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第一章冷却技术与大型电机的发展1

1.1 大型电机冷却技术的重要性1

1.2 大型电机冷却技术的发展历史与现状4

1.2.1 汽轮发电机4

1.2.2 水轮发电机8

1.2.3 大型交、直流电机10

1.3 电机冷却方式适用范围的划分14

参考文献16

第二章电机发热与冷却的基本问题18

2.1 电机的热源——损耗及其分布18

2.1.1 电机中各种损耗的分布比例22

2.2 电机的温升极限24

2.3 各种冷却介质的性能和冷却特点24

2.3.1 气体冷却介质25

2.3.2 液体冷却介质27

2.3.3 水流动摩擦引起的铜线磨损29

2.3.4 水冷转子绕组中的离心水压30

2.3.5 蒸发冷却所用介质31

2.4 冷却方式对电机技术参数的影响31

2.4.1 空气和氢冷汽轮发电机的对比32

2.4.2 氢冷与液（水）冷的技术参数36

2.4.3 水轮发电机不同冷却方式的技术经济性能38

2.5 电机发热对电工材料的影响43

2.5.1 电机发热与绝缘寿命43

2.5.2 电机发热与金属强度和硬度的关系44

2.6 环境温度对大型电机温升的影响45

2.7 海拔高度对大型电机温升的影响54

参考文献57

第三章流体力学基本原理及其在电机中的应用58

3.1 流体的主要物理性质58

3.1.1 重度与密度58

3.1.2 流体的粘性60

3.1.3 流体的比热63

3.2 流体力学的一些基本概念65

3.2.1 连续性方程式65

3.2.2 伯努利方程及其应用66

3.2.3 帕斯卡定律和压力连通器67

3.3 管内流动的型态及其特征67

3.3.1 水力直径68

3.3.2 流动附面层和温度（热）附面层68

3.3.3 流动起始段和热起始段69

3.4 沿程阻力和沿程阻力系数（流体摩擦阻力系数）72

3.5 局部阻力和局部阻力系数76

3.5.1 局部阻力系数汇编76

3.5.2 管束阻力（交流电机中光滑管束冷却器用的管束）92

3.5.3 旋转体内的流动阻力系数94

3.6 研究流体运动和热传递的两种方法96

3.6.1 数学解析法96

3.6.2 相似方法和相似准则98

3.7 电机通风模型的研究103

3.7.1 （空气）通风模型的特点103

3.7.2 电机通风模型的设计104

3.7.3 模型动力相似的实现和参数换算105

3.7.4 水模型的一些特点106

3.7.5 局部模拟107

3.8 热虹吸（压力）效应110

3.9 电机通风系统（流体网络）的计算方法112

3.9.1 通风系统的组成和简单风路计算112

3.9.2 等效风路的迭代逼近计算116

3.9.3 用电子计算机解流体网络119

3.9.4 多支路分流回路的解算方法128

参考文献135

第四章传热学原理及其在电机中的应用136

4.1 热传导和傅里叶定律136

4.1.1 导热系数137

4.1.2 平面壁导热144

4.1.3 圆筒壁导热146

4.2 对流热交换和牛顿放热定律147

4.2.1 自然对流放热147

4.2.2 管内强迫流动的放热149

4.3 热辐射和斯蒂芬-玻耳兹曼定律149

4.4 综合热传递150

4.4.1 平面壁的稳定传热150

4.4.2 圆筒壁传热151

4.4.3 肋化壁和肋化管传热152

4.4.4 长杆传热153

4.4.5 有限长杆传热155

4.5 传热热阻155

4.6 接触热阻156

4.7 具有内部热源的物体-维导热数值解析157

4.7.1 铜排的轴向导热157

4.7.2 具有内部热源的圆柱体,从外表面散热时的温度分布159

4.7.3 具有内部热源圆筒体的温度分布159

4.8 电机各部分的放热系数162

4.8.1 自然放热162

4.8.2 旋转柱（筒）表面的放热系数163

4.8.3 平面壁放热164

4.8.4 空气掠过圆筒（柱）面时的放热系数165

4.8.5 管内流动放热165

4.8.6 定子槽口副槽的放热系数166

4.8.7 径向通风沟内的放热系数166

4.8.8 电机气隙放热系数168

4.8.9 环状沟的放热系数168

4.8.10 旋转管道内的放热系数169

4.8.11 同步电机转子磁极线圈的放热系数170

4.8.12 定、转子绕组端部放热系数171

4.8.13 直流电机各部分的放热系数171

4.8.14 其他一些部件的放热系数173

4.9 电机温升计算的常规方法——热等效线路法173

4.10 电机定子温度分布的数学解析176

4.10.1 不考虑铜与铁之间的热交换时的定子线圈温度分布177

4.10.2 考虑铜与铁之间热交换时的定子线圈温度分布180

4.10.3 考虑铜与铁之间的热交换，但把铁心内圆也当成整体相连（即认为定子是全封闭槽）183

4.11 电子计算机在电机热计算中的应用185

4.11.1 差分法的应用185

4.11.2 二维稳定导热的数值解法189

4.12 电机的不稳定温升196

4.12.1 一个均质发热体的不稳定温升196

4.12.2 两个均质发热体（铜和铁）的不稳定温升199

4.13 不稳定导热203

参考文献208

第五章采用空气冷却的汽轮发电机209

5.1 我国空气冷却汽轮发电机（简称空冷汽轮发电机）发展简史和主要特点209

5.2 空冷汽轮发电机的通风系统211

5.2.1 概述211

5.2.2 通风系统的分类211

5.2.3 国产主要系列产品通风结构的特点及其他213

5.2.4 空冷汽轮发电机的改进措施220

5.3 空冷汽轮发电机的通风计算及温升计算222

5.3.1 电机总风量及其通风损耗222

5.3.2 通风计算实例225

5.3.3 空冷汽轮发电机的热计算237

5.4 空冷汽轮发电机的发展趋向248

参考文献249

第六章采用氢气冷却的汽轮发电机250

6.1 氢冷汽轮发电机的特点250

6.1.1 氢冷电机的温升250

6.1.2 氢冷电机的通风损耗251

6.1.3 氢冷电机中绝缘的寿命253

6.1.4 氢冷电机机座防爆结构和密封253

6.2 氢气表面冷却（氢外冷）255

6.3 氢气直接冷却（氢内冷）256

6.3.1 定子氢内冷及通风结构257

6.3.2 转子氢内冷及常见的转子氢内冷系统258

6.3.3 气隙取气斜流通风转子氢内冷系统及结构259

6.3.4 气隙取气斜流冷却系统的特点263

6.3.5 气隙取气 、横向风沟转子内冷通风系统263

6.3.6 槽底副槽气体冷却系统265

6.3.7 转子轴向进气式内部气体冷却系统266

6.3.8 转子绕组端部的冷却267

6.3.9 气隙隔板的应用269

6.4 全部采用氢气冷却的汽轮发电机（全氢冷汽轮发电机）274

6.5 氢内冷电机的通风计算276

6.5.1 定子绕组的通风计算276

6.5.2 转子绕组的通风计算277

6.6 氢内冷电机的热计算279

6.6.1 定子线圈的温升279

6.6.2 转子线圈的温升281

参考文献281

第七章采用水冷却的汽轮发电机282

7.1 概论282

7.2 定子线圈水冷的主要结构和特点282

7.2.1 定子线圈用水冷却282

7.2.2 定子线圈的水路系统284

7.2.3 水内冷定子线圈用的联接元件286

7.3 转子励磁绕组用水冷却288

7.3.1 转子励磁绕组用水冷却的特点288

7.3.2 水冷转子的水路系统290

7.3.3 水冷转子的主要构件及其特点291

7.4 水冷汽轮发电机的特殊要求及有关特性分析295

7.4.1 水质问题295

7.5 水冷电机的金属腐蚀300

7.6 水冷线圈流阻及水冷转子绕组内水的流动303

7.6.1 水冷线圈的流阻计算303

7.6.2 水冷转子绕组内部水的流动305

7.7 水冷线圈的温升计算309

7.7.1 稳态情况下水冷线圈的温升计算309

7.7.2 水冷线圈不稳定温升的计算314

7.8 水冷定子线圈和转子线圈水流支路长度的选择317

7.9 定、转子线圈水冷、铁心空冷，或简称水-水-空冷却的汽轮发电机318

7.9.1 水-水-空汽轮发电机的基本特点318

7.9.2 双水内冷汽轮发电机典型结构321

7.9.3 水-水-空汽轮发电机的适用范围322

7.9.4 采用空气冷却铁心及其结构件的通风系统324

7.9.5 定子端部发热的改善327

7.9.6 水-水-空冷却的汽轮发电机定子铁心的热计算331

7.9.7 定子齿压指的损耗和温升342

7.10 全水冷（或全液体冷却）汽轮发电机的发展343

7.10.1 概述343

7.10.2 全水冷汽轮发电机的典型结构344

7.10.3 全水冷电机定子铁心和端部的冷却方法351

7.10.4 全水冷电机的展望352

参考文献354

第八章采用水、氢冷却及油、氢和油、水冷却的汽轮发电机355

8.1 采用两种介质冷却同一台电机355

8.2 采用水-氢冷却的汽轮发电机——水-氢-氢冷却的汽轮发电机355

8.2.1 水-氢-氢汽轮发电机发展概况355

8.2.2 水-氢-氢汽轮发电机的特点356

8.2.3 水-氢-氢汽轮发电机的结构357

8.2.4 气隙取气斜流通风转子氢内冷系统358

8.2.5 采用转子槽底副槽径向交替通风氢内冷系统的汽轮发电机359

8.2.6 采用横向密集沟通风氢内冷系统的汽轮发电机360

8.2.7 应用气隙隔板的水 - 氢 - 氢汽轮发电机361

8.3 采用水、氢冷却的汽轮发电机——水-水-氢汽轮发电机362

8.3.1 水-水-氢汽轮发电机的特点和发展概况362

8.3.2 水-水-氢汽轮发电机的典型设计简介364

8.3.3 水-水-氢汽轮发电机的试验研究367

8.4 汽轮发电机采用油、水或油、氢冷却375

8.4.1 概述375

8.4.2 油、氢冷汽轮发电机375

8.5 油、水冷汽轮发电机378

参考文献380

第九章水轮发电机的发热与冷却381

9.1 典型的水轮发电机通风系统（空气冷却）381

9.1.1 通风系统的分类381

9.1.2 国内外水轮发电机典型通风系统风路图382

9.1.3 典型通风系统风路简介383

9.2 水轮发电机通风系统的主要问题385

9.2.1 定子有效段风沟风速沿轴向的分配385

9.2.2 上、下端环孔或侧孔的设置对端部线圈的冷却作用及对端腔压头的影响387

9.2.3 转子支架寄生涡流的形成及支架盖板的设计388

9.2.4 定子机架水平挡风板的设置及其作用391

9.3 水轮发电机风扇的配置及无风扇通风系统392

9.3.1 风扇的配置及其作用392

9.3.2 无风扇运行的可行性及其条件394

9.3.3 无风扇通风系统实例395

9.4 水轮发电机的通风损耗396

9.4.1 通风损耗的形成396

9.4.2 通风损耗的计算397

9.4.3 用水力模型研究水轮发电机的通风损耗399

9.5 水轮发电机的通风计算401

9.5.1 通风计算的目的401

9.5.2 电机产生风量的简易计算402

9.5.3 总压头、总风量的详细计算——图解法406

9.5.4 图解法计算实例417

9.6 水轮发电机的热计算425

9.6.1 水轮发电机的热源425

9.6.2 典型通风系统方式下损耗热的导散426

9.6.3 简化热计算427

9.6.4 热等值线路图解法计算电机的温升430

9.6.5 改善电机温升的途径440

9.6.6 改进发热不均匀性的措施442

9.6.7 汇流排的发热与冷却443

9.7 全水冷水轮发电机445

9.7.1 水冷水轮发电机的主要特点445

9.7.2 水冷水轮发电机的主要结构447

9.7.3 水冷水轮发电机定子的流量与热计算454

9.7.4 水内冷水轮发电机运行情况实例457

9.8 采用半水冷冷却方式的水轮发电机458

9.8.1 半水冷方式的涵意458

9.8.2 转子强迫空冷的结构459

9.8.3 转子内部强迫通风的流量和热计算462

9.9 贯流式水轮发电机的发热与冷却464

9.9.1 概述464

9.9.2 灯泡式水轮发电机的特点465

9.9.3 灯泡式电机的冷却系统468

9.9.4 灯泡式电机采用水内冷冷却方式474

参考文献475

第十章大型交、直流电机和调相机的发热与冷却476

10.1 交流电机的冷却476

10.1.1 大型同步电动机的通风冷却476

10.1.2 大型凸极同步电机的通风冷却477

10.1.3 内部强迫通风在凸极电机中的应用479

10.2 大型异步电机的通风冷却482

10.2.1 典型通风系统482

10.2.2 风路的合理组合型式484

10.3 同步调相机的通风冷却486

10.3.1 调相机冷却方式的选择486

10.3.2 空气冷却的同步调相机487

10.3.3 氢气冷却的同步调相机487

10.3.4 空冷或氢冷调相机转子绕组的冷却方式488

10.3.5 调相机的损耗与温升488

10.4 直流电机的冷却491

10.4.1 直流电机的冷却方式491

10.4.2 直流电机的通风系统492

10.4.3 通风系统计算要点494

10.4.4 通风温升检测系统499

参考文献499

第十一章蒸发冷却及其在电机中的应用500

11.1 蒸发冷却的原理500

11.1.1 一般概念与分类500

11.2 管道内冷式蒸发冷却500

11.2.1 管道内冷式蒸发冷却的基本原理500

11.2.2 管内蒸发冷却的汽液两相流动503

11.2.3 管内蒸发冷却循环计算510

11.3 浸润式蒸发冷却512

11.3.1 浸润式蒸发冷却原理512

11.3.2 浸润式蒸发冷却的传热问题513

11.3.3 浸润式蒸发冷却的绝缘516

11.4 转子开放式管道型蒸发冷却517

11.5 蒸发冷却介质519

11.6 蒸发冷却电机的冷凝器521

11.7 蒸发冷却电机的展望525

11.7.1 国外研究蒸发冷却电机的概况525

11.7.2 我国研究蒸发冷却电机的概况528

11.7.3 初步技术经济分析与发展前景展望529

参考文献530

第十二章风扇和冷却器532

12.1 风扇532

12.1.1 常规离心式风扇532

12.1.2 高压离心式风扇542

12.1.3 轴流式风扇545

12.2 冷却器559

12.2.1 冷却器热交换过程的理论分析559

12.2.2 冷却器的设计与计算方法563

12.2.3 空气冷却器的主要参数和几种典型结构567

12.2.4 浑水冷却器散热系数的实验研究576

12.2.5 气体-气体冷却器578

参考文献580

第十三章电机发热与冷却的测量技术581

13.1 温度的概念和测量581

13.1.1 玻璃管液体温度计582

13.1.2 电阻型温度计582

13.1.3 热电偶温度计584

13.1.4 红外线温度测量仪585

13.2 风速（风量）测量587

13.2.1 测速管588

13.2.2 叶轮式风速计590

13.2.3 热电式风速仪591

13.2.4 热量流量计593

13.3 微压测量594

13.3.1 补偿式微压计595

13.3.2 倾斜式微压计596

13.4 电机转子温度的测量597

13.4.1 转子线圈平均温度的测量597

13.4.2 转子温度信号的滑环引出598

13.4.3 转子温度信号的无接触引出601

13.5 带电测量定子线圈温度603

13.5.1 带电测量定子线圈平均温度603

13.5.2 带电测量定子线圈局部温度605

参考文献605

附录一两种单位制的换算607

1.1 常用基本物理量的换算607

1.2 压力和应力的单位换算607

1.3 功、能量和热量的单位换算608

1.4 传热系数的单位换算608

1.5 导热系数的单位换算608

1.6 运动粘度的单位换算608

1.7 动力粘度的单位换算608

附录二国际冷却方式（IC）冷却回路609

2.1 第一位数字的具体含义609

2.2 第二位数字的具体含义610

附录三电机温升极限612

3.1 用空气间接冷却的电机的温升限值（K）（按国家标准 GB-755-87）612

3.2 氢外冷电机的温升限值（K）（按国家标准 GB-755-87）613

3.3 内冷式电机及其冷却介质温度限值（K）（按国家标准 GB-755-87）614

3.4 我国绝缘材料分类及其极限温度615

3.5 IEC-TC2（80年修订稿）空气间接冷却的电机温升极限值（K）615

附录四 由铜电阻变化求温度变化f=rh/rc=235+th/235+tc617

附录五电机常用材料的热膨胀系数618

附录六国内外大型及巨型汽轮发电机一览表619

6.1 国内外大型汽轮发电机主要技术数据表619

6.2 国外已制成的巨型汽轮发电机一览表622

附录七国内外大型水冷和水、空冷水轮发电机一览表623

附录八全国主要大型电机厂和研究所简介626

8.1 哈尔滨电机厂简介626

8.2 哈尔滨大电机研究所简介626

8.3 上海电机厂简介627

8.4 上海电机厂研究所简介628

8.5 东方电机厂简介628

8.6 四川东方大电机研究所简介629

8.7 北京重型电机厂简介629

8.8 中国科学院电工研究所电机（特种）研究室简介630