毕业设计(论文) `题目发电机氢气冷却系统报告院系自动化系专业班级自动化专业1302班学生姓名杨晓丹指导教师马进发电机氢气冷却系统报告摘要发电机在运行的过程中由于能量转换、电磁作用和机械摩擦会产生一定的热量。

为了使发电机温度不超过与绝缘耐热等级相应的极限温度，应采取冷却措施使这些部件有效地散热。

氢气比重小、比热大、导热系数较大、化学性质较稳定，是冷却发电机转子常用的介质。

氢气在发电机的腔室内循环，依次穿过冷热风室，由冷却器冷却。

发电机中的氢气容易发生泄漏，需要在轴与静密封瓦之间形成油膜封住气体。

在发电机检修后，发电机内充满空气，为防止氢气与空气混合产生安全隐患，充入氢气时应先做气密实验，再从下至上向发电机内充满二氧化碳，最后从上至下向发电机内充满氢气。

关键词：发电机;氢气冷却;气体置换;密封油系统Report of hydrogen cooling system forgeneratorAbstractGenerator in the process of running due to energy conversion, electromagnetic and mechanical friction generates heat.Hydrogen cooling system is used to limited the generator temperature exceed the limiting temperature of thermal class for electric machine insulation.Because of Hydrogen gas has small specific gravity,large specific heat,large coefficient of thermal conductivity and relatively stable chemical properties,it is the commonly used medium cooling generator rotor.Hydrogen is circulated in the generator hydrogen and cooled by corner cooler.In order to limite hydrogen leakage,oil seals the space between the shaft and static seal tile.After the generator maintenance, air is full of inside the generators.There was a safe hidden trouble if hydrogen is mixed into the oxygen.Carbon is blowed from the from the bottom to the full of generator to replace air after Sealing experiment was passed.And hydrogen is blowed from the from the full to the bottom of generator to replace carbon. Keywords:Generator;Hydrogen cooling;Gas replacement;Seal oil system目录1 引言 (5)1.1发电机冷却系统的重要性 (5)1.2氢气冷却的优势 (6)2 发电机氢气系统组成、功能及原理 (7)2.1氢气系统的组成 (7)2.2氢气系统部件的功能及原理 (8)2.3氢气的循环冷却 (8)3 密封油系统 (9)3.1密封原理 (9)3.2密封油系统的组成 (9)4发电机的气体置换 (10)4.1气密试验 (10)4.2二氧化碳和氢气用量估计 (11)4.3二氧化碳置换空气 (12)4.4氢气置换二氧化碳 (12)4.5二氧化碳置换氢气 (12)参考文献 (13)1 引言1.1发电机冷却系统的重要性发电机在工作的过程中由于能量转换、电磁作用和机械摩擦会产生一定的热量，要使发电机的温度保持在材料限定温度范围内，就要配备发电机冷却系统。

发电机的冷却与大型汽轮发电机的发展、发电机的绝缘寿命、发电机的金属性能息息相关。

当发电机转速n ，磁通密度B ，电流密度J 不变时，有以下关系：电动势Fe E WB F δ∝（1） 电流Cu I JF ∝（2） 功率4Fe Cu P EI B F F l δ∝∝∝（3） 成本3C l ∝（4） 其中，W ——电枢匝数，J——电枢电流密度，B δ——气隙磁通密度，Fe F ——定子铁芯截面，Cu F ——定子线圈截面。

l ——铁芯有效长度。

将（4）式带入（3）式，则/l C P ∝。

增加铁芯有效长度，就能增大成本和功率的比率。

由上式可知，发电机的功率越大，则经济性越高。

然而发电机的损耗与3l 成正比，发电机的散热与2l 成正比。

随着发电机功率的增大，发电机的单位面积散热降低。

所以想要发展大型汽轮发电机，就必须增强发电机的散热能力，发电机冷却系统是发展大型汽轮机的关键。

汽轮机在运行时产生的热也会影响到部件的绝缘寿命，蒙辛格尔提出器件的绝缘寿命与电机连续运行温度呈指数变化，公式为： (ln 2/)0m T L A e -=（5） 其中，0A ——当温度为0摄氏度时的绝缘寿命，T——绝缘持续温度，m ——常数。

实验表明，温度上升十度左右，绝缘寿命减短一半。

发电机部件的散热对器件的绝缘寿命影响较大。

金属的强度和硬度随温度的升高而降低，以下是发电机常用的铜、铝、银铜、钎焊的温度特性曲线：1.2氢气冷却的优势流体换热的能力与气体压力、密度、容积比热有关。

以下是冷却介质的性能比较：氢气冷却下优点：1.氢气比重小，阻力损耗小；2.氢气比热相对其他气体大；3.氢气的导热系数较大；4.氢气的相对传热系数约为空气的1.4倍；5.氢气化学价较为稳定。

冷却介质有空气、水和氢气供选用。

空气冷却效果差、损耗大，而水冷却面临着的是转子的高速旋转、供水装置的复杂，以及水的腐蚀等重大技术问题。

氢气的冷却效果虽然不及水冷却，但它的冷却作用远远超过空气冷却，2 发电机氢气系统组成、功能及原理2.1氢气系统的组成发电机氢气系统的组成部分主要为：1.供氢系统，包括供氢汇流排和压力控制装置；2.供二氧化碳装置；3.气体压力、纯度和湿度检测装置；4.氢气干燥装置；5.发电机漏油、漏水监测装置。

2.2氢气系统部件的功能及原理1.氢气干燥器是用来除去发电机内氢气中的水份而设的。

当发电机中的氢气含水量过高将会对发电机造成多方面的不良影响，我厂在发电机外设置专用的氢气干燥器，它的进氢管路接至转子风扇的高压侧，它的回氢管路接至风扇的低压侧，从而使机内部分氢气不断地流进干燥器内得到干燥。

其中我厂氢气去湿装置采用冷凝式（即分子筛式），其基本原理是：将进入去湿装置内的氢气冷却到- 10℃左右，氢气中的部份水蒸汽将在干燥器内凝结成霜，然后定时自动化霜，霜溶化成的水流进集水箱（筒）中，达到一定量之后发出信号，由人工手动排水。

经过冷却脱水的氢气在送回发电机之前被加热到18℃左右，加温设备也设置在去湿装置内，经过这一处理过程，从而使发电机内氢气中水份逐步减少。

2.氢气循环风机：氢气循环风机用于冷凝式氢气去湿装置系统中，在发电机停机或盘车状态下，开启循环风机，以确保氢气至湿装置的正常循环。

3 ）氢气泄露报警器：氢气泄露报警是为了报告何处有氢气泄露情况而设置的，它在冷水、氢冷水、发电机A、B、C三相分相母线等部位都设有氢气浓度高检测报警元件。

4 ）油水探测报警器：当发电机内部漏进油或水，油水将流入报警器内。

报警器内设置有一只浮子，浮子上端载有永久磁铁，在报警器上部设有磁性开关。

当报警器内油水积聚液位上升时，浮子随之上升，当达到一定值时永久磁铁吸合，磁性开关接通报警装置，运行人员接到报警信号后，即要进行手动操作报警器底部的排污阀进行排污，并要及时调整密封油压和检查油、水的来源。

5.置换控制阀：置换控制阀是几只阀门的集中组合、装配而成。

发电机正常运行时，这几只阀门必须全部关闭，只有发电机需要进行气体置换时，才由人工手动操作这几只阀门，按照发电机内气体置换要求进行操作。

2.3氢气的循环冷却氢气只在发电机的腔室中循环，一般有四个冷风室，五个热风室（四进五出，进是冷风，出是热风，以200MW为例子），发电机转子的端部通常有热套的风扇，运行中是随着转子在转动的，依靠这两个风扇将发电机四角氢气冷却器冷却后的冷风（氢气）吹入发电机定转子之间的腔室，然后穿出去，依次穿越冷热风室，到中间热风室后，从定子腔室外边出来，后又经四角冷却器冷却进行新的循环。

3 密封油系统3.1密封原理由于大型发电机组结构复杂，结合面多，而且氢气渗透性很强。

所以漏氢现象时有发生。

漏氢影响到机组的安全运行，必须引起高度重视。

密封油系统能有效防止氢气的泄漏。

向高速旋转的轴与静止的密封瓦之间注入一连续的油流，来形成一层油膜封住气体，从而使机内的气体不外溢，外面的空气也不至于进入机内。

氢气发电机都采用轴封，轴封是指汽轮发电机的转轴和端盖之间的密封装置。

为了使氢气沿转子从发电机机壳的泄漏降至最低，在发电机的两端都设有轴封。

密封油从密封油的供应单元进入密封箱中的密封环中。

在正常运行状态时密封油处于真空状态。

3.2密封油系统的组成发电机密封油系统如图所示，由两个各自独立又互相联系的系统组成。

向密封瓦空气侧供油，密封油与空气接触的一侧油路称为空侧密封油系统。

向密封瓦氢侧供油，密封油只与氢气接触的一侧油路称为氢侧密封油系统。

空侧密封油系统主要包括空侧回油密封箱、排烟风机、空侧交流密封油泵、直流密封油备用泵、油-氢差压调节阀、两台空侧密封油冷却器（互为备用）和一台电加热器。

此外来自润滑油系统的两路高压和低压密封油源通过一油-氢差压调节阀接入密封油泵出口母管，在交、直流密封油泵均故障时提供备用密封油源。

为防止氢气泄露，机组正常运行时空侧密封油压要始终比发电机氢压高出一定的值，不允许断油。

氢侧密封油系统主要包括氢侧回油控制箱、氢侧交流密封油泵、氢侧密封油冷却器、氢侧密封油加热器、两个氢-空侧密封油压平衡阀。

由于发电机密封瓦为双流环式，允许氢侧油路短期断油运行，故不设氢侧直流密封油备用泵。

当氢侧油泵突然断油时，密封瓦以单流环式运行，可以密封发电机内的氢气，只是时间长了会导致发电机内氢纯度下降，因而增加排污量和补氢量。

4发电机的气体置换4.1气密试验发电机和氢系统在安装完毕后,应对其进行.01MPa和额定氢压值的空气密封试验。