專利名稱：水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水電站機組的冷卻技術(shù)，特別是涉及從外部對水電站機組發(fā)熱部件進行循環(huán)強制冷卻的技術(shù)。
背景技術(shù)：
水電站水輪發(fā)電機組在運行過程中，不但發(fā)電機的上導(dǎo)軸承、推力軸承和下導(dǎo)軸承以及水輪機的導(dǎo)軸承會產(chǎn)生大量的熱量，溫度升高，發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子之間也會產(chǎn)生大量的熱量，且較之軸承處產(chǎn)生的熱量更多。水輪發(fā)電機組各軸承處的溫度升高，會使軸承潤滑油的性能大大降低，軸承的工作環(huán)境惡化，水輪發(fā)電機組的正常工作將受影響。為了使軸承在一個正常環(huán)境下工作，需要對軸承進行冷卻，將運行中產(chǎn)生的熱量及時移走。發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子也一樣，應(yīng)將運行中產(chǎn)生的熱量及時移走。發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子的冷卻，是由在發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙循環(huán)穿過的空氣進行冷卻，空氣再由發(fā)電機空氣冷卻器冷卻，將熱量帶走。
對軸承和空氣冷卻器進行冷卻的傳統(tǒng)方法，是直接用經(jīng)初步清潔化的壩前水或由蝸殼或下游尾水引來的比較清潔的水進行冷卻，冷卻水完成冷卻后直接排放，不循環(huán)使用。這種傳統(tǒng)方法最為不足的地方是，由于冷卻水不斷排走，很難做到將冷卻水軟化、中性化，清除冷卻水中的水生物等有害物質(zhì)處理，因此，運行一段時間后，軸承與空氣冷卻器的水冷卻面會產(chǎn)生水垢，聚集泥沙與孳生水生物，需要經(jīng)常進行清除，才能保證軸承與空氣冷卻器正常工作，如不及時清除，會大大降低冷卻效果，影響水輪發(fā)電機組的正常工作。對于以清潔化程度不高的壩前、蝸殼、尾水直接對軸承與空氣冷卻器進行冷卻，由于冷卻水中雜質(zhì)多，泥沙含量大，水輪發(fā)電機組的正常工作更難保證，運行成本更高。
為了克服這種傳統(tǒng)水冷卻法的不足，本申請的發(fā)明人在89年設(shè)計出了一種冷卻水可循環(huán)使用的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，申請了中國實用新型專利，專利號89213362.7。循環(huán)冷卻裝置由循環(huán)水池、循環(huán)水泵、機組自備冷卻器、置于水輪機尾水中的管殼式換熱器和連接冷卻器、循環(huán)水泵、循環(huán)水池與換熱器的管路構(gòu)成。該專利技術(shù)采用軟化處理后的軟水作冷卻水，解決了傳統(tǒng)水冷卻方法存在的發(fā)熱部件水冷卻面的水結(jié)垢、泥沙聚集與水生物孳生等問題，提高了機組運行可靠性，大幅度地降低了運行成本，促進了水電站機組冷卻技術(shù)的進步。但該水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置還存在一些不足。其一，循環(huán)冷卻裝置的冷卻水循環(huán)不是自動循環(huán)，必須配置提供循環(huán)動力的循環(huán)水泵，運行消耗大量的電能，運行成本還比較高；其二，由于冷卻水的循環(huán)還不是完全密閉的循環(huán)，對機組運行有害的雜物還有可能由循環(huán)水池進入循環(huán)水，危害循環(huán)冷卻裝置的運行，運行的可靠性還不是很高；其三，由于水的導(dǎo)熱效率不是很高，需要配備換熱面積足夠大的換熱器，冷卻裝置的體積比較龐大，除此之外還需要配備循環(huán)水泵和循環(huán)水池，裝置配置成本還較高。
在上述對軸承和空氣冷卻器進行水冷卻的現(xiàn)有技術(shù)中，用于空氣冷卻器冷卻的冷卻水占全部冷卻水用量達80％，解決了空氣冷卻器的冷卻問題，即基本上解決了水輪發(fā)電機組的冷卻運行成本問題。因此，解決發(fā)電機空氣冷卻器的冷卻問題是首要問題。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置存在的不足，本發(fā)明提供的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置可以解決以下技術(shù)問題1、通過提高冷卻水用量占全部冷卻水用量達80％的發(fā)電機空氣冷卻器的冷卻熱效率和運行的可靠性，以降低水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置的運行成本和裝置的配置成本。
2、通過提高發(fā)電機空氣冷卻器和軸承的冷卻熱效率與運行的可靠性，降低水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置的運行成本和裝置的配置成本。
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題，可通過具有以下技術(shù)方案的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置來實現(xiàn)。
解決上述第一個技術(shù)問題的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)為自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)，包括將發(fā)電機空氣熱量移走的熱管蒸發(fā)器和置于水中冷卻熱管工質(zhì)蒸汽的熱管冷凝器，熱管蒸發(fā)器和熱管冷凝器含有密閉真空腔室，工質(zhì)蒸汽上升管和工質(zhì)冷凝液下降管的兩端分別與熱管蒸發(fā)器密閉真空腔室和熱管冷凝器密閉真空腔室連接，構(gòu)成熱管工質(zhì)自動循環(huán)密閉真空回路。
水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置的水輪發(fā)電機軸承的冷卻系統(tǒng)，既可采用現(xiàn)有技術(shù)的敞開式泵循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，也可為密閉式自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)。優(yōu)先采用后者，即水輪發(fā)電機軸承冷卻系統(tǒng)采用與發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)相同的密閉式自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)，既能解決本發(fā)明提出的第一個技術(shù)問題，又能解決本發(fā)明提出的第二個技術(shù)問題。水輪發(fā)電機軸承自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)，包括冷卻軸承將熱量移走的熱管蒸發(fā)器和置于水中冷卻熱管工質(zhì)蒸汽的熱管冷凝器，熱管蒸發(fā)器和熱管冷凝器含有密閉真空腔室，熱管工質(zhì)蒸汽上升管和工質(zhì)冷凝液下降管兩端分別與熱管蒸發(fā)器的密閉真空腔室和熱管冷凝器密閉真空腔室連通，構(gòu)成熱管工質(zhì)循環(huán)密閉真空回路。
用于冷卻發(fā)電機循環(huán)空氣將熱量移走的熱管蒸發(fā)器，可以采用水輪發(fā)電機組自配的現(xiàn)有空氣冷卻器作為熱管蒸發(fā)器，也可采用其他結(jié)構(gòu)形式的熱管蒸發(fā)器。
用于冷卻軸承將熱量移走的熱管蒸發(fā)器，其蒸發(fā)吸熱結(jié)構(gòu)面為與水輪發(fā)電機組軸承部件散熱外表面相吻合的結(jié)構(gòu)面。最好是以水輪發(fā)電機組軸承部件散熱外表面直接作為熱管蒸發(fā)器的蒸發(fā)吸熱結(jié)構(gòu)面。
用于冷卻熱管工質(zhì)的熱管冷凝器可置于壩前水中，也可置于尾水中或其它水中，但不管置于什么水中，熱管冷凝器的最低冷凝液面應(yīng)高于熱管蒸發(fā)器的最高蒸發(fā)面。
當水輪發(fā)電機軸承冷卻系統(tǒng)也采用密閉自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)時，冷卻不同發(fā)熱部件的各熱管蒸發(fā)器的工質(zhì)蒸汽上升管，可采用將至少兩處的蒸發(fā)器工質(zhì)蒸汽上升管匯合后再與熱管冷凝器連接，優(yōu)先選擇將全部的蒸發(fā)器工質(zhì)蒸汽上升管匯合于一個工質(zhì)蒸汽上升管后再與熱管冷凝器連接。同樣，連接各熱管蒸發(fā)器的工質(zhì)冷凝液下降管，可采用將至少兩處的蒸發(fā)器工質(zhì)冷凝液下降管匯合后再與熱管冷凝器連接，同樣也優(yōu)先選擇將全部的蒸發(fā)器工質(zhì)冷凝液下降管匯合于一個工質(zhì)冷凝液下降管后再與熱管冷凝器連接。
當水輪發(fā)電機軸承冷卻系統(tǒng)為敞開式泵循環(huán)水冷卻系統(tǒng)時，其構(gòu)成主要包括循環(huán)水池、循環(huán)水泵、軸承冷卻器和置于水中的管殼換熱器，循環(huán)水池、循環(huán)泵、軸承冷卻器和管殼換熱器通過循環(huán)水管連通。所述管殼換熱器可置于壩前水中，也可置于由水輪機排出的尾水中，最好是置于由水輪機排出的尾水流中，以減少漂浮物對換熱器的影響。
本發(fā)明還采取了其它一些技術(shù)措施，如工質(zhì)冷凝回流液從蒸發(fā)器的底部進入，工質(zhì)蒸汽由蒸汽上升管引導(dǎo)從冷凝器上部進入冷凝器等。
本發(fā)明揭示的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，既可用作新建水電站機組的循環(huán)冷卻裝置，也可用于對已有水電站機組冷卻裝置的改造。
本發(fā)明的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其熱管蒸發(fā)器與熱管冷凝器的密閉真空腔室由工質(zhì)蒸汽上升管和工質(zhì)冷凝液回流管連通形成一個密閉回路系統(tǒng)，循環(huán)冷卻裝置投入工作之前，系統(tǒng)加入設(shè)計量的工質(zhì)，并將系統(tǒng)抽成真空，水輪發(fā)電機組運行后，發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量使位于熱管蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)受熱蒸發(fā)，由于系統(tǒng)為真空，工質(zhì)蒸汽在工質(zhì)蒸汽上升管內(nèi)上升到熱管冷凝器，工質(zhì)蒸汽在冷凝器內(nèi)受冷釋放出潛熱后冷凝成液體，冷凝液在自身重量的作用下回流到蒸發(fā)器內(nèi)。裝置運行后，由于工質(zhì)冷凝液下降管與工質(zhì)蒸汽上升管之間會形成一定的密度差，這個密度差所產(chǎn)生的壓力差能足以平衡工質(zhì)蒸汽流動和工質(zhì)冷凝液流動所產(chǎn)生的壓力降損失，使工質(zhì)在由熱管蒸發(fā)器、熱管冷凝器以及工質(zhì)蒸汽上升管和工質(zhì)冷凝液回流管形成的密閉回路自動循環(huán)，不需要另外提供循環(huán)動力。如此循環(huán)往復(fù)運行，可實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組發(fā)熱部件的冷卻，保證水輪發(fā)電機組的正常運行。
本發(fā)明揭示的水電站機組的循環(huán)冷卻裝置是利用熱管原理進行設(shè)計的。工質(zhì)蒸汽以潛熱帶走水輪發(fā)電機組發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量，置于壩前水中或尾水中的熱管冷凝器工質(zhì)蒸汽凝結(jié)的潛熱傳給上游來水或下游尾水，即本發(fā)明的冷卻裝置以工質(zhì)作為載體，利用工質(zhì)的相變將水輪發(fā)電機組發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量傳給河水。由于熱管的傳熱效率遠遠高于水的傳熱效率，工質(zhì)在密閉回路系統(tǒng)內(nèi)利用相變自動完成循環(huán)，因此，本發(fā)明揭示的水電站機組的循環(huán)冷卻裝置相對于現(xiàn)有技術(shù)的水電站機組泵循環(huán)水冷卻裝置，省去了循環(huán)水泵和循環(huán)水池，減少了電站自動化元件，同時也解決了泵循環(huán)水冷卻裝置的冷卻水長期存在的泥沙、漂浮物、結(jié)垢、水生物的水質(zhì)難題，因而大大節(jié)省了設(shè)備投資，降低了運行成本，提高了裝置安全運行的可靠性。
本發(fā)明開創(chuàng)性地將熱管原理應(yīng)用于水電站水輪發(fā)電機組的冷卻裝置，大大提高了水電站水輪發(fā)電機組冷卻裝置的技術(shù)水平，為水電站建設(shè)做出了貢獻。
附圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
附圖2是本發(fā)明另一個實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
附圖3是本發(fā)明用于水輪發(fā)電機的一種形式結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4是本發(fā)明用于水輪發(fā)電機的另一種形式結(jié)構(gòu)示意圖。
在上述附圖中，各標號的標示為1熱管冷凝器；2冷卻發(fā)電機空氣的熱管蒸發(fā)器；3冷卻止推軸承的熱管蒸發(fā)器；4冷卻導(dǎo)向軸承的熱管蒸發(fā)器；5冷卻止推軸承的水冷卻器；6冷卻導(dǎo)向軸承的水冷卻器；7冷卻循環(huán)水進水管；8冷卻循環(huán)水回水管；9冷卻循環(huán)水換熱器；10循環(huán)水泵，11循環(huán)水池；A工質(zhì)蒸汽上升管；B工質(zhì)冷凝液下降管。
具體實施例方式
實施例1水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置如附圖1、3所示，發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)和水輪發(fā)電機軸承冷卻系統(tǒng)均為自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)，分別由冷卻發(fā)電機空氣和軸承將熱量移走的熱管蒸發(fā)器2、3、4和置于水電站上游河中冷卻熱管工質(zhì)蒸汽的熱管冷凝器1構(gòu)成，熱管蒸發(fā)器和熱管冷凝器分別含有密閉真空腔室，工質(zhì)蒸汽上升管A和工質(zhì)冷凝液下降管B的兩端分別與熱管蒸發(fā)器密閉真空腔室和熱管冷凝器密閉真空腔室連接，構(gòu)成熱管工質(zhì)循環(huán)密閉真空回路。發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)的熱管蒸發(fā)器以水輪發(fā)電機組自配的冷卻器為熱管蒸發(fā)器，水輪發(fā)電機軸承冷卻系的熱管蒸發(fā)器，其蒸發(fā)吸熱結(jié)構(gòu)面以軸承部件的散熱外表面直接作為熱管蒸發(fā)器的蒸發(fā)吸熱結(jié)構(gòu)面。冷卻熱管工質(zhì)的熱管冷凝器懸置于壩前的河水中，熱管冷凝器的最低冷凝液面高于熱管蒸發(fā)器的最高蒸發(fā)面。冷卻不同發(fā)熱部件的熱管蒸發(fā)器，與其連接的工質(zhì)蒸汽上升管先匯合于一個總的工質(zhì)蒸汽上升管后，再與熱管冷凝器連接。與熱管冷凝器連接的一個總的工質(zhì)冷凝管，通過連接熱管蒸發(fā)器的各分支工質(zhì)冷凝液下降管與各熱管蒸發(fā)器連接。工質(zhì)冷凝回流液從工質(zhì)蒸發(fā)器的底部進入，工質(zhì)蒸汽由從冷凝器上部進入冷凝器。
實施例2
水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置如附圖2、4所示，發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)為自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)，水輪發(fā)電機軸承冷卻系統(tǒng)為敞開式泵循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)由冷卻發(fā)電機空氣的熱管蒸發(fā)器2、和置于上游河水中冷卻熱管工質(zhì)蒸汽的熱管冷凝器1構(gòu)成，熱管蒸發(fā)器和熱管冷凝器分別含有密閉真空腔室，工質(zhì)蒸汽上升管A和工質(zhì)冷凝液下降管B的兩端分別與熱管蒸發(fā)器密閉真空腔室和熱管冷凝器密閉真空腔室連接，構(gòu)成熱管工質(zhì)循環(huán)密閉真空回路。發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)的熱管蒸發(fā)器以水輪發(fā)電機組自配的冷卻器為熱管蒸發(fā)器，冷卻熱管工質(zhì)的熱管冷凝器懸置于壩前的河水中，熱管冷凝器的最低冷凝液面高于熱管蒸發(fā)器的最高蒸發(fā)面。工質(zhì)冷凝回流液從工質(zhì)蒸發(fā)器的底部進入，工質(zhì)蒸汽由從冷凝器上部進入冷凝器。水輪發(fā)電機軸承冷卻系統(tǒng)由循環(huán)水池11、循環(huán)泵10、軸承水冷卻器5、6和管殼換熱器9構(gòu)成。管殼換熱器置于由水輪機排出的尾水中。循環(huán)水池、循環(huán)水泵、軸承水冷卻器和管殼換熱器通過循環(huán)水進水管7和循環(huán)水回水管8連通，構(gòu)成敞開式泵循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。
本發(fā)明揭示的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置不限于上述實施例所描述的形式，根據(jù)本發(fā)明揭示的發(fā)明思想，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性地勞動還可設(shè)計出其他具體實施方式
，但這些具體實施方式
仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)為自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)，包括將發(fā)電機空氣熱量移走的熱管蒸發(fā)器和置于水中冷卻熱管工質(zhì)蒸汽的熱管冷凝器，熱管蒸發(fā)器和熱管冷凝器分別含有密閉真空腔室，工質(zhì)蒸汽上升管和工質(zhì)冷凝液下降管的兩端分別與熱管蒸發(fā)器真空腔室和熱管冷凝器真空腔室連接，構(gòu)成熱管工質(zhì)循環(huán)密閉真空回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于水輪發(fā)電機軸承冷卻系統(tǒng)為自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)，包括冷卻軸承將熱量移走的熱管蒸發(fā)器和置于水中冷卻熱管工質(zhì)蒸汽的熱管冷凝器，熱管蒸發(fā)器和熱管冷凝器分別含有密閉真空腔室，工質(zhì)蒸汽上升管和工質(zhì)冷凝液下降管的兩端分別與熱管蒸發(fā)器真空腔室和熱管冷凝器真空腔室連接，構(gòu)成熱管工質(zhì)自動循環(huán)密閉真空回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于所述發(fā)電機空氣自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)的熱管蒸發(fā)器，以水輪發(fā)電機組自配的空氣冷卻器作為熱管蒸發(fā)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于所述軸承自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)的熱管蒸發(fā)器，其蒸發(fā)吸熱結(jié)構(gòu)面為與水輪發(fā)電機組軸承部件散熱外表面相吻合的結(jié)構(gòu)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于所述的熱管蒸發(fā)器的蒸發(fā)吸熱結(jié)構(gòu)面，是以水輪發(fā)電機組軸承部件散熱外表面直接作為蒸發(fā)吸熱結(jié)構(gòu)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項權(quán)利要求所述的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于冷卻熱管工質(zhì)的熱管冷凝器置于壩前水中或尾水中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于不少于兩處的熱管蒸發(fā)器的工質(zhì)蒸汽上升管匯合后再與熱管冷凝器連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于不少于兩處的熱管蒸發(fā)器的工質(zhì)冷凝液下降管匯合后再與熱管冷凝器連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于水輪發(fā)電機軸承冷卻系統(tǒng)為循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，循環(huán)水冷卻系統(tǒng)主要包括循環(huán)水池、循環(huán)水泵、軸承冷卻器和置于水中的管殼換熱器，循環(huán)水池、循環(huán)水泵、軸承冷卻器和管殼換熱器通過循環(huán)水管連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水電站機組自動循環(huán)冷卻裝置，其特征在于管殼換熱器置于由水輪機排出的尾水中。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于水電站機組的自動循環(huán)冷卻裝置，發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)為密閉自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)，軸承冷卻系統(tǒng)可為密閉自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)，也可為現(xiàn)有技術(shù)的敞開泵循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。所說的密閉自動循環(huán)熱管冷卻系統(tǒng)包括冷卻水輪發(fā)電機發(fā)熱部件將熱量移走的熱管蒸發(fā)器和置于水中冷卻熱管工質(zhì)蒸汽的熱管冷凝器，熱管蒸發(fā)器和熱管冷凝器含有密閉真空腔室，工質(zhì)蒸汽上升管和工質(zhì)冷凝液下降管的兩端分別與熱管蒸發(fā)器和熱管冷凝器連接，構(gòu)成熱管工質(zhì)循環(huán)密閉真空回路。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的水電站循環(huán)水冷卻裝置相比，省去了循環(huán)水泵和循環(huán)水池，降低了設(shè)備投資和運行成本，提高了設(shè)備安全運行的可靠性，并徹底解決了水電站機組冷卻水水質(zhì)處理難題。
文檔編號H02K9/19GK1865692SQ200610021198
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月19日
發(fā)明者孫景, 孫詩杰 申請人:孫景