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斯坦福高速同步发电机隐极式转子与冷却系统
发布时间:2019-04-29 22:44:13  ▏阅读:

斯坦福(Stanford )高速同步发电机

 

因大多数康明斯发电机(即斯坦福(Stanford )品牌)与原动机同轴联动,火电厂都用高速汽轮机作原动机,所以汽轮发电机通常用高转速的 2 极电机,其转速达 3000 转/分(在电网频率为 60 赫时,为 3600 转/分)。核电站多用 4 极电机,转速为 1500 转/分(当电网频率为 60 赫时,为 1800 转/分)。为适应高速、高功率要求,高速同步康明斯(斯坦福(Stanford ))发电机在结构上一是采用隐极式转子,二是设置专门的冷却系统。

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①隐极式转子:外表呈圆柱形,在圆柱表面开槽以安放直流励磁绕组,并用金属槽楔固紧,使电机具有均匀的气隙。由于高速旋转时巨大的离心力,要求转子有很高的机械强度。隐极式转子一般由高强度合金钢整块锻成,槽形一般为开口形,以便安装励磁绕组。在每一个极距内约有 1/3 部分不开槽,形成大齿;其余部分的齿较窄,称做小齿。大齿中心即为转子磁极的中心。有时大齿也开一些较小的通风槽,但不嵌放绕组;有时还在嵌线槽底部铣出窄而浅的小槽作为通风槽。隐极式转子在转子本体轴向两端还装有金属的护环和中心环。护环是由高强度合金制成的厚壁圆筒,用以保护励磁绕组端部不至被巨大的离心力甩出;中心环用以防止绕组端部的轴向移动,并支撑护环。此外,为了把励磁电流通入励磁绕组,在电机轴上还装有集电环和电刷。

②冷却系统:由于电机中能量损耗和电机的体积成正比,它的量级与电机线度量级的三次方成比例,而电机散热面的量级只是电机线度量级的二次方。因此,当电机尺寸增大时(受材料限制,增大电机容量就得加大其尺寸),电机每单位表面上需要散发的热量就会增加,电机的温升将会提高。在高速汽轮发电机中,离心力将使转子表面和转子中心孔表面产生巨大的切向应力,转子直径越大,这种应力也越大。因此,在锻件材料允许的应力极限范围内,2 极汽轮发电机的转子本体直径不能超过1250 毫米。

  大型汽轮发电机要增大单机容量,只有靠增加转子本体的长度(即用细长的转子)和提高电磁负荷来解决。目前,转子长度可达 8 米,已接近极限。要继续提高单机容量,只能是提高电机的电磁负荷。这使大型汽轮发电机的发热和冷却问题变得特别突出。为此,已研制出多种冷却系统。 对于 50000 千瓦以下的汽轮发电机,多采用闭路空气冷却系统,用电机内的风扇吹拂发热部件降温。对于容量为 5~60 万千瓦的发电机,广泛使用氢冷。氢气(纯度 99%)的散热性能比空气好,用它来取代空气不仅散热效果好,而且可使电机的通风摩擦损耗大为降低,从而能显著提高发电机的效率。但是,采用氢冷必须有防爆和防漏措施,这使电机结构更为复杂,也增加了电极材料的消耗和成本。此外,还可采用液体介质冷却,例如水的相对冷却能力为空气的 50 倍,带走同样的热量,所需水的流量比空气小得多。

  因此,在线圈里采用一部分空心导线,导线中通水冷却,就可以大大降低电机温升, 延缓绝缘老化,增长电机寿命。1956 年,英国首创第一台 12000 千瓦定子线圈水内冷汽轮发电机。1958 年,中国由浙江大学、上海电机厂首先研制成第一台定、转子线圈都采用水内冷的 12000 千瓦双水内冷汽轮发电机,为这种冷却方式奠定了基础。全球一些国家在大容量电机中也广泛采用水内冷技术, 并制造出了几十万到一百多万千瓦的巨型发电机。除了水冷外,液体冷却介质还可使用变压器油,其相对导热能力约为水的 40%,绝缘性能好,可将发电机额定电压提高到几万伏,从而节约了升压变压器的投资。近年来,还在研究用氟利昂作为冷却介质的蒸发冷却技术。氟利昂绝缘好,很容易气化, 利用其气化潜热来冷却电机,是一种有意义的探索方向。


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