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水下电机定子蒸发冷却技术与传统冷却技术模型实验研究

作　者: 张学礼
导　师: 王海峰
学　校: 中国科学院研究生院（电工研究所）
专　业: 电机与电器
关键词: 蒸发冷却 水冷 油冷 水下电机 过冷沸腾 功率密度
分类号: TM359.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 145次
引　用: 2次
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内容摘要


水下电机传统冷却技术主要包括水外冷和油冷。一些特殊应用领域对水下电机功率密度的要求越来越高,传统冷却技术已经不能适应水下电机的发展,迫切需要一种全新的冷却技术以解决目前出现的问题。蒸发冷却技术是一种高效的冷却技术,已经成功地应用到了卧式电机领域,具有冷却效率高、可靠性高的特点。本文首次将蒸发冷却技术应用到水下电机领域。为了获得蒸发冷却技术的冷却效果,我们针对水下电机设计了一个定子模型,该模型可以很好的模拟水下电机的工作条件,可以实现三种不同的冷却方式:水外冷、油冷和蒸发冷却。本课题搭建了考察三种冷却技术的实验平台。在该实验平台上对水外冷和油冷作了大量的实验,实验结果表明水外冷和油冷的冷却效果不是很好。水外冷和油冷的最大冷却能力比较小,定子绕组的最大电流密度也比较低。蒸发冷却技术的实验研究是本文的重点。通过改变外水套冷却水流量、定子绕组电流密度和冷却介质液面高度,得到了定子绕组承受的最大电流密度和系统的最大冷却能力等指标。定子空腔内部的传热过程非常复杂,与传统的蒸发冷却不同,冷却介质在定子空腔中的沸腾类型始终为过冷沸腾。本实验中,冷却介质液面高度的确定是应用蒸发冷却技术的关键点,通过改变液面高度,得到了冷却介质比较合适的液面高度。通过改变外水套中冷却水流量,得到了外水套中冷却水流量对冷却效果的影响趋势。在本文的最后,我们将三种不同的冷却技术作了详尽的对比研究。蒸发冷却的冷却效果远远优于水外冷和油冷,更容易实现电机的高功率密度。鉴于水外冷和油冷水下电机成熟的技术,有理由相信蒸发冷却技术在水下电机领域有广阔的应用前景。

全文目录


第一章 引言  7-14
  1.1 研究背景  7-9
    1.1.1 水下电机传统冷却方式  7-9
    1.1.2 传统冷却方式存在的问题  9
  1.2 蒸发冷却技术“移植”到水下电机的可行性  9-13
    1.2.1 传统冷却技术和蒸发冷却技术原理  9-10
    1.2.2 蒸发冷却技术发展概况  10
    1.2.3 1200KVA 全蒸发冷却电机简介  10-11
    1.2.4 定子蒸发冷却、转子水内冷的50MW 汽轮发电机简介  11-12
    1.2.5 浸润式蒸发冷却技术的推广应用  12-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-14
第二章 相关传热学理论基础  14-26
  2.1 沸腾换热理论基础  14-18
    2.1.1 沸腾的类型  14-15
    2.1.2 沸腾换热曲线  15-18
    2.1.3 狭窄空间沸腾换热  18
  2.2 通过圆筒壁的导热分析  18-21
    2.2.1 导热基本定律  18-19
    2.2.2 导热微分方程及边界条件  19-20
    2.2.3 通过圆筒壁的导热  20-21
  2.3 对流换热理论基础  21-26
    2.3.1 对流换热类型及计算公式  21-22
    2.3.2 对流换热机理  22
    2.3.3 对流换热边界层理论  22-24
    2.3.4 影响对流换热的因素  24-26
第三章 实验平台简介  26-38
  3.1 实验模型总体结构  26-28
  3.2 实验模型各部分结构分析  28-31
    3.2.1 定子铁心  28-30
    3.2.2 定子绕组  30-31
  3.3 实验平台搭建  31-36
    3.3.1 实验平台原理图  32
    3.3.2 实验中用到的电气设备及测量仪器  32-36
  3.4 热电偶分布  36-38
第四章 水下电机定子传统冷却方式模型实验研究  38-54
  4.1 水外冷  38-45
    4.1.1 水外冷工作原理  38
    4.1.2 水外冷实验  38-39
    4.1.3 水外冷实验结果分析  39-43
    4.1.4 水外冷条件下定子绕组热态电阻与系统损耗  43-45
  4.2 油冷  45-53
    4.2.1 水下电机定子自然油循环冷却原理  45
    4.2.2 油冷实验  45-47
    4.2.3 油冷实验结果分析  47-52
    4.2.4 油冷条件下定子绕组热态电阻和系统损耗  52-53
  4.3 本章结论  53-54
第五章 水下电机定子蒸发冷却模型实验研究  54-102
  5.1 参考液面的确定  54
  5.2 实验步骤及类型  54-55
  5.3 第一种状况实验研究  55-75
    5.3.1 第一种状况实验结果  55-59
    5.3.2 第一种状况实验现象  59-61
    5.3.3 系统传热分析  61-70
    5.3.4 第一种状况实验结果分析  70-74
    5.3.5 静态液面与动态液面  74-75
  5.4 第二种状况实验研究  75-84
    5.4.1 第二种状况实验结果  75-78
    5.4.2 第二种状况和第一种状况对比研究  78-83
    5.4.3 最佳液面的选择  83-84
  5.5 第三种状况实验研究  84-95
    5.5.1 第三种状况实验结果  84-87
    5.5.2 第三种状况和第一种状况对比研究  87-95
  5.6 蒸发冷却技术与传统冷却技术综合比较  95-101
    5.6.1 三种冷却方式极限冷却能力之比较  95-96
    5.6.2 不同冷却方式下各参量比较  96-100
    5.6.3 三种冷却方式在各自对应的最大电流密度下各测点温度比较  100-101
  5.7 本章结论  101-102
第六章 主要研究成果及不足之处  102-104
参考文献  104-107
发表文章目录  107-108
致谢  108-109

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 其他
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