水氢氢冷发电机原理及运行维护

陈伟东

摘 要：水氢氢冷发电机是采用氢气置换发电机内的其他介质，以有控制地向发电机内部输送氢气，保持机内氢气压力稳定进行持续的发电，相比其他的置换物质，氢气具有先天性的一些优点。文章通过分析其优点，主要梳理了水氢氢冷发电机的发电原理以及运行情况，以期为发电机的操作和维修打下基础。

关键词：水氢氢冷发电机；原理；运行

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0111-02

水氢氢冷发电机作为一种新型的供油发电机冷却方式，在其推出以后不但实现了技术的革新而且产生了较为显著效果。作为水氢氢冷发电机，由于氢气具有较大的热传导效应，比以前发电机的容量大大提高，但是体积减少；同时由于氢气相比其他传导物质，密度较小，所以很大程度上减少了因摩擦发热而造成的热量损耗，大大提高了发电机的效能。此外，氢气作为一种较好的绝缘物质，运行中只产生较为微弱的电离现象，延长发电机的使用寿命。随着社会环保意识的增加以及绿色生活理念的提出，氢气作为一种环保物质在被推广使用时，也更加符合安全环保的理念。

1 水氢氢冷发电机原理

1.1 氢气系统原理

水氢氢冷发电机的定子铁芯和转子全部通过氢气进行冷却，而通过试验的运行情况说明：

①发电机通风过程中热量损耗高低受到冷却介质质量大小的影响。对于性质相似的介质来说，质量越轻造成的损耗越小。而在气相介质中，氢气作为密度最小的气体，满足上述条件非常有利于损耗的降低。

②同时考虑另外一个指标，热传导系数来说，氢气是空气的热传导系数的将1.5倍，具有非常显著的换热能力。

③氢气具有良好的绝缘性能，同时经过技术的革新与发展也具备了较为成熟的控制技术。

1.2 铁芯和转子的氢气冷却原理

转子的冷却结构采取的是气隙取气斜流式的通风形式，在转子的表面槽楔上面同时由进气口、排气口，此外，在转子的绕组上面也开通了通风孔，通过组装在固化以后形成了斜流式的通风路径。这样，气体能够通过一组斜槽沿着转子表面，继而可以进入槽底，最后，通过另外一组斜流失通道返回到气隙中，具体的运行图，如图1所示。

铁芯和转子的冷却通道通常都会设计成多进、多出结构，使用轴向与径向的气隙隔板，这样可以让气体隔离成为冷和热两个区域，通过两个区域可以同时抑制过冷或者过热风的进入，从而使得沿转子轴向的温度分布比较均匀，整体分布，如图2所示。

在上图中氢气经风扇升压后进入转子与铁芯的冷却通道，换热后进入氢气冷却器进行降温，再进入风扇，开始下一循环。

2 水氢氢冷发电机的运行

2.1 氢气系统的运行控制

设计机内部压力是414 kPa，通常都会控制在380～400 kPa之间。发电机在运行的过程中，氢气会通过密封油系统或者因其它的不严密装置而泄漏出去，所以需要不断重复补充氢气的操作以维持正常的气压数值，在这个过程中补充的氢气来自于制氢站。在正常的运行过程中，也会采用氢气检漏仪在发电机氢气等有关区域进行检漏。

2.2 发电机充氢运行

当空气和氢气进行混合的时候，当氢气的比例达到一定程度的时候，极易形成爆炸气体，通常在氢气的含量在4%～74%的时候形成，所以在冲入氢气的环节中，首先要其他的气体置换空气，避免氢气和空气的接触。

置换气体可以使用氮气、二氧化碳或者其他的惰性气体，在充气的过程中必须经过严格的气体含量检测，当其他置换气体的浓度达到96%或者以上的时候，才能进行充氢的操作，之后用氢气逐渐替换所采用的置换介质。

充氢之前，首先使用氮气或者二氧化碳等中间介质排除管路系统以及发电机内的空气。这个过程当中需要的置换气体是管道与发电机整个容积的2～2.5倍，因此需要氢气大约是2～3倍。在发电机内部的气体由氢气状态置换回到空气状态的时候，可以重复进行上述类似过程，首先往发电机中引入需要中间置换的气体排除氢气，同时当中间置换气体的含量超过96%的时候，引进空气重复上述操作以排除中间气体。

此外，当中间置换气体的含量低于14%后，这时就可以可停止排气。在这个过程当中，需要的气体的含量大约是管道和发电机整体容积的1.5～2倍左右。

在发电机机组启动之前，首先要向发电机内部充进20～30 kPa经过被压缩的空气以后，这时投入到密封的油系统当中，之后使用二氧化碳瓶来提供高度压缩的气体，通过发电机的机壳下边引入，以驱出发电机内部的空气，如果从发电机的机壳的顶部来提供，这样使用氢管的气体采取在死角处不容易流动的特点来检验二氧化碳的含量，在其容积比超过86%以后，可以停止填充二氧化碳，在这个过程中仍然需要保证气体压力维持稳定值。在开始填充氢气的时候，氢气经供氢装置进入机壳内顶部的汇流管向下驱赶二氧化碳。

当从底部原二氧化碳母管和气体不易流动的死区取样检验，当氢气纯度高于96%、氧含量低于2%时，停止排气，并升压到工作氢压。升压速度不可太快，以免引起静电。

3 结 语

本文以水氢氢冷发电机组为研究对象，介绍了氢气冷却系统的特点，主要基于氢气和其他介质相比的一系列物理性能的优点进行分析探讨；其次介绍了水氢氢冷发电机原理，主要包括氢气系统原理与铁芯和转子的氢气冷却原理两个方面；最后描述了水氢氢冷发电机运行，集中研究氢气系统的运行控制以及发电机的充氢运行模式。

参考文献：

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