大型空冷汽輪發電機冷卻技術的現狀與分析

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摘 要：近年來，我國越來越重視采用了空冷技術的大型汽輪發電機的使用與推廣。為了為我國研究大型空冷汽輪發電機的冷卻技術提供更多科學的參考，本文將根據大型空冷汽輪發電機在國內外的發展狀況，并從汽輪發電機采用空冷技術的原因和利弊等方面來對其進行分析，并對目前我國空冷技術的發展提出一些改進意見。

關鍵詞：空冷技術；國內外發展現狀；原因；利弊；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.148

1 發展現狀

1.1 國外發展現狀

伴隨著科技與經濟的飛速發展，越來越多不同種類的材料被運用于現代生活與工業生產之中。在技術發達的新時代，國外的一些大型公司以其先進的互聯網技術與各種新材料如絕緣和導電、導磁等的廣泛應用，加之對大型氫冷汽輪發電機制造技術的移植，發明了100 ～500MW的大型空冷汽輪發電機。在上世紀70年代末，國外的BBC公司就生產出了135MW的空冷汽輪發電機，在當時不僅創造了最高容量的世界記錄，還打破了以往其容量一直低于100MW的局面，從而促使空冷汽輪發電機開始向大容量方向發展。進入80年代后，其容量又提高到了200MW，緊接著ABB公司在90年代生產的23型空冷汽輪發電機則達到了300MVA以上。而ABB公司又在1998年研制出了目前世界上容量最高的大型空冷汽輪發電機，其功率為500MVA。

1.2 國內發展現狀

由于我國的工業化起步較慢，1978年實施改革開放才開始向西方國家學習各種先進技術，因此我國對于大型空冷汽輪發電機的研制要比國外晚起步很多，技術方面與國外相比也沒有那么成熟與完善。上世紀八十年代，當國外大型空冷汽輪發電機的最大容量已經達到200MW的時候，我國的最大容量才只有35MW而已。因為受到冷卻技術的約束，容量為50MW及以上的汽輪發電機采用的冷卻方法都是雙水內冷、水氫氫和氫冷等。隨著90年代的到來，我國的各大發電機制造公司都不斷向國外學習，引進國外的先進技術，研制出了一批批容量超過50MW的空冷汽輪發電機。譬如，濟南的發電設備廠在不斷引進ABB公司的先進技術的基礎上，先后研發出了50MW至220MW等不同容量的空冷汽輪發電機。目前我國國內最大容量的大型空冷汽輪發電機就是該廠在2005年與ALSTOM公司合作制造的WX25R-127型330 MW空冷汽輪發電機，說明我國在大型空冷汽輪發電機的冷卻技術方面起步雖慢但發展飛快，因此更需要針對其進行深入研究與分析。

2 大型空冷汽輪發電機冷卻技術的分析

2.1 大型汽輪發電機采用空冷技術的原因

大型汽輪發電機自從采用空冷技術以來，越來越受到世界各國的重視，在20世紀50年代以后其需求量便不斷增長。進入90年代以后市場更是空前擴大，甚至出現供不應求的情況。這使得各大發電機廠家更加積極地研究空冷技術，開發大型空冷汽輪發電機，以搶占市場份額。下面，就讓我們對大型空冷汽輪發電機冷卻技術進行分析，將其采用空冷技術的原因闡述如下：

（1）大型空冷汽輪發電機制造的時間短，投資成本低，經濟效率高。采用了空冷技術的大型汽輪發電機因為工序較少，所以制造的時間要比氫冷汽輪發電機短，投資成本更低。加上大型空冷汽輪發電機的冷卻技術在這幾年不斷創新與發展，也大大提高了工作效率，這也意味著其帶來的經濟效率也就更高。（2）大型空冷汽輪發電機結構簡單，維護便利，性能優秀。采用了空冷技術的大型汽輪。發電機在制造的時候工序較少且簡單，不需要使用制氫設備與對水進行處理，但又不會影響到發電機的性能，使其性能更為優秀且便于維。除此以外，因為空冷技術采用了空氣作為冷卻介質，避免了氫氣爆炸的危險，提高了設備的安全性。以上兩點，就是目前大型汽輪發電機采用空冷技術的主要原因，也是針對大型空冷汽輪發電機的冷卻技術進行的分析和研究越來越受重視的重要原因。

2.2 目前大型空冷汽輪發電機冷卻技術存在的缺點

（1）如今大型空冷汽輪發電機的冷卻技術在不斷的創新與發展中，已獲得了比以前更高的工作效率。但是，一旦與氫冷和水冷汽輪發電機的工作效率相比，就可以發現其效率還是相對較低的。這是由于氫和水的導熱和傳熱性能要比空氣更好，因而導致的通風損耗要更小。在大型空冷汽輪發電機的全部損耗中，其通風損耗占據了三分之一。這就使得一般情況下，大型空冷汽輪發電機的工作效率要比同等容量的氫冷汽輪發電機低0.1 % 至0.2 % 。

（2）大型空冷汽輪發電機在其使用的過程中，發出的噪聲要比氫冷和水冷汽輪發電機大，因此在對其冷卻技術進行分析與改進的時候，有必要采取有效措施來降低噪聲。

2.3 改進我國空冷技術的意見

（1）減少冷卻風扇動力的消耗。風扇是空冷汽輪發電機通風冷卻系統中的一個耗功部件，冷卻氣體的勢能和動能就是其受轉子驅動后耗損部分機械能轉換而成的，另外其與氣體摩擦后還產生了熱能。與氫冷相比，空冷需要的冷卻介質更少。這就導致大型空冷汽輪發電機的風扇與空氣的摩損要大于氫冷汽輪發電機。因此提高風扇的效率，并減少冷卻風扇動力的消耗，對于改進我國大型空冷汽輪發電機的冷卻技術的作用就十分重要。

（2）減少發電機的風摩損耗。大型空冷汽輪發電機的風摩損耗主要有轉子風摩損耗和定子風摩損耗兩部分組成。所以要減少發電機的風摩損耗，就必須優化轉子和定子的通風結構，從而減少兩者的風摩損耗。要優化轉子的通風結構，就可以在轉子上應用副槽徑向通風等直接冷卻技術，從而使其表面更加光滑，有利于風摩損耗的降低，還能獲得更好的冷卻效果。而定子通風結構的優化，就可以通過適當増大徑向支路和氣隙面積的方法，對定子進行各方面的系統優化，從而降低風摩損耗。如此，便可以減少大型空冷汽輪發電機的風摩損耗。

3 結語

時代與科技的發展，使得大型空冷汽輪發電機的冷卻技術獲得了更多的創新與進步，而發電機的容量也隨之增長。只是，綜合上文的分析，我們可以看到在它的發展過程中，還伴隨著許多缺點與問題，這就需要我們不斷尋求解決方法，提出改進的意見，促進我國大型空冷汽輪發電機的冷卻技術進一步發展。

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