水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置

《水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置》涉及水轮发电机定子的冷却装置，特别是一种水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置 。

随着水轮发电机单机容量的不断提高，电机的热负荷也大幅增加，由此而引起的绕组、汇流环的温升、温差都在加剧。因此，降低电机绕组、汇流环温升及改善温度分布的均匀性，对大型发电机的可靠运行是至关重要的。

截至2014年，水轮发电机定子水内冷技术，国际上已有40余年历史，使上述问题迎刃而解，但该技术增加了泵循环纯水供应及去离子系统，而且泄漏和氧化物堵塞造成事故的可能性等所带来的不可靠性风险也在同时加剧。

蒸发冷却作为水轮发电机的一种新型内冷技术，不仅可以提高材料利用率，减少特大型发电机制造难度，降低发电机定子绕组、汇流环的运行温升及温差和发电机定子热应力。更重要的是蒸发冷却比水内冷具有更好的优越性。首先，由于蒸发冷却采用自循环系统，不需要另外的水处理设备，不占用厂房布置面积；另一个突出的优越性是消除了由于泄露和氧化物堵塞造成事故的可能性，即使发生冷却介质泄露，也不会产生大事故，可以采用降负荷运行，让其发电机空冷运行或少介质蒸发冷却运行，待停机后再维修，这是水内冷电机无可比拟的。但传统的发电机蒸发冷却技术只解决了定子绕组发热体的冷却，定子汇流环发热体还是采用空冷方式，作为采用蒸发冷却技术的定子绕组和汇流环联合循环装置，不仅在定子汇流环发热体上采用了蒸发冷却技术，而且将两者有机地统一起来，形成联合循环 。

图1为《水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置》的剖面结构示意图

2014年3月29日，《水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置》获得第十三届中国专利奖优秀奖 。2100433B

实施例1

如图1所示，水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置布置在水轮发电机定子上，圆周根据结构需要布置多个冷凝器11，每个冷凝器11底部设置有两个管路，冷凝器11内的蒸发介质通过其中的一根管路，即第一回液管3，进入第一总集液管4，再进入定子绕组发热体1、第一总集汽管5、第一集汽管6，最后回到冷凝器11；冷凝器11内的蒸发介质通过其中的另一根管路，即第二回液管7，进入第二总集液管8，再进入定子汇流环发热体2、第二总集汽管9、第二集汽管10，最后回到冷凝器11。

实施例2

水轮发电机定子蒸发冷却循环装置设置在水轮发电机定子上，可以单独对定子汇流环发热体2进行蒸发冷却，定子的圆周根据结构需要设置有多个冷凝器11，每个冷凝器11底部设置有一根第二回液管7，每个冷凝器11的上部设置有一根第二集汽管9，蒸发介质就从冷凝器11依次进入第二回液管7、第二总集汽管8、定子汇流环发热体2第二总集汽管9、第二集汽管10，最后再回到冷凝器11，形成了汇流环的蒸发冷却自循环系统。

实施例3

由于定子绕组发热体1为立式结构，定子汇流环发热体2为水平放置，在保证蒸发介质有一定液位的条件下就可以实现自循环运行。同时第二回液管7底部高于第一回液管3底部，第二回液管7的顶部低于第一回液管（3）的顶部，第一回液管3供定子绕组蒸发冷却循环系统使用，第二回液管7供定子汇流环蒸发冷却循环系统使用，由于定子汇流环蒸发冷却循环系统的回液管低，冷凝器内的蒸发介质总是优先供给定子汇流环发热体2，汇流环灌满后，再供给定子绕组蒸发冷却系统。

实施例4

冷凝器系统设置有均压环管12，使各冷凝器11之间相互连通，实现整个蒸发冷却系统的压力均匀，使定子和汇流环对应的冷却并联支路运行状况一致，各冷凝器11带走的热量更均匀 。

水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置专利目的

《水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置》在于提供了一种水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置，充分利用定子绕组和汇流环的蒸发冷却特点，将两套冷却系统接入同一套冷凝器系统实现蒸发介质的自循环运行 。

水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置技术方案

一种水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置，包括浸有蒸发介质的定子绕组发热体和与冷却介质蒸汽进行热交换的冷凝器系统，其特征在于还包括浸有蒸发介质的定子汇流环发热体，所述定子绕组发热体的一端通过第一总集液管、第一回液管与冷凝器底部连通，其另一端与第一总集汽管连通，第一总集汽管再通过第一集汽管与冷凝器的上部连通；所述定子汇流环发热体的一端通过第二总集液管、第二回液管与冷凝器底部连通，其另一端与第二总集汽管连通，第二总集汽管再通过第二集汽管与冷凝器的上部连通。

所述冷凝器系统包括两个或两个以上的冷凝器，且在冷凝器之间设置有使各个冷凝器相互连通的均压环管。

所述定子绕组发热体呈立式结构，所述定子汇流环发热体呈卧式结构。所述第一、第二回液管设置为高低回液管，第二回液管底部高于第一回液管底部，第二回液管顶部低于第一回液管的顶部。

所述第二总集液管低于汇流环底部。

所述第一、第二总集液管和第一、第二总集汽管均可以设置成与定子圆周同心的环状结构。

《水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置》充分利用定子绕组和汇流环的蒸发冷却特点，将两套冷却系统接入同一套冷凝器实现蒸发介质的自循环运行。采用该装置后，结构简单，循环可靠、节约空间，且成本低廉。由于定子绕组发热体为立式结构，在保证蒸发介质有一定液位的条件下就可以实现自循环运行，而汇流环为水平放置，其内部必须在蒸发介质全浸条件下才能实现自循环运行，采用联合循环方式就必须同时满足以上两个条件。同时冷凝器采用了高低两个回液管，高回液管供定子绕组蒸发冷却系统用，低回液管供汇流环蒸发冷却系统用，由于汇流环蒸发冷却系统的回液管低，冷凝器内的蒸发介质总是优先供给汇流环，汇流环灌满后，再供给定子绕组蒸发冷却系统，这样就同时满足了两套系统的需求，而在运行时，无论定子绕组的液位怎样变化，汇流环也总是处于全浸的状态。冷凝器系统设置有均压环管，使各冷凝器之间相互连通，实现整个蒸发冷却系统的压力均匀，使定子和汇流环对应的冷却并联支路运行状况一致，各冷凝器带走的热量更均匀，即保证了发电机定子绕组沿轴向和周向温度分布更均匀 。

水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置改善效果

《水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置》的优点：1、采用联合循环方式，解决了立式的定子绕组发热体和呈卧式的定子汇流环发热体两种不同布置方式部件的蒸发冷却问题；2、冷凝器布置高低回液管，保证两套蒸发冷却的自循环运行；3、设置集液管，实现了呈卧式布置的定子汇流环发热体蒸发冷却自循环系统；4、在冷凝器系统上布置的均压环管，使各冷凝器之间相互连通。实现整个蒸发联合循环系统的压力均匀，使定子绕组发热体和定子汇流环发热体对应的冷却并联支路运行状况一致，各冷凝器带走的热量更均匀，即保证了发电机定子绕组、汇流环沿轴向和周向温度分布更均匀 。

1.一种水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置，包括浸有蒸发介质的定子绕组发热体（1）和与蒸发介质进行热交换的冷凝器系统，其特征在于所述冷凝器系统包括两个或两个以上的冷凝器（11）所述水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置还包括浸有蒸发介质的定子汇流环发热体（2），所述定子绕组发热体（1）的一端通过第一总集液管（4）第一回液管（3）与冷凝器（11）底部连接，定子绕组发热体（1）的另一端与第一总集汽管（5）连通，第一总集汽管（5）再通过第一集汽管（6）与冷凝器（11）的上部连通；所述定子汇流环发热体（2）的一端通过第二总集液管（8）第二回液管（7）与冷凝器（11）底部连通，定子汇流环发热体（2）的另一端与第二总集汽管（9）连通，第二总集汽管（9）再通过第二集汽管（10）与冷凝器（11）的上部连通。

2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置，其特征在于所述冷凝器（11）之间设置有使各个冷凝器（11）相互连通的均压环管（12）。

3.根据权利要求1所述的一种水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置，其特征在于所述定子绕组发热体（1）呈立式结构，所述定子汇流环发热体（2）呈卧式结构。

4.根据权利要求1所述的一种水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置，其特征在于所述第一、第二回液管设置为高低回液管，第二回液管（7）底部高于第一回液管（3）底部，第二回液管（7）底部低于第一回液管（3）的顶部。

5.根据权利要求1所述的一种水轮发电机定子蒸发冷却联合循环装置，其特征在于所述第二总集液管（8）位于定子汇流环发热体（2）底部 。

联合循环装置的设想在燃气轮机发展早期就已经提出，大约在60年代初便有了较成熟的、利用排气余热的联合循环装置。此后以石油和天然气为燃料的联合循环装置得到了广泛的应用。以煤为燃料的"整体"联合循环发电装置正在兴起，许多国家都很重视燃煤联合循环装置的研究工作。联合循环装置的排气余热利用、煤气化和沸腾燃烧等几种主要形式。

世界各国进行蒸发冷却研究始于20世纪60年代初期，前苏联、日本、美国、英国不断发表有关研究成果的文献。中国开展蒸发冷却研究始于1958年，1983年投运了两台11.8 MV·A定子绕组蒸发冷却水轮发电机，1991年投运了1台60MV·A定子绕组蒸发冷却水轮发电机，单机容量为444 MV·A大容量定子绕组蒸发冷却水轮发电机已于1999年在李家峡电站投人运行。

将液态介质通入水轮发电机导体内部进行蒸发冷却的方式。