基于電站空冷風機技術分析

摘 要：電站空冷技術，即電站汽輪機空冷凝汽器技術，由于空冷技術高效的節水效益而受到業界青睞。本文將從電站空冷選用的三種空冷系統性能比較出發，詳細介紹空冷風機的主要功能，并從風機葉型入手，對風機制造與運行中的關鍵技術進行分析，期望與同行分享一些自己的經驗。

關鍵詞：電站空冷；風機；關鍵技術分析

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 14-0000-01

隨著人們節能環保意識的提高，對于節水技術應用的需求越來越高，發電行業作為僅此于農業的用水行業，由于目前發電量節節攀升，電力行業日益增長的需求與水資源緊張成為行業發展中不容回避的問題。為了應對挑戰，電站空冷技術以其卓越的節水效益在全球范圍內迅速得到行業的青睞，目前空冷技術從設計、工藝與現場裝配都已經實現了標準化，但是由于其本身技術所限，還存在著一些問題。因此，本文將從電站空冷選用的三種空冷系統的性能比較出發，詳細介紹目前行業內主流應用的空冷風機，并對風機葉型等風機的關鍵技術進行分析與研究。

一、空冷系統性能特點

目前行業內主要應用的空氣冷卻系統有三種：直接空冷系統；采用表面式凝汽器的間接空冷系統（即哈蒙式）；采用混合式凝汽器的間接空冷系統（即海勒式）。這三種空冷技術都已經成功商業化，但是相對而言，直接空冷系統在全球范圍內發更快。在國內，山西大唐、漳山與大同裝備的皆是直接空冷系統。

海勒式間接空冷技術關鍵在于混合噴射式凝汽器，凝汽器出口處通過循環冷卻裝置將水輸送至空冷塔進行散熱交換，然后由水輪機輸送至噴射式凝汽器。其冷卻效率主要由空冷塔中冷卻水與空氣的對流換熱強度決定。

哈蒙式間接空冷將除鹽水代替冷卻水，并采用干冷塔與不銹鋼材質的凝汽器，此類冷卻水循環特性是密封性質。

而直接空冷系統是采用汽輪機將氣流排至空冷凝汽器，并通過風機將空氣輸送至散熱器表面，空氣液化成水。空冷系統冷卻效率很高，且占地面積比其他兩種空冷技術都小，設備簡單，易于調節。

從上述描述可以得出，目前空氣的換熱效率要大于冷卻水，而且在北方由于天氣原因，水溫比空氣溫度高的多，因此采用空冷比水冷可以大大節約能耗。

二、空冷風機葉型分析

采用直接空冷系統，與直接空冷凝汽器搭配使用的是低風壓大流量軸流通風機，而其中主要采用三種風機葉型：1.以豪登（Howden）公司為代表的機翼扭曲型等寬度（弦長）葉片；2.以意大利科菲姆科（Cofimco）公司為代表的機翼非扭曲型等寬度葉片；3.機翼與彎板襟翼組合構成的非扭曲不等寬度葉片。接下來我們將從葉型的氣動設計和制造等方面來具體進行分析。

（一）葉片扭曲與葉片寬度分析

通過葉片旋轉的速度分析，在不考慮旋流影響的情況下，葉片內側的氣流攻角一直小于外側角度，為了使葉片的升阻保持比較大的水平，提高空冷效率，必須使葉片扭曲，通過這樣的設計保證空冷風機的正常工作。

根據氣動方程，葉片寬度氣壓分布規律為： ，Wm為氣流的合成速度矢量，由于一定的風機設計，很多參數不變化。因此，只需考慮Cy與Wm變化，從上式可以看出葉片的寬度徑向方向為二次曲線變化，若Cy與Wm乘積不變時，則葉片設計為等寬度。

（二）葉型分析比較

豪登風機的葉片分為兩種，其中T型和E型葉片均采用機翼扭曲型邊寬度葉片，且扭曲都為二次曲線分布，但葉片寬度不同，E型為等寬度分布，分為三種等級，T型葉片為徑向變寬度，僅有一種規格。T型葉片可適應三種輪轂比，而E型為一種。在安裝時，T型葉片通過改變輪轂比、葉片數以及轉速來進行性能調節，而E型葉片可以通過改變葉片寬度、葉片數與轉速來進行性能調節。目前電站空冷風機中E型葉片應用比例更廣。

E型和T型葉片如此設計的好處有兩點.1.生產自動化。通過葉片結構的標準化，可以采用機械制造工藝來進行自動化生產。目前葉片的生產工藝主要采用熱壓或者拉擠成型方式，通過大批量制造降低產品生產成本，提高生產質量穩定性。2.節能環保。通過改變葉片轉速、合理安裝，可以大幅降低風機運行時產生的噪聲，通過減少葉片數也是降低噪聲的一種方法。

科菲姆科的葉型有五種類型，其共同點都是采用翼型結構，且葉片寬度一致非扭曲，成型工藝根據材料不同而不同，玻璃鋼采用拉擠成型，而鋁合金采用擠壓成型。通過前文分析，葉片為了保持升阻而盡量設計為扭曲，但該葉型由于是非扭曲結構，則需要通過調整葉片寬度來提高葉片的升力系數。通過調節葉片寬度，可以極大的改變葉片的運行狀況，此類設計思路應用范圍有限，僅適用于低風壓流量大的螺旋槳式軸流通風機。

三、國內空冷風機應用情況

國內目前開發的很多葉型還停留在HK系列產品，而國外已經經歷了兩代的產品更新換代，還存在著一定的差距。而國內直接空冷技術應用情況是大幅引進國外的空冷風機，包括前文提到的豪登和科菲姆科空冷風機，國外的風機產品在于其正確的適應了市場的規則，適時推出新產品來獲取更大利潤。

可以看到，目前國內的風機開發設計技術已經有了很大進步。在這樣的基礎上，加上設計、制造工藝的不斷提升，配合國內巨大的市場需求，國內空冷風機的應用前景將更加廣闊。

參考文獻：

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