水氫氫冷發(fā)電機(jī)原理及運(yùn)行維護(hù)

陳偉東

摘 要：水氫氫冷發(fā)電機(jī)是采用氫氣置換發(fā)電機(jī)內(nèi)的其他介質(zhì)，以有控制地向發(fā)電機(jī)內(nèi)部輸送氫氣，保持機(jī)內(nèi)氫氣壓力穩(wěn)定進(jìn)行持續(xù)的發(fā)電，相比其他的置換物質(zhì)，氫氣具有先天性的一些優(yōu)點(diǎn)。文章通過分析其優(yōu)點(diǎn)，主要梳理了水氫氫冷發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理以及運(yùn)行情況，以期為發(fā)電機(jī)的操作和維修打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：水氫氫冷發(fā)電機(jī)；原理；運(yùn)行

中圖分類號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）18-0111-02

水氫氫冷發(fā)電機(jī)作為一種新型的供油發(fā)電機(jī)冷卻方式，在其推出以后不但實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的革新而且產(chǎn)生了較為顯著效果。作為水氫氫冷發(fā)電機(jī)，由于氫氣具有較大的熱傳導(dǎo)效應(yīng)，比以前發(fā)電機(jī)的容量大大提高，但是體積減少；同時(shí)由于氫氣相比其他傳導(dǎo)物質(zhì)，密度較小，所以很大程度上減少了因摩擦發(fā)熱而造成的熱量損耗，大大提高了發(fā)電機(jī)的效能。此外，氫氣作為一種較好的絕緣物質(zhì)，運(yùn)行中只產(chǎn)生較為微弱的電離現(xiàn)象，延長發(fā)電機(jī)的使用壽命。隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)的增加以及綠色生活理念的提出，氫氣作為一種環(huán)保物質(zhì)在被推廣使用時(shí)，也更加符合安全環(huán)保的理念。

1 水氫氫冷發(fā)電機(jī)原理

1.1 氫氣系統(tǒng)原理

水氫氫冷發(fā)電機(jī)的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子全部通過氫氣進(jìn)行冷卻，而通過試驗(yàn)的運(yùn)行情況說明：

①發(fā)電機(jī)通風(fēng)過程中熱量損耗高低受到冷卻介質(zhì)質(zhì)量大小的影響。對(duì)于性質(zhì)相似的介質(zhì)來說，質(zhì)量越輕造成的損耗越小。而在氣相介質(zhì)中，氫氣作為密度最小的氣體，滿足上述條件非常有利于損耗的降低。

②同時(shí)考慮另外一個(gè)指標(biāo)，熱傳導(dǎo)系數(shù)來說，氫氣是空氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)的將1.5倍，具有非常顯著的換熱能力。

③氫氣具有良好的絕緣性能，同時(shí)經(jīng)過技術(shù)的革新與發(fā)展也具備了較為成熟的控制技術(shù)。

1.2 鐵芯和轉(zhuǎn)子的氫氣冷卻原理

轉(zhuǎn)子的冷卻結(jié)構(gòu)采取的是氣隙取氣斜流式的通風(fēng)形式，在轉(zhuǎn)子的表面槽楔上面同時(shí)由進(jìn)氣口、排氣口，此外，在轉(zhuǎn)子的繞組上面也開通了通風(fēng)孔，通過組裝在固化以后形成了斜流式的通風(fēng)路徑。這樣，氣體能夠通過一組斜槽沿著轉(zhuǎn)子表面，繼而可以進(jìn)入槽底，最后，通過另外一組斜流失通道返回到氣隙中，具體的運(yùn)行圖，如圖1所示。

鐵芯和轉(zhuǎn)子的冷卻通道通常都會(huì)設(shè)計(jì)成多進(jìn)、多出結(jié)構(gòu)，使用軸向與徑向的氣隙隔板，這樣可以讓氣體隔離成為冷和熱兩個(gè)區(qū)域，通過兩個(gè)區(qū)域可以同時(shí)抑制過冷或者過熱風(fēng)的進(jìn)入，從而使得沿轉(zhuǎn)子軸向的溫度分布比較均勻，整體分布，如圖2所示。

在上圖中氫氣經(jīng)風(fēng)扇升壓后進(jìn)入轉(zhuǎn)子與鐵芯的冷卻通道，換熱后進(jìn)入氫氣冷卻器進(jìn)行降溫，再進(jìn)入風(fēng)扇，開始下一循環(huán)。

2 水氫氫冷發(fā)電機(jī)的運(yùn)行

2.1 氫氣系統(tǒng)的運(yùn)行控制

設(shè)計(jì)機(jī)內(nèi)部壓力是414 kPa，通常都會(huì)控制在380～400 kPa之間。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的過程中，氫氣會(huì)通過密封油系統(tǒng)或者因其它的不嚴(yán)密裝置而泄漏出去，所以需要不斷重復(fù)補(bǔ)充氫氣的操作以維持正常的氣壓數(shù)值，在這個(gè)過程中補(bǔ)充的氫氣來自于制氫站。在正常的運(yùn)行過程中，也會(huì)采用氫氣檢漏儀在發(fā)電機(jī)氫氣等有關(guān)區(qū)域進(jìn)行檢漏。

2.2 發(fā)電機(jī)充氫運(yùn)行

當(dāng)空氣和氫氣進(jìn)行混合的時(shí)候，當(dāng)氫氣的比例達(dá)到一定程度的時(shí)候，極易形成爆炸氣體，通常在氫氣的含量在4%～74%的時(shí)候形成，所以在沖入氫氣的環(huán)節(jié)中，首先要其他的氣體置換空氣，避免氫氣和空氣的接觸。

置換氣體可以使用氮?dú)?、二氧化碳或者其他的惰性氣體，在充氣的過程中必須經(jīng)過嚴(yán)格的氣體含量檢測(cè)，當(dāng)其他置換氣體的濃度達(dá)到96%或者以上的時(shí)候，才能進(jìn)行充氫的操作，之后用氫氣逐漸替換所采用的置換介質(zhì)。

充氫之前，首先使用氮?dú)饣蛘叨趸嫉戎虚g介質(zhì)排除管路系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)內(nèi)的空氣。這個(gè)過程當(dāng)中需要的置換氣體是管道與發(fā)電機(jī)整個(gè)容積的2～2.5倍，因此需要?dú)錃獯蠹s是2～3倍。在發(fā)電機(jī)內(nèi)部的氣體由氫氣狀態(tài)置換回到空氣狀態(tài)的時(shí)候，可以重復(fù)進(jìn)行上述類似過程，首先往發(fā)電機(jī)中引入需要中間置換的氣體排除氫氣，同時(shí)當(dāng)中間置換氣體的含量超過96%的時(shí)候，引進(jìn)空氣重復(fù)上述操作以排除中間氣體。

此外，當(dāng)中間置換氣體的含量低于14%后，這時(shí)就可以可停止排氣。在這個(gè)過程當(dāng)中，需要的氣體的含量大約是管道和發(fā)電機(jī)整體容積的1.5～2倍左右。

在發(fā)電機(jī)機(jī)組啟動(dòng)之前，首先要向發(fā)電機(jī)內(nèi)部充進(jìn)20～30 kPa經(jīng)過被壓縮的空氣以后，這時(shí)投入到密封的油系統(tǒng)當(dāng)中，之后使用二氧化碳瓶來提供高度壓縮的氣體，通過發(fā)電機(jī)的機(jī)殼下邊引入，以驅(qū)出發(fā)電機(jī)內(nèi)部的空氣，如果從發(fā)電機(jī)的機(jī)殼的頂部來提供，這樣使用氫管的氣體采取在死角處不容易流動(dòng)的特點(diǎn)來檢驗(yàn)二氧化碳的含量，在其容積比超過86%以后，可以停止填充二氧化碳，在這個(gè)過程中仍然需要保證氣體壓力維持穩(wěn)定值。在開始填充氫氣的時(shí)候，氫氣經(jīng)供氫裝置進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)頂部的匯流管向下驅(qū)趕二氧化碳。

當(dāng)從底部原二氧化碳母管和氣體不易流動(dòng)的死區(qū)取樣檢驗(yàn)，當(dāng)氫氣純度高于96%、氧含量低于2%時(shí)，停止排氣，并升壓到工作氫壓。升壓速度不可太快，以免引起靜電。

3 結(jié) 語

本文以水氫氫冷發(fā)電機(jī)組為研究對(duì)象，介紹了氫氣冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)，主要基于氫氣和其他介質(zhì)相比的一系列物理性能的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析探討；其次介紹了水氫氫冷發(fā)電機(jī)原理，主要包括氫氣系統(tǒng)原理與鐵芯和轉(zhuǎn)子的氫氣冷卻原理兩個(gè)方面；最后描述了水氫氫冷發(fā)電機(jī)運(yùn)行，集中研究氫氣系統(tǒng)的運(yùn)行控制以及發(fā)電機(jī)的充氫運(yùn)行模式。

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