本发明涉及一种发电机定子线棒热水流实验模拟装置及实验方法。
背景技术：
作为发电机最重要的组成部分之一，定子线棒的冷却一直是人们关注和研究的焦点。从最初的空气冷却、水内冷却再到氢气冷却，定子线棒的冷却方式经历了非常大的变化。由于水冷却方式的安全可靠以及高效便捷等诸多优点，在我省221台统调机组中，大部分发电机组定子线棒采用水内冷冷却方式，尤其是在主流的300MW、600MW、1000MW发电机组中。
水内冷发电机组有一整套水冷却系统，运行维护过程中需要重点监视冷却水的电导率和PH值、总进水压力和流量、定子绕组层间温度及绕组出水温度等数据，尤其是对水质有严格的控制标准。DL/T1164-2012《汽轮发电机运行导则》规定进入发电机空心铜导线的内冷水水质应符合：水质透明纯净，无机械混杂物，25℃时水的PH值为8.0-9.0，25℃时水的电导率为0.4us/cm～2us/cm，含铜量应不大于20ug/L。然而，由于部分电厂区域环境和配套设置的不完善以及机组运行维护水平的薄弱不足和重视程度不够，导致很难完全满足标准对内冷水水质的诸多严苛要求，而电导率的偏高或PH值的偏低会加速铜线棒的腐蚀以及氧化铜等沉淀物的含量增加，并随着时间的累积，逐渐附着在铜线棒内，无法被滤网滤除，导致线棒的堵塞，以致水流量下降和压力升高，定子线棒冷却效果无法满足要求，线棒的运行温度偏高甚至超过正常值，严重时会烧坏线棒导致机组停机。
采用发电机定子线棒热水流实验是在机组停机时不破坏水系统的情况下，分别加热定子线棒至均匀温度、将定子水系统冷却，最后通水冷却定子线棒，并读取线棒层间温度及出水温度等数据。通过进行此项实验，华电邹县、国电山东菏泽等电厂发现了线棒水流量异常的问题，并及时有效地进行了处理，但在其他一些电厂由于实验数据的区分度不足且缺乏权威的判断标准，无法给出明确的处理结论，使得该项实验遭到电厂诟病，影响其推广应用。因此，开展发电机定子线棒热水流实验的定量判据研究尤为重要。另一方面，现场实验涉及到电厂的汽机、电气、热工等多个班组，需要完成氢冷电机和辅汽加热等部分的DCS远动控制、定子进水和反冲洗等阀门的就地闭合操作、流量压力温度等关键数据的实时监视、定子出水温度和层间温度等实验数据的调取处理等多流程操作，单次实验耗时4至5小时，现场实验工作的复杂性较高。
技术实现要素：
本发明为了解决上述问题，提出了一种发电机定子线棒热水流实验模拟装置及实验方法，本发明通过设置独立的热水箱和冷水箱并配合水泵及加热装置，能够进行各种流量、温度条件的发电机热水流模拟实验，对于研究流量、环境温度、实验温差等因素对热水流实验的影响具有较强的操作性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种发电机定子线棒热水流实验模拟装置，包括定子线棒、热水回路、冷水回路、测温元件和数据采集器，其中，所述定子线棒进水端连接热水回路、冷水回路的出水口，所述定子线棒的出水管路连接主回路水泵，所述主回路水泵连接热水回路、冷水回路的进水口；
所述定子线棒的进水端设置有流量计，热水回路、冷水回路以及定子线棒的进水端和出水端均设置有测温元件，所述数据采集器获取所有测温元件以及流量计的测试值。
所述热水回路包括热水箱、加热装置、热水回路水泵和阀门，所述加热装置对热水箱进行加热，所述热水箱通过管路与定子线棒和主回路水泵连接，所述加热装置和热水箱的连接管路上设置有阀门与热水回路水泵。
所述冷水回路包括冷水箱和阀门，所述冷水箱通过管路与定子线棒和主回路水泵连接，所述管路上设置有阀门。
所述测温元件为热电偶。
所述定子线棒为内部无堵塞的单根发电机定子线棒。
所述热水箱和冷水箱的容积大于30L。
基于上述模拟装置的实验方法，包括以下步骤：
1)确定发电机定子线棒热水流实验流量与温差，并将流量和温度传输至数据采集器并读取；
2)开启热水回路水泵和阀门，将热水箱的水加热至设定温度；
3)关闭热水回路水泵和阀门，开启主回路水泵和阀门，调节循环水流量，用热水箱的热水加热定子线棒，直至定子线棒出水温度达到设定值；
4)关闭主回路水泵，切换阀门，开启主回路水泵，用冷水箱的冷水循环冷却定子线棒，直至定子线棒出水温度不再变化，实时存储温度和流量数据；
5)关闭主回路水泵和所有阀门，实验结束；
6)进行数据分析，确定下一组实验条件，重复步骤1)-5)。
本发明的有益效果为：
通过设置独立的热水箱和冷水箱并配合水泵及加热装置，本发明能够进行各种流量、温度条件的发电机热水流模拟实验，对于研究流量、环境温度、实验温差等因素对热水流实验的影响具有较强的操作性；
完全模拟现场实验，而实验操作简单便捷、中间过程少，实验安全可靠；数据采集精度和实时性高，实验数据实时显示，分析更加直观便利。
附图说明
图1为本发明发电机定子线棒热水流模拟实验装置示意图；
其中，1.定子线棒，2.热水箱，3.冷水箱，4.热水回路水泵，5.主回路水泵，6.加热装置，7.热水箱进水阀门，8.冷水箱进水阀门，9.热水箱出水阀门，10.冷水箱出水阀门，11.定子线棒出水阀门，12.热水回路阀门，13.热水箱测温元件，14.冷水箱测温元件，15.定子线棒进水测温元件，16.定子线棒出水测温元件，17.流量计，18.管路，19.高速数据采集仪。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种发电机定子线棒1热水流实验模拟装置，包括定子线棒1、连接水箱和定子线棒的管路18、水泵4和5、热水箱2和冷水箱3、水箱测温元件13和14、定子线棒测温元件15和16、流量计17、实时采集测量数据的高速数据采集仪19以及调节流向或流量的热水箱进水阀门7、冷水箱进水阀门8、热水箱出水阀门9、冷水箱出水阀门10、定子线棒出水阀门11、热水回路阀门12；
所述定子线棒通过水泵、管路和阀门与储水装置连接；所述储水装置包括一个冷水箱和一个热水箱，2个水箱容积大于30L；所述管路连接所有水回路，包括主回路和热水回路；所述水泵包括2个水泵，分别设在主回路和热水回路；所述加热装置为快速加热电器，用于将热水箱的水加热到一定温度；所述阀门设在水回路中，用于控制水回路的开关状态和流通方向；所述测量元件包括1个流量计和4个热电偶，用于测量水回路流量、冷水箱温度、热水箱温度、定子线棒进水温度、定子线棒出水温度；所述高速数据采集仪采集测量元件的5组数据并连接电脑进行分析。
所述定子线棒为经过清洗且其内部无堵塞的单根发电机定子线棒。
所述测量元件精度和灵敏度满足实验测量要求。
所述高速数据采集仪能够实时采集温度和流量数据，并具备存储功能。
本发明发电机4铁损实验装置的实验方法，具体步骤如下：
1)确定发电机定子线棒1热水流实验条件，即实验流量、实验温差等，将流量和温度数据传输至高速数据采集仪19并最终读取到电脑；
2)开启热水回路水泵4和阀门12，将热水箱2的水加热至设定温度；
3)关闭热水回路水泵4和阀门12，开启主回路水泵5和阀门7、阀门9、阀门11，调节循环水流量，用热水箱2的热水加热定子线棒1，直至定子线棒1出水温度达到设定值；
4)关闭主回路水泵5，关闭阀门7、阀门9，开启阀门8、阀门10，开启主回路水泵5，用冷水箱3的凉水循环冷却定子线棒1，直至定子线棒1出水温度不再变化，实时存储温度和流量数据；
5)关闭主回路水泵5和所有热水箱进水阀门7、冷水箱进水阀门8、热水箱出水阀门9、冷水箱出水阀门10、定子线棒出水阀门11、热水回路阀门12，拆除接线，实验结束；
6)进行数据分析，确定下一组实验条件，重复以上步骤。
本发明的工作原理:
基于发电机定子线棒热水流实验在电厂开展过程中具有较大的复杂性以致不利于进行深入地实验研究，主要设计了一套模拟实验装置，设置独立的热水箱2和冷水箱3分别向定子线棒1提供实验循环水，热水箱2的温度控制通过加热装置6、热水回路水泵4、热水回路阀门12实现，定子线棒1与热水箱2及冷水箱3间的管路18通过水泵5进行通流，各组实验数据通过高速数据采集仪19实时传输至电脑终端以便分析，阀门间的开启关闭在各实验步骤中操作，所有实验过程均为就地操作，完全模拟现场实验，简单便捷实时高效，对于深入研究流量、环境温度、温差等实验因素对实验效果和稳定性的研究以及形成科学实用的实验体系及判据具有十分重要的意义。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。