专利名称：水电站机组自动循环冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水电站机组的冷却技术，特别是涉及从外部对水电站机组发热部件进行循环强制冷却的技术。
背景技术：
水电站水轮发电机组在运行过程中，不但发电机的上导轴承、推力轴承和下导轴承以及水轮机的导轴承会产生大量的热量，温度升高，发电机转子与定子之间也会产生大量的热量，且较之轴承处产生的热量更多。水轮发电机组各轴承处的温度升高，会使轴承润滑油的性能大大降低，轴承的工作环境恶化，水轮发电机组的正常工作将受影响。为了使轴承在一个正常环境下工作，需要对轴承进行冷却，将运行中产生的热量及时移走。发电机转子与定子也一样，应将运行中产生的热量及时移走。发电机转子与定子的冷却，是由在发电机转子与定子之间的间隙循环穿过的空气进行冷却，空气再由发电机空气冷却器冷却，将热量带走。
对轴承和空气冷却器进行冷却的传统方法，是直接用经初步清洁化的坝前水或由蜗壳或下游尾水引来的比较清洁的水进行冷却，冷却水完成冷却后直接排放，不循环使用。这种传统方法最为不足的地方是，由于冷却水不断排走，很难做到将冷却水软化、中性化，清除冷却水中的水生物等有害物质处理，因此，运行一段时间后，轴承与空气冷却器的水冷却面会产生水垢，聚集泥沙与孳生水生物，需要经常进行清除，才能保证轴承与空气冷却器正常工作，如不及时清除，会大大降低冷却效果，影响水轮发电机组的正常工作。对于以清洁化程度不高的坝前、蜗壳、尾水直接对轴承与空气冷却器进行冷却，由于冷却水中杂质多，泥沙含量大，水轮发电机组的正常工作更难保证，运行成本更高。
为了克服这种传统水冷却法的不足，本申请的发明人在89年设计出了一种冷却水可循环使用的水电站机组自动循环冷却装置，申请了中国实用新型专利，专利号89213362.7。循环冷却装置由循环水池、循环水泵、机组自备冷却器、置于水轮机尾水中的管壳式换热器和连接冷却器、循环水泵、循环水池与换热器的管路构成。该专利技术采用软化处理后的软水作冷却水，解决了传统水冷却方法存在的发热部件水冷却面的水结垢、泥沙聚集与水生物孳生等问题，提高了机组运行可靠性，大幅度地降低了运行成本，促进了水电站机组冷却技术的进步。但该水电站机组自动循环冷却装置还存在一些不足。其一，循环冷却装置的冷却水循环不是自动循环，必须配置提供循环动力的循环水泵，运行消耗大量的电能，运行成本还比较高；其二，由于冷却水的循环还不是完全密闭的循环，对机组运行有害的杂物还有可能由循环水池进入循环水，危害循环冷却装置的运行，运行的可靠性还不是很高；其三，由于水的导热效率不是很高，需要配备换热面积足够大的换热器，冷却装置的体积比较庞大，除此之外还需要配备循环水泵和循环水池，装置配置成本还较高。
在上述对轴承和空气冷却器进行水冷却的现有技术中，用于空气冷却器冷却的冷却水占全部冷却水用量达80％，解决了空气冷却器的冷却问题，即基本上解决了水轮发电机组的冷却运行成本问题。因此，解决发电机空气冷却器的冷却问题是首要问题。
发明内容
针对现有技术的水电站机组自动循环冷却装置存在的不足，本发明提供的水电站机组自动循环冷却装置可以解决以下技术问题1、通过提高冷却水用量占全部冷却水用量达80％的发电机空气冷却器的冷却热效率和运行的可靠性，以降低水电站机组自动循环冷却装置的运行成本和装置的配置成本。
2、通过提高发电机空气冷却器和轴承的冷却热效率与运行的可靠性，降低水电站机组自动循环冷却装置的运行成本和装置的配置成本。
本发明所要解决的第一个技术问题，可通过具有以下技术方案的水电站机组自动循环冷却装置来实现。
解决上述第一个技术问题的水电站机组自动循环冷却装置，其发电机空气冷却系统为自动循环热管冷却系统，包括将发电机空气热量移走的热管蒸发器和置于水中冷却热管工质蒸汽的热管冷凝器，热管蒸发器和热管冷凝器含有密闭真空腔室，工质蒸汽上升管和工质冷凝液下降管的两端分别与热管蒸发器密闭真空腔室和热管冷凝器密闭真空腔室连接，构成热管工质自动循环密闭真空回路。
水电站机组自动循环冷却装置的水轮发电机轴承的冷却系统，既可采用现有技术的敞开式泵循环水冷却系统，也可为密闭式自动循环热管冷却系统。优先采用后者，即水轮发电机轴承冷却系统采用与发电机空气冷却系统相同的密闭式自动循环热管冷却系统，既能解决本发明提出的第一个技术问题，又能解决本发明提出的第二个技术问题。水轮发电机轴承自动循环热管冷却系统，包括冷却轴承将热量移走的热管蒸发器和置于水中冷却热管工质蒸汽的热管冷凝器，热管蒸发器和热管冷凝器含有密闭真空腔室，热管工质蒸汽上升管和工质冷凝液下降管两端分别与热管蒸发器的密闭真空腔室和热管冷凝器密闭真空腔室连通，构成热管工质循环密闭真空回路。
用于冷却发电机循环空气将热量移走的热管蒸发器，可以采用水轮发电机组自配的现有空气冷却器作为热管蒸发器，也可采用其他结构形式的热管蒸发器。
用于冷却轴承将热量移走的热管蒸发器，其蒸发吸热结构面为与水轮发电机组轴承部件散热外表面相吻合的结构面。最好是以水轮发电机组轴承部件散热外表面直接作为热管蒸发器的蒸发吸热结构面。
用于冷却热管工质的热管冷凝器可置于坝前水中，也可置于尾水中或其它水中，但不管置于什么水中，热管冷凝器的最低冷凝液面应高于热管蒸发器的最高蒸发面。
当水轮发电机轴承冷却系统也采用密闭自动循环热管冷却系统时，冷却不同发热部件的各热管蒸发器的工质蒸汽上升管，可采用将至少两处的蒸发器工质蒸汽上升管汇合后再与热管冷凝器连接，优先选择将全部的蒸发器工质蒸汽上升管汇合于一个工质蒸汽上升管后再与热管冷凝器连接。同样，连接各热管蒸发器的工质冷凝液下降管，可采用将至少两处的蒸发器工质冷凝液下降管汇合后再与热管冷凝器连接，同样也优先选择将全部的蒸发器工质冷凝液下降管汇合于一个工质冷凝液下降管后再与热管冷凝器连接。
当水轮发电机轴承冷却系统为敞开式泵循环水冷却系统时，其构成主要包括循环水池、循环水泵、轴承冷却器和置于水中的管壳换热器，循环水池、循环泵、轴承冷却器和管壳换热器通过循环水管连通。所述管壳换热器可置于坝前水中，也可置于由水轮机排出的尾水中，最好是置于由水轮机排出的尾水流中，以减少漂浮物对换热器的影响。
本发明还采取了其它一些技术措施，如工质冷凝回流液从蒸发器的底部进入，工质蒸汽由蒸汽上升管引导从冷凝器上部进入冷凝器等。
本发明揭示的水电站机组自动循环冷却装置，既可用作新建水电站机组的循环冷却装置，也可用于对已有水电站机组冷却装置的改造。
本发明的水电站机组自动循环冷却装置，其热管蒸发器与热管冷凝器的密闭真空腔室由工质蒸汽上升管和工质冷凝液回流管连通形成一个密闭回路系统，循环冷却装置投入工作之前，系统加入设计量的工质，并将系统抽成真空，水轮发电机组运行后，发热部件产生的热量使位于热管蒸发器内的工质受热蒸发，由于系统为真空，工质蒸汽在工质蒸汽上升管内上升到热管冷凝器，工质蒸汽在冷凝器内受冷释放出潜热后冷凝成液体，冷凝液在自身重量的作用下回流到蒸发器内。装置运行后，由于工质冷凝液下降管与工质蒸汽上升管之间会形成一定的密度差，这个密度差所产生的压力差能足以平衡工质蒸汽流动和工质冷凝液流动所产生的压力降损失，使工质在由热管蒸发器、热管冷凝器以及工质蒸汽上升管和工质冷凝液回流管形成的密闭回路自动循环，不需要另外提供循环动力。如此循环往复运行，可实现对水轮发电机组发热部件的冷却，保证水轮发电机组的正常运行。
本发明揭示的水电站机组的循环冷却装置是利用热管原理进行设计的。工质蒸汽以潜热带走水轮发电机组发热部件产生的热量，置于坝前水中或尾水中的热管冷凝器工质蒸汽凝结的潜热传给上游来水或下游尾水，即本发明的冷却装置以工质作为载体，利用工质的相变将水轮发电机组发热部件产生的热量传给河水。由于热管的传热效率远远高于水的传热效率，工质在密闭回路系统内利用相变自动完成循环，因此，本发明揭示的水电站机组的循环冷却装置相对于现有技术的水电站机组泵循环水冷却装置，省去了循环水泵和循环水池，减少了电站自动化元件，同时也解决了泵循环水冷却装置的冷却水长期存在的泥沙、漂浮物、结垢、水生物的水质难题，因而大大节省了设备投资，降低了运行成本，提高了装置安全运行的可靠性。
本发明开创性地将热管原理应用于水电站水轮发电机组的冷却装置，大大提高了水电站水轮发电机组冷却装置的技术水平，为水电站建设做出了贡献。
附图1是本发明一个实施例的结构原理示意图。
附图2是本发明另一个实施例的结构原理示意图。
附图3是本发明用于水轮发电机的一种形式结构示意图。
附图4是本发明用于水轮发电机的另一种形式结构示意图。
在上述附图中，各标号的标示为1热管冷凝器；2冷却发电机空气的热管蒸发器；3冷却止推轴承的热管蒸发器；4冷却导向轴承的热管蒸发器；5冷却止推轴承的水冷却器；6冷却导向轴承的水冷却器；7冷却循环水进水管；8冷却循环水回水管；9冷却循环水换热器；10循环水泵，11循环水池；A工质蒸汽上升管；B工质冷凝液下降管。
具体实施例方式
实施例1水电站机组自动循环冷却装置如附图1、3所示，发电机空气冷却系统和水轮发电机轴承冷却系统均为自动循环热管冷却系统，分别由冷却发电机空气和轴承将热量移走的热管蒸发器2、3、4和置于水电站上游河中冷却热管工质蒸汽的热管冷凝器1构成，热管蒸发器和热管冷凝器分别含有密闭真空腔室，工质蒸汽上升管A和工质冷凝液下降管B的两端分别与热管蒸发器密闭真空腔室和热管冷凝器密闭真空腔室连接，构成热管工质循环密闭真空回路。发电机空气冷却系统的热管蒸发器以水轮发电机组自配的冷却器为热管蒸发器，水轮发电机轴承冷却系的热管蒸发器，其蒸发吸热结构面以轴承部件的散热外表面直接作为热管蒸发器的蒸发吸热结构面。冷却热管工质的热管冷凝器悬置于坝前的河水中，热管冷凝器的最低冷凝液面高于热管蒸发器的最高蒸发面。冷却不同发热部件的热管蒸发器，与其连接的工质蒸汽上升管先汇合于一个总的工质蒸汽上升管后，再与热管冷凝器连接。与热管冷凝器连接的一个总的工质冷凝管，通过连接热管蒸发器的各分支工质冷凝液下降管与各热管蒸发器连接。工质冷凝回流液从工质蒸发器的底部进入，工质蒸汽由从冷凝器上部进入冷凝器。
实施例2
水电站机组自动循环冷却装置如附图2、4所示，发电机空气冷却系统为自动循环热管冷却系统，水轮发电机轴承冷却系统为敞开式泵循环水冷却系统。发电机空气冷却系统由冷却发电机空气的热管蒸发器2、和置于上游河水中冷却热管工质蒸汽的热管冷凝器1构成，热管蒸发器和热管冷凝器分别含有密闭真空腔室，工质蒸汽上升管A和工质冷凝液下降管B的两端分别与热管蒸发器密闭真空腔室和热管冷凝器密闭真空腔室连接，构成热管工质循环密闭真空回路。发电机空气冷却系统的热管蒸发器以水轮发电机组自配的冷却器为热管蒸发器，冷却热管工质的热管冷凝器悬置于坝前的河水中，热管冷凝器的最低冷凝液面高于热管蒸发器的最高蒸发面。工质冷凝回流液从工质蒸发器的底部进入，工质蒸汽由从冷凝器上部进入冷凝器。水轮发电机轴承冷却系统由循环水池11、循环泵10、轴承水冷却器5、6和管壳换热器9构成。管壳换热器置于由水轮机排出的尾水中。循环水池、循环水泵、轴承水冷却器和管壳换热器通过循环水进水管7和循环水回水管8连通，构成敞开式泵循环水冷却系统。
本发明揭示的水电站机组自动循环冷却装置不限于上述实施例所描述的形式，根据本发明揭示的发明思想，本领域的一般技术人员在不付出创造性地劳动还可设计出其他具体实施方式
，但这些具体实施方式
仍属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于发电机空气冷却系统为自动循环热管冷却系统，包括将发电机空气热量移走的热管蒸发器和置于水中冷却热管工质蒸汽的热管冷凝器，热管蒸发器和热管冷凝器分别含有密闭真空腔室，工质蒸汽上升管和工质冷凝液下降管的两端分别与热管蒸发器真空腔室和热管冷凝器真空腔室连接，构成热管工质循环密闭真空回路。
2.根据权利要求1所述的水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于水轮发电机轴承冷却系统为自动循环热管冷却系统，包括冷却轴承将热量移走的热管蒸发器和置于水中冷却热管工质蒸汽的热管冷凝器，热管蒸发器和热管冷凝器分别含有密闭真空腔室，工质蒸汽上升管和工质冷凝液下降管的两端分别与热管蒸发器真空腔室和热管冷凝器真空腔室连接，构成热管工质自动循环密闭真空回路。
3.根据权利要求1所述的水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于所述发电机空气自动循环热管冷却系统的热管蒸发器，以水轮发电机组自配的空气冷却器作为热管蒸发器。
4.根据权利要求2所述的水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于所述轴承自动循环热管冷却系统的热管蒸发器，其蒸发吸热结构面为与水轮发电机组轴承部件散热外表面相吻合的结构面。
5.根据权利要求4所述的水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于所述的热管蒸发器的蒸发吸热结构面，是以水轮发电机组轴承部件散热外表面直接作为蒸发吸热结构面。
6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于冷却热管工质的热管冷凝器置于坝前水中或尾水中。
7.根据权利要求6所述的水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于不少于两处的热管蒸发器的工质蒸汽上升管汇合后再与热管冷凝器连接。
8.根据权利要求6所述的水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于不少于两处的热管蒸发器的工质冷凝液下降管汇合后再与热管冷凝器连接。
9.根据权利要求1所述的水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于水轮发电机轴承冷却系统为循环水冷却系统，循环水冷却系统主要包括循环水池、循环水泵、轴承冷却器和置于水中的管壳换热器，循环水池、循环水泵、轴承冷却器和管壳换热器通过循环水管连通。
10.根据权利要求9所述的水电站机组自动循环冷却装置，其特征在于管壳换热器置于由水轮机排出的尾水中。
全文摘要
本发明是一种用于水电站机组的自动循环冷却装置，发电机空气冷却系统为密闭自动循环热管冷却系统，轴承冷却系统可为密闭自动循环热管冷却系统，也可为现有技术的敞开泵循环水冷却系统。所说的密闭自动循环热管冷却系统包括冷却水轮发电机发热部件将热量移走的热管蒸发器和置于水中冷却热管工质蒸汽的热管冷凝器，热管蒸发器和热管冷凝器含有密闭真空腔室，工质蒸汽上升管和工质冷凝液下降管的两端分别与热管蒸发器和热管冷凝器连接，构成热管工质循环密闭真空回路。本发明与现有技术的水电站循环水冷却装置相比，省去了循环水泵和循环水池，降低了设备投资和运行成本，提高了设备安全运行的可靠性，并彻底解决了水电站机组冷却水水质处理难题。
文档编号H02K9/19GK1865692SQ200610021198
公开日2006年11月22日 申请日期2006年6月19日 优先权日2006年6月19日
发明者孙景, 孙诗杰 申请人:孙景