CN109029013A - 一种防爆空冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防爆空冷设备，包括顺次连接的开关箱和热换装置，开关箱的一侧开口并与定子基座连通且另一侧开口并与热换装置连通从而在开关箱的一侧至另一侧形成一个气流通道；开关箱内设有用于阻挡气流通道的开关装置，且该开关装置连接有开关箱控制机构，开关箱控制机构包括中控和由中控控制的电机；热换装置包括壳体和设于壳体内部的冷却铜管，壳体的一侧开口并与开关箱连通，在壳体上设有进水口和出水口，冷却铜管的一端与进水口连通且另一端与出水口连通。本发明能有效避免并阻止冷却铜管爆管时水流进入定子，保证了机组稳定、安全、可靠和正常运行，具有及时检测、可靠性高和实用性强等特点，能够满足水电站的安全稳定运行要求。

Description

一种防爆空冷设备

技术领域

本发明属于水利设备技术领域，具体涉及一种防爆空冷设备，是一种更加可靠的水轮发电机空气冷却设备。

背景技术

水轮发电机运行中，由于有电流和磁场的存在，会产生铁损和铜损，这种损耗以热的形式传给绕组和铁芯，如不把热量散发出去，轻则使绕组温度升高，电阻增大，降低发电机的效率，重则会使发电机的绕组和铁芯绝缘烧毁引起发电机着火。在水电行业里，通常采用空气冷却器冷却空气的方式使设备温度保持在合格范围。

水电行业常用的空气冷却器为翘片管式冷却器，其管件通常为铜管，铜管与水箱采取焊接的方式连接。这种空气冷却器存在以下问题：

1、机组在长时间运行下，经过高速水流和水中的杂质长期的冲刷，会导致铜管管壁变薄，最终爆管，爆管后水流可能进入定子，造成发电机短路，设备非停，造成重大损失。

2、机组停机后，如若空气冷却器发生“憋压”现象或者铜管在水锤作用下发生爆管，水流直接进入发电机定子造成水淹定子。

为了避免此类情况发生，现在通常的处理方法是根据设备的使用周期定期更换空气冷却器，但是此类方法始终属于被动接受，不能主动预防或者主动监测空气冷却器。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种防爆空冷设备。使冷却铜管发生爆管时阻挡水流进入定子，并能及时检测。

本发明所采用的技术方案为：

一种防爆空冷设备，包括顺次连接的开关箱和热换装置，开关箱的一侧开口并与定子基座连通且另一侧开口并与热换装置连通从而在开关箱的一侧至另一侧形成一个气流通道；

所述开关箱内设有用于阻挡气流通道的开关装置，且该开关装置连接有开关箱控制机构，开关箱控制机构包括中控和由中控控制的电机；

所述热换装置包括壳体和设于壳体内部的冷却铜管，壳体的一侧开口并与开关箱连通，在壳体上设有进水口和出水口，冷却铜管的一端与进水口连通且另一端与出水口连通。

开关箱起到开关气流通道的作用，在冷却铜管发生爆管时阻挡水流进入定子。

具体地，所述开关装置包括多个与电机的转轴连接的开关导叶，相邻的开关导叶在电机的驱动下活动连接在一起，空冷设备正常工作时，相邻的开关导叶在电机的驱动下打开气流通道；在空冷设备发生爆管时，相邻的开关导叶在电机的驱动下关闭气流通道。

为了实现精确控制，所有所述开关导叶在电机的驱动下同步工作，且开关导叶在全开开度位与气流通道具有夹角，所有所述开关导叶呈“一字型”从上到下布置。

进一步地，所述冷却铜管表面设有翘片。目的是为了增大接触面积，使热空气与冷却铜管充分接触交换热量。

为了方便与外接水管连接，所述进水口还连接有第一进水法兰，出水口还连接有第一出水法兰，为了在设备修后充水时排除冷却铜管内的气体，进水口或出水口还连接有第一排气装置。

进一步地，所述开关箱与热换装置之间还设有水箱式冷却阻挡装置，所述水箱式冷却阻挡装置包括壳体和从开关箱至热换装置方向交错设置于该壳体内的冷却水箱，该壳体的相对两侧均开口，一侧与开关箱的箱体连通且另一侧与热换装置的壳体连通；

所述水箱式冷却阻挡装置的壳体上设有进水口和出水口，冷却水箱的一端与该进水口连通且另一端与该出水口连通。

增加水箱式冷却阻挡装置，一方面使本空冷设备包括两级冷却机构，冷却阻挡装置作为第一级冷却机构，热换装置作为第二级冷却机构，水箱式冷却阻挡装置增加了冷却的速度和效果；另一方面水箱式冷却阻挡装置还可以阻挡爆管时水流的强大冲击力，使水流失去动力，给关闭气流通道提供了充足的时间，并使水流不流入定子基座，确保万无一失。

为方便与外接水管连接，所述水箱式冷却阻挡装置的进水口还连接有第二进水法兰且出水口还连接有第二出水法兰，为了在设备修后充水时排除冷却水箱内的气体，该进水口或出水口还连接有第二排气装置。

为了削减水流的冲击力，使水失去动力，所述冷却水箱的设置方向与空气流入的方向垂直且与水流流入的方向垂直。

为了增加阻挡效果并增加引导空气的效果，所述冷却水箱的一侧为弧形且相对的另一侧为直线型，由弧形的一侧过渡到直线型的另一侧而一次成型，弧形的一侧面向开关箱为迎风侧且直线型的一侧面向热换装置为背风侧或迎水侧。

水箱式冷却阻挡装置还包括设于冷却水箱正下方的集水箱，集水箱内设有漏水检测装置，该漏水检测装置与开关箱控制机构通信连接，集水箱的底部设有排水堵头。集水箱起到集水的作用，喷射在冷却水箱上的水因失去动力后滴入下方的集水箱。

本发明的有益效果为：

本发明能有效避免并阻止冷却铜管爆管时水流进入定子，保证了机组稳定、安全、可靠和正常运行。

本发明具有及时检测、可靠性高和实用性强等特点，为冷却铜管爆管水淹发电机重大隐患提供了解决办法，能够满足水电站的安全稳定运行要求。

附图说明

图1是本发明-实施例1的安装示意图。

图2是图1中A部分的放大图。

图3是本发明-实施例1的正视图。

图4是本发明-实施例1的右视图。

图5是本发明-实施例1的俯视图。

图6是本发明-实施例1的仰视图。

图7是本发明-实施例2的安装示意图。

图8是图7中A部分的放大图。

图9是本发明-实施例2的正视图。

图10是本发明-实施例2的右视图。

图11是本发明-实施例2的俯视图。

图12是本发明-实施例2的仰视图。

图中：1-定子基座；2-开关箱；3-水箱式冷却阻挡装置；4-换热装置；5-第二排气装置；6-第二出水法兰；7-冷却水箱；8-第二进水法兰；9-集水箱；10-漏水检测装置；11-箱盖；12-第一出水法兰；13-第一排气装置；14-第一进水法兰；15-电机；16-排水堵头；17-开关导叶；18-冷却铜管。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1：

如图1-6所示，本实施例的一种防爆空冷设备，包括顺次连接的开关箱2和热换装置4。实际应用时，开关箱2和热换装置4分别加工后再组装成一个整体，组装的方式包括但不限于焊接、螺钉连接，安装时，整体一次性安装到位。

其中，开关箱2的一侧开口并与定子基座1连通，开关箱2的形状与定子基座1的预留孔洞形状一致，安装时，开关箱2与定子基座1的预留孔洞轴线形成一定夹角，方便引导发电机内部的空气进入到热换装置4，开关箱2的另一侧开口并与热换装置4连通，由开关箱2的一侧至另一端形成一个气流通道。

开关箱2内设有开关导叶17，开关导叶17为多个，该开关导叶17连接于电机15的转轴上由电机15控制，电机15由中控计算机程序控制，由中控计算机程序控制的电机组成开关箱控制机构。相邻的开关导叶17在电机15的驱动下活动连接在一起形成一个用于阻挡气流通道的开关装置，相邻的开关导叶在电机的驱动下打开气流通道，使气体顺利通过。

在本实施例中，所有开关导叶17呈“一字型”从上到下布置，并且电机15设置在开关箱2的下端，为了实现精确控制，多个开关导叶17在一个电机15的驱动下同步工作，并且开关导叶17处在全开开度位与气流通道形成一定夹角。以下举例说明两种同步工作的实现方式。

第一种：电机15的转轴连接涡杆，并且该涡杆从开关箱2上端一直延伸到下端，每个开关导叶17均设有涡轮，涡轮和涡杆配合使多个开关导叶17同步工作，安装时，只需要将所有的开关导叶17同角度安装即可。

第二种：电机15的转轴连接传动轴，该传动轴从开关箱2上端一直延伸到下端，传动轴设有多个与开关导叶17位置对应的锥齿轮，每个开关导叶17也均设有锥齿轮，传动轴上锥齿轮与开关导叶17上的锥齿轮配合使多个开关导叶17同步工作，安装时，只需要将所有的开关导叶17同角度安装即可。

开关导叶17用于热换装置4发生爆管时或者机组停机时关闭气流通道，以免水流进入定子。

本实施例中，为了日常检查和维护，开关箱2的箱体上还设有箱盖11，打开箱盖11，即可检查内部的部件，并且方便更换。

热换装置4包括壳体和设于壳体内部的冷却铜管18，壳体的一侧开口并与开关箱2连通。在壳体上设有进水口和出水口，冷却铜管18的一端与进水口连通且另一端与出水口连通，在本实施例中，进水口还连接有第一进水法兰14，出水口还连接有第一出水法兰12，法兰方便与外接水管连接。

为了在设备修后充水时排除冷却铜管18内的气体，进水口或出水口还连接有第一排气装置13，本实施例中，第一排气装置13设在进水口处，进水口处可连接一个三通管，将进水口、第一进水法兰14和第一排气装置13相互连通。

第一出水法兰12、第一进水法兰14和第一排气装置13均设于壳体的底部。

冷却铜管18表面设有翘片，目的是为了增大接触面积，使热空气与冷却铜管充分接触交换热量。

冷却铜管18在壳体内部的设置方式，如下举例说明。

第一种：

冷却铜管18按蛇形均匀布置于壳体内，冷却铜管18的直线段方向为从上而下或从左到右或从前到后，由此形成多排用于热交换，本实施例优选冷却铜管18的直线段方向为从上而下。

说明：前后、左右、上下均为相对位置，在本实施例中，从左至右依次为开关箱2和热换装置4。

第二种：

冷却铜管18包括多排并均匀布置于壳体内，冷却铜管18的方向为从上而下，壳体内还包括底部引水通道和顶部引水通道，底部引水通道又分为左、右两个彼此相互隔离的通道，分别与进水口和出水口连接，并与冷却铜管18连接，将冷却水引进冷却铜管18并在冷却铜管18内流动。顶部的引水通道单纯为通水用。冷却水的流向为：冷却水从底部进水口进入底部引水通道进入一部分冷却铜管18，经顶部引水通道后，进入另一部分冷却铜管18，最后从出水口流出。

为了在冷却铜管18发生爆管时能及时检测，热换装置4还包括压力检测器，用于检测管道压力，并达到及时报警的目的，压力检测器与外部的中控连接向中控传输压力数据，当压力超过预设阈值时报警。

本实施例中，压力检测器设于冷却铜管18上，也可设于外接的水管上。

本发明的工作过程如下：

来自定子基座风洞的热空气通过开关箱2，此时开关导叶17相互不连接，开关装置打开，在开关导叶17的导向下，进入热换装置4，与带翘片的冷却铜管18交换热量，实现热空气降温，带翘片的冷却铜管18的热量由冷却水经出水口流出排向尾水，每次空冷设备检修后，在充水阶段，应打开第一排气装置13。

实施例2：

如图7-12所示，与实施例1不同的是，本实施例的一种防爆空冷设备包括顺次连接的开关箱2、水箱式冷却阻挡装置3和热换装置4。

其中，开关箱2和热换装置4的结构设计与实施例1相同，本实施例增加水箱式冷却阻挡装置3，一方面使本空冷设备包括两级冷却机构，冷却阻挡装置3作为第一级冷却机构，热换装置4作为第二级冷却机构，水箱式冷却阻挡装置3增加了冷却的速度和效果；另一方面水箱式冷却阻挡装置3还可以阻挡爆管时水流的强大冲击力，使水流失去动力，给关闭气流通道提供了充足的时间，并使水流不流入定子基座，确保万无一失。

水箱式冷却阻挡装置3包括壳体，壳体的相对两侧均开口，一侧与开关箱2的箱体连通且另一侧与热换装置4的壳体连通。水箱式冷却阻挡装置3还包括交错设置于壳体内的冷却水箱7，以及设于冷却水箱7正下方的集水箱9。

水箱式冷却阻挡装置3的壳体上设有进水口和出水口，冷却水箱7的一端与进水口连通且另一端与出水口连通，在本实施例中，进水口还连接有第二进水法兰8，出水口还连接有第二出水法兰6，法兰方便与外接水管连接。

为了在设备修后充水时排除冷却水箱7内的气体，该进水口或出水口还连接有第二排气装置5，本实施例中，第二排气装置5设在出水口处，出水口处可连接一个三通管，将出水口、第二出水法兰6和第二排气装置5相互连通。

第二出水法兰6、第二进水法兰8和第二排气装置5均设于壳体的前侧，方便操作。

冷却水箱7从左到右交错设置，目的是削减水流的冲击力，使水失去动力。冷却水箱7的左侧为开关箱2且右侧为热换装置4，在本实施例中，至少包括交错设置的两竖排冷却水箱7，冷却水箱7的设置方向为从前到后，即冷却水箱7的设置方向始终与空气流入的方向垂直且与水流流入的方向垂直，图9中标记的是气体流入的流动方向，水流流入的流动方向则相反。

壳体内还包括辅助引水管，该辅助引水管分别与进水口和出水口连接，并与冷却水箱7连接，将冷却水引进冷却水箱7并在冷却水箱7内流动。

为了增加阻挡效果并增加引导空气的效果，冷却水箱7的一侧为弧形且相对的另一侧为直线型，由弧形的一侧过渡到直线型的另一侧而一次成型，弧形的一侧面向开关箱2为迎风侧且直线型的一侧面向热换装置4为背风侧或迎水侧，冷却水箱7弧形的一侧起到气体导向的作用，而另一侧则起到阻挡水流的作用。

冷却水箱7的上侧、下侧和背风侧表面设有翘片，目的是为了增大接触面积，使热空气与冷却水箱7充分接触交换热量。冷却水箱7的壁厚不小于5mm。

设于冷却水箱7正下方的集水箱9则起到集水的作用，喷射在冷却水箱7上的水因失去动力后滴入下方的集水箱。

为了检测集水箱9中的水位，集水箱9内设有漏水检测装置10，集水箱9中的水位上涨到设计高度时，漏水检测装置10发出报警，操作开关箱2电机15驱动开关导叶17关闭气流通道，同时通过监控系统向中控人员报警。

集水箱9安装有相互交错的挡板，避免漏水检测装置10被水淋湿。

集水箱9的底部设有排水堵头16，可排出集水箱9的积水。

本实施例的工作过程为：

1、机组正常运行时，热交换过程说明。

来自定子基座风洞的热空气通过开关箱2，此时开关导叶17相互不连接，开关装置打开，在开关导叶17的导向下，热空气进入第一级冷却机构，即水箱式冷却阻挡装置3，与其内的冷却水箱7交换热量后，继续进入第二级冷却机构，即热换装置4，再次与带翘片的冷却铜管18交换热量，实现热空气降温，冷却水箱7和带翘片的冷却铜管18的热量由冷却水经出水口流出排向尾水，每次空冷设备检修后，在充水阶段，应打开第一排气装置13和第二排气装置5。

2、机组出现爆管(以迎风侧冷却铜管18爆管为例)，空冷设备实施保护过程说明。

当冷却铜管18发生爆管后，在风力作用下，大部分射出的水流向热换装置4的外侧喷出，另一部分水流往相反的方向喷涌，既定子侧，由于冷却水箱7设计时相互交错，向定子侧喷射的水流必然会撞击到冷却水箱7，此时水流将损失绝大部分动能，从而往下滴落到集水箱9，集水箱9的水位急速上升，淹没漏水检测装置10，漏水检测装置10立刻向开关箱控制机构发出关闭开关导叶17的信号，并向中控室发出漏水报警信号。

3、机组停机时的保护说明。

推荐各电站设置机组停机时，开关导叶17全关的程序。此时，开关箱2内的气流通道完全关闭，不管空冷设备处于什么状态，都不会造成水淹定子的重大事故。如若发生空冷设备爆管，水流运动与第2条说明相同。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防爆空冷设备，其特征在于：包括顺次连接的开关箱(2)和热换装置(4)，开关箱的一侧开口并与定子基座(1)连通且另一侧开口并与热换装置连通从而在开关箱的一侧至另一侧形成一个气流通道；

所述开关箱内设有用于阻挡气流通道的开关装置，且该开关装置连接有开关箱控制机构，开关箱控制机构包括中控和由中控控制的电机(15)；

所述热换装置包括壳体和设于壳体内部的冷却铜管(18)，壳体的一侧开口并与开关箱连通，在壳体上设有进水口和出水口，冷却铜管的一端与进水口连通且另一端与出水口连通。

2.根据权利要求1所述的一种防爆空冷设备，其特征在于：所述开关装置包括多个与电机的转轴连接的开关导叶(17)，相邻的开关导叶在电机的驱动下活动连接在一起，空冷设备正常工作时，相邻的开关导叶在电机的驱动下打开气流通道；在空冷设备发生爆管时，相邻的开关导叶在电机的驱动下关闭气流通道。

3.根据权利要求2所述的一种防爆空冷设备，其特征在于：所有所述开关导叶在电机的驱动下同步工作，且开关导叶在全开开度位与气流通道具有夹角，所有所述开关导叶呈“一字型”从上到下布置。

4.根据权利要求1所述的一种防爆空冷设备，其特征在于：所述冷却铜管表面设有翘片。

5.根据权利要求1所述的一种防爆空冷设备，其特征在于：所述进水口还连接有第一进水法兰(14)，出水口还连接有第一出水法兰(12)，进水口或出水口还连接有第一排气装置(13)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种防爆空冷设备，其特征在于：所述开关箱与热换装置之间还设有水箱式冷却阻挡装置(3)，所述水箱式冷却阻挡装置包括壳体和从开关箱至热换装置方向交错设置于该壳体内的冷却水箱(7)，该壳体的相对两侧均开口，一侧与开关箱的箱体连通且另一侧与热换装置的壳体连通；

所述水箱式冷却阻挡装置的壳体上设有进水口和出水口，冷却水箱的一端与该进水口连通且另一端与该出水口连通。

7.据权利要求6所述的一种防爆空冷设备，其特征在于：所述水箱式冷却阻挡装置的进水口还连接有第二进水法兰(8)且出水口还连接有第二出水法兰(6)，该进水口或出水口还连接有第二排气装置(5)。

8.据权利要求6所述的一种防爆空冷设备，其特征在于：所述冷却水箱的设置方向与空气流入的方向垂直且与水流流入的方向垂直。

9.据权利要求6所述的一种防爆空冷设备，其特征在于：所述冷却水箱的一侧为弧形且相对的另一侧为直线型，由弧形的一侧过渡到直线型的另一侧而一次成型，弧形的一侧面向开关箱为迎风侧且直线型的一侧面向热换装置为背风侧或迎水侧。

10.据权利要求6所述的一种防爆空冷设备，其特征在于：所述水箱式冷却阻挡装置还包括设于冷却水箱正下方的集水箱(9)，集水箱内设有漏水检测装置(10)，该漏水检测装置与开关箱控制机构通信连接，集水箱的底部设有排水堵头(16)。