空冷汽輪發電機冷卻技術探討

摘 要：汽輪發電機在工業生產中發揮了重要的作用，促進了經濟的發展。空冷汽輪發電機是工業生產領域的一項新技術，是科技發展到一定程度的必然產物。空冷技術的研究對于我國工業領域的發展具有非常重要的意義，所以文章對于空冷技術研究的必要性進行了闡述，然后對于空冷技術的改進進行了研究，對于空冷汽輪發電機的發展具有重要的意義。

關鍵詞：空冷汽輪發電機；冷卻技術；降耗

1 空冷汽輪發電機現狀分析

在我國的發電企業中，大多數是利用發電機來進行發電的，對于我國的電網運行具有非常重要的作用，為經濟發展提供了基礎動力。在電力生產中，單機容量應該與電網的總容量保持一定的比例，如果單機的容量有所提升，那么單位容量就會有所下降，對于材料的消耗也就會降低，有效的提高了電力企業的經濟效益。

要想滿足汽輪發電機向大容量發展，主要有兩種途徑，一種是增大發電機的線性尺寸，另一種是增加電磁負荷。而在現實中，由于受到零部件的限制，無法實現線性的增大，所以只能是通過增加電磁負荷來實現。在增加電磁負荷的同時必然會加大線棒的銅損，線圈的溫度由此升高，有可能會超過限定的范圍。所以說為了保證發電機能夠正常的運轉，需要采取一定的冷卻技術來控制發電機的溫度，保持在容許的范圍內。所以冷卻技術是汽輪發電機向更大容量發展的必然條件，冷卻技術的研究對于汽輪發電機具有非常重要的意義。

2 空冷汽輪發電機的優點

2.1 系統簡單，易于維護，安全性好

由于空冷技術的系統比較簡單，并且冷卻介質為空氣，不需要介質的補充，也不需要水處理以及制氫等設備，簡化了操作環節。并且由空氣作為冷卻介質，不會發生爆炸的危險。在空冷設備停止運轉的情況下，也不會影響到發電機的運行，具有很高的安全性。在日常的維護工作，比較簡便，所以在汽輪發電機中應用的比較普遍，并且得到了迅速的發展。

2.2 經濟性高

在空冷汽輪發電機運行的過程中，不需要使用額外的輔助系統，減少了投資，并且在運行的過程中，運行費用和維護費用都比較節省，降低了成本投入，提高了經濟性。在科學技術的快速發展下，對汽輪機發電機的空冷技術進行了改進，相對于以前來講在效率上有很大的提高，提高了經濟性。由于我國的空冷技術相對于國外來講還比較落后，所以對于空冷技術進行研究具有非常重要的意義，對我國的工業發展有促進作用。

3 空冷汽輪發電機通風冷卻技術改進分析

3.1 單路壓入方式

利用轉子兩端的兩臺軸流式風扇將來自冷卻器的冷風吹進氣隙和轉子，然后通過鐵心的徑向風溝流到外殼，這種冷卻原理的定子端部結構簡單，但由于離開轉子的熱風在氣隙中與流到定子有效部件的冷風混合，故應用范圍在150mw以下，否則徑向風溝中的氣體溫度會太高，不能有效的冷卻鐵心。

3.2 單路抽風方式

從冷卻器出來的冷風首先流過定子鐵心背部和轉子，經定、轉子徑向風道流入氣隙，再從氣隙分別由兩端風扇抽出。采用這種方案，定子和轉子可以并行通風。這使給定溫升下的有效部件更加緊湊，同時也可避免將風扇損耗帶到發電機內，但其代價是發電機端部空間結構更加復雜，而且不利于冷卻定子端部，因為流入端部區域的氣流已經是吸收了鐵心損耗和轉子風摩損耗的熱氣流。

3.3 軸向分段多流方式

利用轉子兩端的風扇將冷風吹入發電機后，氣流分為三路：一路由定子端部進入氣隙；另一路經定子機座通風管進入鐵心背部，經定子徑向風道進入氣隙；還有一路進入轉子通風副槽，由轉子徑向支路進入氣隙。

這三路氣流在氣隙會合后，經鐵心出風風道由鐵心背部出風區排出。但實際上由于大容量汽輪發電機氣隙風阻與鐵心背部比較相對較小，氣流有可能大部分流入氣隙，造成鐵心背部進風量減少，甚至可能出現氣流倒流的現象，使背部進風區定子軛部冷卻效果下降，因此在氣隙進風處需設擋風板。

4 空冷汽輪發電機通風冷卻系統的優化

在汽輪發電機運轉的過程中，會產生一定的損耗，嚴重的影響到發電機的性能。尤其是在大容量的汽輪發電機中，由于機器的運轉，會產生大量的熱量，主要是增加了線圈的熱量，由此線圈的絕緣壽命受到影響。在熱量的影響下，發電機的機械強度會受到影響，由此引發的熱變形和熱應力對發電機都有很大的負作用。所以說在對空冷汽輪發電機進行研究的過程中，主要應該通過冷卻技術，降低鐵損耗、銅損耗之外，還要降低發電機的機械損耗，以高效的冷卻技術將發電機的溫度控制在限定的范圍內。其中很大部分的機械損失是由通風冷卻造成的，在冷卻風扇運轉的過程中，會消耗大量的機械能，然后在轉化為熱量，從而加速了機械損耗。為了降低機械損耗，需要對通風冷卻技術進行優化，主要從降低冷卻風扇的動力損耗方面來進行。

風扇作為發電機通風冷卻系統的耗功元件之一，它由轉子驅動，消耗一定的機械能，再將所消耗的大部分機械能轉換為冷卻氣體的勢能和動能的同時，部分由于風扇與氣體摩擦轉換為熱能。在其他條件相同的情況下，由于空氣密度大于氫氣密度，而為了達到同樣冷卻效果，空冷與氫冷相比，前者需要更多的冷卻介質。因此，空冷汽輪發電機的風扇與空氣之間的摩擦損耗要比氫冷汽輪發電機大得多。對空冷汽輪發電機而言，提高其風扇的效率尤為必要。為此，國內外有關學者和技術人員都試圖進一步提高空冷汽輪發電機冷卻風扇的性能。

5 冷卻器冷卻能力的進一步提高

大型空冷汽輪發電機通常采用水-空冷卻器，其空側的散熱能力是決定冷卻器性能的關鍵。水-空冷卻器空側一般采用肋片結構，但它們存在許多缺陷：緊湊性差，適用范圍有限等。因此，采用穿片式肋片結構是提高水-空冷卻器性能的有效途徑。由于穿片式冷卻器的傳熱和阻力特性與翅片結構以及管束布置形式等因素密切相關，為此國內外研究者對不同結構的穿片式冷卻器的傳熱和阻力特性進行了深入的研究，但因不同研究者研究的翅片管束布置形式、翅片結構和試驗工況不同以及對影響管束傳熱特性和阻力特性的各種因素沒有進行系統全面的研究，造成研究成果的應用存在一定的局限性，采用不同的計算方法所得的結果差異較大，故有必要對其傳熱特性及阻力特性進行進一步實驗研究和分析。

6 結束語

在工業發展的需求下，大容量的汽輪發電機成為發展的主要趨勢，對于工業生產來講具有非常重要的作用。在汽輪發電機的容量增大的情況下，需要對溫度進行進行控制，以保證發電機可以穩定的運行。空冷技術的研究對于汽輪發電機具有重要意義，可以很好的控制溫度。但是從現有的技術來看，還存在很多的問題，影響到空冷技術的發展，所以要根據實際情況，不斷的對其進行改進。對技術人員進行培訓，學習國內外先進的技術理念，為空冷技術的研究創造有利的條件。利用空冷技術對汽輪發電機進行冷卻有利于我國工業生產的發展，從而促進我國的經濟建設，所以要對其進行研究。

參考文獻

[1]135MW蒸發冷卻汽輪發電機相關技術試驗研究報告[R].北京：中國科學院電工研究所，2002.

[2]汪耕，李希明，等.大型汽輪發電機設計、制造與運行[M].上海：上海科學技術出版社，2000.

[3]丁舜年.大型電機的發熱與冷卻[M].北京：科學出版社，1992.