高压电机的应用前景
热管冷却技术的发明可以追溯到1942申请的美国专利，公布于1944。其实最早成功的应用是在1964的美国航天科技。随后，在各国科学界的努力下，热管技术在理论设计、制造技术和应用领域都取得了长足的进步。目前，热管作为一种成熟的冷却技术，已经广泛应用于许多工业领域。在我国，中科院力学所等单位在50年代就开始开展这项技术的研究工作，先后研制出各种热管。80年代后，国内更多单位参与热管技术的应用研究，在电子工业、空间技术、能源工程等领域得到成功应用。
热管在电机冷却技术中的应用已经提出很久了，也取得了一些成果，并开发出了一些容量相对较小的电机样机，但大部分工作还处于实验研究阶段，离实际生产应用还有很大距离。科研人员只提出了高压电机热管冷却器的可行性研究论文[1 >；，或者只是全面展望了热管技术在电机冷却方面的良好前景[2]:，但作为文献[2]；作者在十几年前的文章结论中说过，“热管在电机冷却中的应用还处于实验探索阶段，实验电机容量比较小。”要实现热管在电机冷却(尤其是大中型电机)方面的工业化应用，需要大量的理论研究和实验分析工作。“这个项目研发过程中，没有可以模仿的先例。依托电机设计制造的基础和热管技术在其他行业的成功应用经验，依托良乡电力修造厂强大的电机生产能力，我们自己走出了一条大中型电机冷却技术的新路。
因此，我们对热管冷却技术在大中型高压电机上的应用进行了探索性的实验和应用。
2火力发电厂大中型高压电机应用热管技术的可行性
2.1传统管式冷却器存在的问题
目前大中型高压电机冷却器多采用管式水-空气或空气-空气结构。水-空气冷却器运行时，冷却水通入冷却管，电机内部的热空气在风压的作用下流经冷却管的外表面，与管内的冷却水进行热交换，从而对电机进行冷却。空气-空气冷却器的热交换原理与水-空气冷却器相同，只是冷却管中的冷却水变成了冷却空气。
如果采用空气对空气换热，即电机内的热空气被外部冷空气冷却，热空气出管，冷空气入管。主要问题是管内换热面积小，流动阻力大，冷却器笨重。
如果采用水-空气换热，电机内的热空气出管，冷却水进管。它最初的主要问题是:
◆冷却器使用的铜管要求高，否则会造成铜管脱锌腐蚀，导致漏水，漏进电机的水会对电机造成严重损坏；
◆对冷却水的要求高。如果水不干净或沉淀物容易堵塞管道，冷却器的维护量大，应定期对冷却器管道进行清洗和刷洗。一旦由于磨损导致水漏进电机，电机就会严重损坏。
◆由于水温低，容易看到局部管壁温度低于电机内空气的露点温度，空气中夹带冷凝水，会损坏电机的绝缘。
2.2使用热管空冷器的优点
热管冷却器在换热原理上与上述两种传统冷却器完全不同，它利用的是冷却介质状态变化时的热效应原理，即冷却介质由液态变为气态时需要吸热，由气态变为液态时需要放热。这是一种全新的冷却方式，为电机冷却开辟了新的途径。
热管冷却器代替传统的管式冷却器具有以下优点。
a)对于空气-空气热传递:
●利用热管的高传热性能，将冷风管内的传热转化为管外的传热，所以容易膨胀。
热交换面积，从而减少冷却器的体积和重量；
管外流动阻力低。
b)对于水-空气热传递:
●水不是在每根管子里流动，而是从热管流出到末端管子。只要隔板密封好，就可以防止水漏进电机；
●每个热管都是独立的传热元件。即使被水蚀损坏，水也不会漏到空侧，可以保证电机的安全运行。而且少数热管的故障不会对整个设备的性能产生任何影响。不像管式冷却器，一旦泄漏，必须停机处理；
●该设计便于调节热管表面温度，使其保持在循环空气的露点温度以上，避免空气中出现凝结水滴，保证对电机的绝缘要求。
2.3电机空冷器采用热管技术需要解决的问题
由于大型电机设备要求保证安全稳定运行，热管的设计和制造必须满足严格的可靠性要求。
热管冷却器在高压电机中应用的主要技术难点是热管类型、材料、工艺、尺寸等设计参数的计算和选择，在实际施工改造方面，要求对原电机管冷却器的空间进行改造，原则上冷却效果要优于原冷却器。同时要考虑控制生产成本等因素，尽可能省钱。
从目前热管技术的发展来看，无论是空气对空气的传热还是水对空气的传热，设计应该说是比较成熟的，工程设计参数也比较齐全。从我们对热管技术的掌握来看，可以选择的热管类型包括管材和工质，能够满足我们的设计要求。
为了保证电机长期可靠运行，热管材料和工质的选择以及制造工艺质量的检验都需要严格把关，不留质量隐患。
在冷却器的容量设计上，在冷却效果不低于原冷却器的前提下，容量仍有进一步扩大的空间，必要时可通过增加热管元件方便地达到增加冷却效果的目的。所以热管容量和结构尺寸的设计，对于具体型号的电机，要有一个相对准确具体的计算方案。
3热管冷却器
随着热管技术的发展，可利用的材料、工艺和设计参数已经比较完备。具体设计计算详见本课题研究报告，此处不再赘述。
热管冷却器采用铝轧制翅片管，其结构为分离式热管结构，更易于布置换热面。
分离式热管结构便于布置电机循环气流(热气流)和冷却空气(冷气流)的流道，也减少了穿过隔板的管道数量，有利于密封。
此外，热管冷却器是为冷热气流完全逆流换热而设计的，可以减少热管的使用数量。
在热管的质量保证方面，热管工质的选择要保证长寿命和安全性。当选用氨作为久经考验的工质时，氨和铝可以长期相容，工作温度范围也适合空冷器，其热工性能也很好。
4试验电机的选择和安装试验
根据良乡电力修造厂正常生产进度，热管冷却器选用三种不同型号的高压电机进行设计计算，分别为YMKQ600-6 650kW6kV高压电机、ymk 600-6 10 630 kw 10kV高压电机、YMKQ500-6 450kW6kV高压电机，分属三家不同的公司。
经过详细的论证和计算，我们在三台电机上安装了热管冷却器，取代了原来的管式冷却器。
由于一些客观原因，三个电机中的第一个电机没有进行型式试验，但后续用户反映电机运行良好，没有异常。后两种电机是同一型号专门制造的，只有冷却器是传统的管式冷却器，在北京重型机器厂进行包括性能考核在内的型式试验。四台电机的对比试验结果表明，电机的温升有所下降，但不是很明显。这是因为设计热管时为了控制测试成本，热管的容量与原冷却器容量接近，实际安装空间有一定的膨胀余量。如果有必要，可以增加热管的容量，使温度下降更多。
实际运行和性能测试结果表明，在高压电机上安装热管冷却器的技术改造方案是成功的。
5热管冷却器在电机冷却技术中的应用前景
与传统的管式空气-空气冷却器或水-空气冷却器相比，热管冷却器因其不同的换热原理而具有明显的优势。一是热交换效率高，二是相应的冷却器重量轻，成本低。同时不存在管道堵塞问题，减少了维护工作量。因为不用水，所以不存在漏水导致的电机故障，也非常有利于节约水资源。热管冷却器在高压电机上的首次成功应用表明，应用前景十分可观。
1)在大中型高压电机上更换传统的管式空空冷却器，可以提高冷却效果，延长电机的使用寿命，减少冷却系统的故障，从而提高电机的运行可靠性。
2)在大中型高压电机上更换传统的水空冷却器，可以节约大量的水资源，在我国北方缺水地区具有重要的经济价值和社会效益。
3)如果在大型发电机上更换传统的水空煤气(氢气或空气)冷却器，不仅可以降低发电机的温升，提高出力，还可以节约大量的水资源。
4)我们这次只开发了空空热管冷却器。未来如果开发水-空气热管冷却器，只需要冷却热管的冷端。这种热管冷却器的热端放在电机顶部，与电机内部的热空气进行热交换，而热管的冷端放在电机顶部或电机侧面，防止漏水造成电机故障。今后需要继续进行进一步的研究。
5)发电机冷却器的基本工作原理，无论是空气冷却器(如大部分水轮发电机和抽水蓄能发电-电机，全空冷汽轮发电机)还是氢气冷却器(如大部分大型汽轮发电机采用氢气冷却)，都与电机冷却器相同。虽然冷却器内部结构很多，但仍然属于传统的管式冷却器进行热交换。我们在电机方面的成功经验为下一步改造发电机冷却器打下了良好的基础。发电机冷却器的改造有望达到与电机类似的效果，如降低电机内部温升、降低冷却器故障概率、减少维护工作量、提高设备可靠性等。，其经济效益将极为可观。
6应用和效益分析
高压电机热管冷却器的应用单位主要是电厂等工业生产企业的电机维修部和电机生产厂家。由于该类电机数量众多，是各工业生产部门的关键动力设备，因此该项目应用对象广泛，应用前景广阔，经济和社会效益巨大。
与传统的管式冷却器相比，热管冷却器具有更高的换热效率、更轻的重量和更低的成本。同时不存在堵管问题，减少了维护工作量。因为不用水，所以不存在漏水导致的电机故障，也非常有利于节约水资源。因此，热管冷却器在高压电机上应用的经济效益是非常可观的。
1)在电厂大中型高压电机上替代传统的管式冷却器，可以改善机组的运行状况和可靠性，为电厂的持续安全发电带来良好的经济效益。通常发电设备非正常停机事故减少，避免的直接经济损失以百万元计算，间接经济损失更大。
2)在大中型高压电机上更换传统的水空冷却器，可以节约大量的水资源，在我国北方缺水地区具有重要的经济价值和社会效益。数据显示，单台电机节水可达38万吨/年[1 >；。
3)热管冷却器如果应用在大型发电机上，不仅可以降低发电机的温升，提高发电机的可靠性，还可以节约大量的水资源，其经济效益将十分可观。
我国电厂(暂不考虑其他工业部门)运行的带旧冷却器的高压电机有数千台，旧电机改造的应用前景十分广阔。同时，电力领域每年都有数百台高压电机新投产。据保守计算，每年改造或新生产的总量不少于500台。每台冷却器的产值按1.5万元到2万元计算，利润按20%计算，所以全年合计。
由于高压电机数量庞大，是各生产部门的关键动力设备，冷却器改造项目可带来改善设备运行条件、延长设备使用寿命、提高设备运行可靠性指标、节约工业用水等效益。虽然每一次电机改造的经济效益相对有限，但从整个部门、整个地区乃至全国来看，其创造的经济效益和社会效益都是极其可观的。此外，如果发电机冷却器的应用技术进一步开发成功，单台发电机上产生的经济效益将更加可观。
7结论
在高压电机中应用热管冷却器代替传统的管式冷却器，可以给电机运行性能和维护带来明显的好处。
首先，设计合适的热管冷却器可以降低电机的温升，改善运行状态，提高运行性能。其次，减少了冷却器的维护工作量，基本避免了水漏入电机的可能性，从而明显提高了电机的运行可靠性，这无疑具有重要的现实意义和广阔的工业应用前景，具有明显的社会效益和经济效益。
热管冷却器在高压电机中应用的主要技术难点是热管类型、材料、工艺、尺寸等设计参数的计算和选择，在实际施工改造中，要求对原电机管冷却器的空间进行改造，原则上冷却效果要优于原冷却器，同时要控制生产成本。热管容量设计留有一定余量，以供初步探索。
三台不同容量的高压电机的空气-空气热管冷却器的设计和安装是成功的。如果需要提高冷却器的冷却效果，可以多加几根热管解决。
根据空气-空气热管冷却器研发的成功经验，我们确信可以进一步开发电机用水-空气热管冷却器和汽轮发电机用水-空气热管冷却器，扩大热管冷却器在电厂电机设备中的应用范围。