和機械摩擦?xí)a(chǎn)生一定的熱量，要使發(fā)電機的溫度保持在材料限定溫度范圍內(nèi)，就要配備發(fā)電機冷卻系統(tǒng)。發(fā)電機的冷卻與大型汽輪發(fā)電機的發(fā)展、發(fā)電機的絕緣壽命、發(fā)電機的金屬性能息息相關(guān)。當發(fā)電機轉(zhuǎn)速n,磁通密度B,電流密度J不變時，有以下關(guān)系：電動勢EsWFre(1)電流IhJ%(2)功率PKEMBFeFc產(chǎn)l4(3)成本COC13(4)其中，W電卞E匝數(shù)，J電樞電流密度，Bd氣隙磁通密度，F(xiàn)Fe定子鐵芯截面，F(xiàn)eu定子線圈截面。1鐵芯有效長度。將(4)式帶入(3)式，則1sC/P。增加鐵芯有效長度，就能增大成本和功率的比率。由上式可知，發(fā)電機的功率越大，則經(jīng)濟性

7、越高。然而發(fā)電機的損耗與13成正比，發(fā)電機的散熱與12成正比。隨著發(fā)電機功率的增大，發(fā)電機的單位面積散熱降低。所以想要發(fā)展大型汽輪發(fā)電機，就必須增強發(fā)電機的散熱能力，發(fā)電機冷卻系統(tǒng)是發(fā)展大型汽輪機的關(guān)鍵。汽輪機在運行時產(chǎn)生的熱也會影響到部件的絕緣壽命，蒙辛格爾提出器件的絕緣壽命與電機連續(xù)運行溫度呈指數(shù)變化，公式為：(n2/m)T/、L=A)e')(5)其中，A0當溫度為0攝氏度時的絕緣壽命，T絕緣持續(xù)溫度，m一常數(shù)。實驗表明，溫度上升十度左右，絕緣壽命減短一半。發(fā)電機部件的散熱對器件的絕緣壽命影響較大。金屬的強度和硬度隨溫度的升高而降低，以下是發(fā)電機常用的銅、鋁、銀銅、釬焊的溫度特性曲

8、線：*250?150otoy2ooTCC)時0ioa10*101I1010*10*Q*俄荷時間Th(cJ10030040Q500frM7Q0r(-r)艇仰焊TCC)圖1金屬性能與溫度的關(guān)系6）銅和銘的抗拉里度與溫度的關(guān)系,銅的硬度與溫度的關(guān)系（C鋼的軟化跟弱與加溫時間的美系1"）野焊材料的抗拉強度與溫度的關(guān)系氫氣冷卻的優(yōu)勢流體換熱的能力與氣體壓力、密度、容積比熱有關(guān)。以下是冷卻介質(zhì)的性能比較：圖2.發(fā)電機冷卻介拓層能比較序號冷卻介航相對比熱容相對密度冷卻介質(zhì)相葉的懣乾It相時的頻蒸能力近似值1空氣;L011.0L01.02氧氣4%表壓）5.25一_alasL0j0.75_疔號冷卻介虞

9、相對比效春相對宙度冷卻介質(zhì)相對的稍題量相對的啜蒸能力（近似值）3氧氣31Mll表樂）14.350.28L0-14.04域繚油(TRaN51L01L)2.09R48F0.0122L05水$161OGO0.01250筑里岳（忖化）16"14000.(W1228OCAJ*>氫氣冷卻下優(yōu)點:1.氫氣比重小，阻力損耗小；2.氫氣比熱相對其他氣體大；3.氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)較大；4.氫氣的相對傳熱系數(shù)約為空氣的1.4倍；5.氫氣化學(xué)價較為穩(wěn)定。冷卻介質(zhì)有空氣、水和氫氣供選用?？諝饫鋮s效果差、損耗大，而水冷卻面臨著的是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)、供水裝置的復(fù)雜，以及水的腐蝕等重大技術(shù)問題。氫氣的冷卻效果雖然不

10、及水冷卻，但它的冷卻作用遠遠超過空氣冷卻，2發(fā)電機氫氣系統(tǒng)組成、功能及原理氫氣系統(tǒng)的組成發(fā)電機氫氣系統(tǒng)的組成部分主要為：1.供氫系統(tǒng)，包括供氫匯流排和壓力控制裝置；2.供二氧化碳裝置；3.氣體壓力、純度和濕度檢測裝置；4.氫氣干燥裝置；5.發(fā)電機漏油、漏水監(jiān)測裝置。圖4氧氣系統(tǒng)氫氣系統(tǒng)部件的功能及原理.氫氣干燥器是用來除去發(fā)電機內(nèi)氫氣中的水份而設(shè)的。當發(fā)電機中的氫氣含水量過高將會對發(fā)電機造成多方面的不良影響，我廠在發(fā)電機外設(shè)置專用的氫氣干燥器，它的進氫管路接至轉(zhuǎn)子風扇的高壓側(cè)，它的回氫管路接至風扇的低壓側(cè)，從而使機內(nèi)部分氫氣不斷地流進干燥器內(nèi)得到干燥。其中我廠氫氣去濕裝置采用冷凝式（即分子篩式

11、），其基本原理是：將進入去濕裝置內(nèi)的氫氣冷卻到-10C左右，氫氣中的部份水蒸汽將在干燥器內(nèi)凝結(jié)成霜，然后定時自動化霜，霜溶化成的水流進集水箱（筒）中，達到一定量之后發(fā)出信號，由人工手動排水。經(jīng)過冷卻脫水的氫氣在送回發(fā)電機之前被加熱到18C左右，加溫設(shè)備也設(shè)置在去濕裝置內(nèi)，經(jīng)過這一處理過程，從而使發(fā)電機內(nèi)氫氣中水份逐步減少。.氫氣循環(huán)風機：氫氣循環(huán)風機用于冷凝式氫氣去濕裝置系統(tǒng)中，在發(fā)電機停機或盤車狀態(tài)下，開啟循環(huán)風機，以確保氫氣至濕裝置的正常循環(huán)。3）氫氣泄露報警器：氫氣泄露報警是為了報告何處有氫氣泄露情況而設(shè)置的，它在冷水、氫冷水、發(fā)電機A、B、C三相分相母線等部位都設(shè)有氫氣濃度高檢測報警元

12、件。4）油水探測報警器：當發(fā)電機內(nèi)部漏進油或水，油水將流入報警器內(nèi)。報警器內(nèi)設(shè)置有一只浮子，浮子上端載有永久磁鐵，在報警器上部設(shè)有磁性開關(guān)。當報警器內(nèi)油水積聚液位上升時，浮子隨之上升，當達到一定值時永久磁鐵吸合，磁性開關(guān)接通報警裝置，運行人員接到報警信號后，即要進行手動操作報警器底部的排污閥進行排污，并要及時調(diào)整密封油壓和檢查油、水的來源。.置換控制閥：置換控制閥是幾只閥門的集中組合、裝配而成。發(fā)電機正常運行時，這幾只閥門必須全部關(guān)閉，只有發(fā)電機需要進行氣體置換時，才由人工手動操作這幾只閥門，按照發(fā)電機內(nèi)氣體置換要求進行操作。2.3氫氣的循環(huán)冷卻氫氣只在發(fā)電機的腔室中循環(huán)，一般有四個冷風室，五

13、個熱風室（四進五出,進是冷風，出是熱風，以200MW為例子），發(fā)電機轉(zhuǎn)子的端部通常有熱套的風扇，運行中是隨著轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動的，依靠這兩個風扇將發(fā)電機四角氫氣冷卻器冷卻后的冷風（氫氣）吹入發(fā)電機定轉(zhuǎn)子之間的腔室，然后穿出去，依次穿越冷熱風室，到中間熱風室后，從定子腔室外邊出來，后又經(jīng)四角冷卻器冷卻進行新的循o3密封油系統(tǒng)密封原理由于大型發(fā)電機組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)合面多，而且氫氣滲透性很強。所以漏氫現(xiàn)象時有發(fā)生。漏氫影響到機組的安全運行，必須引起高度重視。密封油系統(tǒng)能有效防止氫氣的泄漏。向高速旋轉(zhuǎn)的軸與靜止的密封瓦之間注入一連續(xù)的油流，來形成一層油膜封住氣體，從而使機內(nèi)的氣體不外溢，外面的空氣也不至于進入機

14、內(nèi)。氫氣發(fā)電機都采用軸封，軸封是指汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸和端蓋之間的密封裝置。為了使氫氣沿轉(zhuǎn)子從發(fā)電機機殼的泄漏降至最低，在發(fā)電機的兩端都設(shè)有軸封。密封油從密封油的供應(yīng)單元進入密封箱中的密封環(huán)中。在正常運行狀態(tài)時密封油處于真空狀態(tài)。密封油系統(tǒng)的組成發(fā)電機密封油系統(tǒng)如圖所示，由兩個各自獨立又互相聯(lián)系的系統(tǒng)組成。向密封瓦空氣側(cè)供油，密封油與空氣接觸的一側(cè)油路稱為空側(cè)密封油系統(tǒng)。向密封瓦氫側(cè)供油,密封油只與氫氣接觸的一側(cè)油路稱為氫側(cè)密封油系統(tǒng)發(fā)引施壓平詢鬧直的曲粕1T棒期限機C?Mj3口油-1&單壓用ATSL口闌牌空TMK酬丹胃器出唔即京材浦-乜聾壓閶gf-且浪雷附泊善用凄e交割文近客計浦第中白汽

15、機七備酒來自汽機口某油空側(cè)密封油系統(tǒng)主要包括空側(cè)回油密封箱、排煙風機、空側(cè)交流密封油泵、直流密封油備用泵、油-氫差壓調(diào)節(jié)閥、兩臺空側(cè)密封油冷卻器（互為備用）和一臺電加熱器。此外來自潤滑油系統(tǒng)的兩路高壓和低壓密封油源通過一油上壓調(diào)節(jié)閥接入密封油泵出口母管，在交、直流密封油泵均故障時提供備用密封油源。為防止氫氣泄露，機組正常運行時空側(cè)密封油壓要始終比發(fā)電機氫壓高出一定的值，不允許斷油。氫側(cè)密封油系統(tǒng)主要包括氫側(cè)回油控制箱、氫側(cè)交流密封油泵、氫側(cè)密封油冷卻器、氫側(cè)密封油加熱器、兩個氫-空側(cè)密封油壓平衡閥。由于發(fā)電機密封瓦為雙流環(huán)式，允許氫側(cè)油路短期斷油運行，故不設(shè)氫側(cè)直流密封油備用泵。當氫側(cè)油泵突然

16、斷油時，密封瓦以單流環(huán)式運行，可以密封發(fā)電機內(nèi)的氫氣，只是時間長了會導(dǎo)致發(fā)電機內(nèi)氫純度下降，因而增加排污量和補氫量。4發(fā)電機的氣體置換4.1氣密試驗發(fā)電機和氫系統(tǒng)在安裝完畢后，應(yīng)對其進行.01MPa和額定氫壓值的空氣密封試驗。氣密試驗期間，密封油系統(tǒng)需投入運行，即氫側(cè)和空側(cè)油路應(yīng)同時處于供油狀態(tài)。氣密試驗用的氣體應(yīng)保證干燥、無雜質(zhì)。氣密試驗時，如氣體的泄漏量超過規(guī)定值，可用肥皂液、拉開粉溶液或鹵素檢漏儀進行系統(tǒng)檢漏。一般情況下，肥皂液和拉開粉用于粗檢。由于鹵素檢漏儀測量精度高而且范圍廣，所以通常將其用于精檢。應(yīng)重點對機座端蓋、出線盒、轉(zhuǎn)子引線、管道、閥門、焊口、氫氣干燥器和氫氣純度檢測變送裝置

17、等部位進行檢基準小氣包;5斜插式微差壓儀檢測原理漏。發(fā)電機的漏氣量可通過斜插式微差壓儀來測定。檢測系統(tǒng)由1個斜插式微差壓儀和1個基準小氣包組成。小氣包是一個密封容器，具裝于被測容器（通常指發(fā)電機機座)內(nèi)，從而使小氣包與機座內(nèi)的氣體處于同一環(huán)境中，以消除外界溫度的影響。斜插式微差壓儀上有1個三路閥，充氣時，打開2號閥使機座與小氣包相通，保壓時關(guān)閉2號閥。由于斜插式微差壓儀接于機座和小氣包之間，而小氣包是密封件，故可看作壓力對比的基準，在斜插式微差壓儀上測出的壓降就是由發(fā)電機泄漏造成的。由此可推算出在標準大氣壓下的發(fā)電機漏氣量。其計算公式為：L=0.022563VP/T(6)式中L一發(fā)電機泄漏量m

18、3/d；V一發(fā)電機容積，m3；P保壓期間機內(nèi)壓力變化量,Pa;T一保壓時間,h0此公式是在環(huán)境溫度為21c時導(dǎo)得的。使用時應(yīng)注意：保壓時間至少為24h,為了盡可能地減少溫度變化所產(chǎn)生的影響，一般保壓28h為宜。機座和微差壓儀應(yīng)避免陽光直射。發(fā)電機系統(tǒng)氣密試驗是否合格的標準為：泵壓.041MPa時，每天允許的泄漏量折合到標準大氣壓下應(yīng)小于2.1m3d/;泵壓0.31MPa時應(yīng)小于1.7m3/do二氧化碳和氫氣用量估計在爆炸范圍的上限時，混合氣體中氫占70%、空氣占30%,而空氣中的氧氣占21%,所以在爆炸上限的混合氣體中，氧的含量為30%x0.21-6.3%。要使發(fā)電機內(nèi)不存在爆炸性的混合氣體，

19、就必須在充氫前用二氧化碳排出系統(tǒng)內(nèi)的空氣，使系統(tǒng)內(nèi)氣體中氧氣的含量降低到小于6.3%以下。充入2倍機內(nèi)容積的二氧化碳，空氣的含量將降至14%,氧氣含量也隨之降為2.94%。而在轉(zhuǎn)子靜止或盤車條件下，機內(nèi)只有極少量的空氣和二氧化碳混合，從發(fā)電機機座底部充入約1.5倍機內(nèi)容積的C02就足以排除發(fā)電機內(nèi)的空氣，機內(nèi)二氧化碳濃度達到95%以上。一般情況下30Mw發(fā)電機的、容積為70m3,所以二氧化碳的用量為(105140)m3。假設(shè)二氧化碳瓶的體積為ZoL,壓力為14.71MPa則至少需要C0235瓶。在通常情況下準備3545瓶二氧化碳就足夠了。氫冷發(fā)電機在正常運行時，氫氣濃度要求在95%以上。在發(fā)電

20、機運行時，把3倍機內(nèi)容積的氫氣充入發(fā)電機，則機內(nèi)的氫氣濃度將能達到95%。但在發(fā)電機靜止或盤車狀態(tài)下，只有極少量的氫氣和二氧化碳混合，此時從發(fā)電機頂部匯流管充入2.5倍機內(nèi)容積的氫氣，機內(nèi)氫氣濃度就能達到95%以上。同二氧化碳用量的計算一樣，排除系統(tǒng)內(nèi)二氧化碳需要的氫氣量為:2.5X70=175m3;發(fā)電機正常運行時的氫壓為0.31MPa所以充到發(fā)電機額定氫壓需要的氫氣量為：3.1X70=217m3;即氫氣的最低用量為兩者之和392m3。所以發(fā)電機在氣體置換前，制氫站至少應(yīng)備足392m3的H:。發(fā)電機在試運過程中的補充用氫量應(yīng)當另行考慮。二氧化碳置換空氣正常運行發(fā)電機內(nèi)部充滿氫氣，機組檢修時需要將氫氣置換成空氣。因為氫氣和空氣混合易引起爆炸，而二氧化碳與氫氣混合不會發(fā)生爆炸，所以二氧化碳就被作為氣體置換的中間介質(zhì)。二氧化碳傳熱系數(shù)是空氣的1.132倍，在置換過程中，冷卻效能不比空氣差，止匕外，二氧化碳做為中間介質(zhì)還有利于防火。置換開始前，應(yīng)首先檢查密封瓦處是否已建立正常的密封油壓；確信純度監(jiān)測系統(tǒng)能正確運行；已將純度風機采樣管接通到頂部匯流管，排氣管也已接通到頂部匯流管。將化驗合