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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+tc 617

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