节能型整体片式水轮发电机空气冷却器研发与应用

冯艳蓉，佟德利

（丰满发电厂，吉林吉林 132108）

节能型整体片式水轮发电机空气冷却器研发与应用

冯艳蓉，佟德利

（丰满发电厂，吉林吉林 132108）

长期以来，水轮发电机空气冷却器采用传统的绕簧式结构，该空气冷却器制造工艺复杂、散热性差、散热管刚度弱、体积大、检修维护不方便等弱点，在总结国内外各类水轮发电机空气冷却器的设计、制造、安装、运行经验的基础上，借鉴当前汽车制造行业冷却器的特点，自行研发、制造出节能型水轮发电机空气冷却器。经过5年多现场实际运行的考验，其运行性能良好，为水轮发电机空气冷却改造和新电站空气冷却器的选用探索出了一条新路。

节能型；整体片式；水轮发电机；空气冷却器；研发；应用

0 概述

长期以来，水轮发电机空气冷却器采用传统的绕簧式结构，该结构形式在发电机空气冷却系统中通用了半个世纪，由于受到加工条件的限制和认识上的不足，水电机组新型的空气冷却器制作技术并没有得到研制和开发，20世纪末21世纪初，空气冷却器的发展有了很大改观，出现了针刺式和单管片式空气冷却器。丰满发电厂一期工程安装的8台机组经过半个世纪的长期运行，原绕簧式空气冷却器锈蚀严重，需要对该设备进行更换。鉴于原绕簧式空气冷却器、单管针式空气冷却器、单管片式空气冷却器的特点，这些冷却器在运行中都有散热性差、散热管刚度弱、体积大、检修维护不方便等弱点，有必要研发新型、高效节能空气冷却器。

丰满发电厂通过科学论证和广泛的调查研究，在总结国内外各类水轮发电机空气冷却器的设计、制造、安装、运行经验的基础上，借鉴当前汽车制造行业冷却器的特点，自行研发、制造出节能型水轮发电机空气冷却器。经过6年多（两次汛期大发电）现场实际运行的考验，其运行性能良好，为水轮发电机空气冷却器改造和新电站空气冷却器的选用探索出了一条新路。

1 节能型空气冷却器研发方案的确定

经过广泛调研了解到，国内外生产的水轮发电机空气冷却器的形式有三种，管绕簧式、单管针式、单管片式。这三种冷却器的结构尺寸大、效率低。目前，汽车制造业发展很快，而汽车上的冷却器不仅结构尺寸小，而且冷却效果好。鉴于上述调研结果，我们从汽车制造业应用的冷却器获得设计灵感，在综合汽车冷却器、水轮发电机空气冷却器诸多优点的基础上，研发节能、高效、适应水轮发电机长期可靠运行的新型空气冷却器是十分重要的。课题组经过详细的计算与分析，在保证原发电机空气冷却器运行效果的前提下，确定研发新的节能型整体片式空气冷却器，该冷却器不仅具有体积小、结构简单、设计合理、制造成本低、冷却效果明显、整体刚度强、运行可靠、便于检修等特点，而且可节约大量水能。因此，课题组将设计、制造节能型整体片式空气冷却器作为主攻目标。

目前发电机空气冷却器结构形式主要有单管绕簧式（见图1）、单管针式、单管片式和我们新研发的整体片式（见图2），其优缺点对比见表1。

节能型空气冷却器与绕簧式相比有明显的优势：

（1）风阻低。整体片式空气冷却器的结构特点，风道的阻力小于绕簧式，发电机热风通过风道时风速较快，故热风室压力较低，冷却效果较好。

（2）体积小。因整体片式结构散热面积远大于绕簧式，经周密计算，综合考虑空气冷却器的厚度和散热面积的关系，新冷却器的冷却铜管的数量由原来的96根降低到64根，即新冷却器的冷却铜管比绕簧式减少两排，其散热面积为绕簧式的1.3倍，而新冷风器的厚度比原来减薄90 mm，设备的检修空间大。散热面积大。在空气冷却器结构尺寸、紫铜管数量相同的情况下，节能型整体片式散热面积是绕簧式结构的1.6倍，远大于绕簧式空气冷却器，且还有减小结构尺寸的空间。

（3）散热效率高。节能型冷风器散热面积为绕簧式的1.3倍，其散热效率较绕簧式提高约30%。

（4）冷却用水量小。新冷却器的冷却铜管数量由原来的96根降低到64根，比绕簧式冷却器减少了三分之一。机组运行时，空气冷风器进出口压力相同时，可节约发电机空气冷风器用水量约三分之一。

（5）制造成本低。因新型冷风器的散热材料为0.2 mm厚黄铜板取代原绕簧式空气冷却器的紫铜漆包线、冷却紫铜管数量少、结构尺寸小等，制造一台机组整体片式空气冷却器比绕簧式冷却器的成本费减少约三分之一。

（6）检修维护方便。新冷风器检查、维护、清扫方便。

（7）冷却器刚度大、整体性好，延长了使用寿命。绕簧式空气冷却器是单根结构，互相之间的固定方式除上、下端板固定之外，中间再由木制夹板加以固定，运行时间长了以后容易松动，形成绕簧松动或漏水等现象发生；整体片式冷却器结构从散热片、紫铜管与整个空气冷却器支架完全合成一个整体，冷却器刚度大、整体性好，从根本上解决了冷却铜管根部抗振性小、易松动问题，延长了冷风器的使用寿命。

2 冷却器的设计、制造、安装

为了确保节能型水轮发电机空气冷却器研发质量，在实际工作中重点抓好设计、制造、安装三大环节，严把质量关。

（1）冷却器的设计

为了确保水轮发电机空气冷却器的设计质量，丰满发电厂工程技术人员考虑到同平面外形尺寸整体片式结构散热面积远大于绕簧式，在满足散热面积前提下，经周密计算，综合考虑空气冷却器的厚度和散热面积的关系，新冷却器的冷却铜管的数量由原来的96根降低到64根，即新冷却器的冷却铜管比绕簧式减少两排，冷却器的厚度比原来减薄90mm，其散热面积为是绕簧式结构的1.3倍。在此基础上，重点考虑散热铜片冲孔公差、加强筋、增大冲片与紫铜管的接触面积、散热铜片和紫铜管固定等要点，设计空气冷却器的各部结构图纸。节能型空气冷却器设计图纸经过专家的审查后，投入生产。

（2）冷却器的制造

为了确保整体片式空气冷却器的制造质量，根据设计图纸的要求，电站配件修造厂根据现有的加工设备制定了空气冷却器端板加工、空气冷却器整体框架加工、散热片整体穿片、紫铜管拉胀胀管操作、整体组装装配、打压试验等工艺。同时，专门设计、加工空气冷却器冲片模具及冷却器工装。经过努力，整体片式空气冷却器经有关技术人员的验收，满足设计及现场需要。

（3）冷却器的安装

在安装前进行了大量的现场试验等准备工作，编写了“丰满6号水轮发电机空气冷却器现场施工方案”。拆除旧空气冷却器，对新冷却器进行现场耐压试验，安装新冷却器。新冷却器安装后，根据发电机检修规程的要求，对6号发电机整体片式空气冷却器进行了现场试验，试验结果表明满足厂《发电机检修规程》的要求，6号机组于2003年9月21日投入系统运行。

3 运行情况

新节能型整体片式空气冷却器在丰满6号发电机上已经运行了6年，实际运行情况表明，节能型整体片式空气冷却器投入运行后，发电机的运行效果明显好于原绕簧式空气冷却器，通过对6号发电机冷却器改造前后运行参数的比较，卷线温度最高点分别下降22℃，卷线温度平均温度分别下降了约20℃，采用新型冷风器的六号机的冷风温度很均匀，热风温度平均温度分别下降12℃，新空气冷却器的热交换效率高。

综上所述，6年来，新冷却器运行稳定，没有出现任何缺陷，发电机的冷却效果非常良好，与原绕簧式空气冷却器相比，具有体积小、结构简单、设计合理、节约大量冷却水能（三分之一）、运行可靠、检修方便、阻力小、冷却效率高、传热性能好、卷线温度低（下降约20℃）、使用寿命长等诸多优点，它是一种新型、节能、散热效率高的空气冷却器；整体片式空气冷却器未出现任何缺陷，运行安全可靠，为确保6号机组的安全稳定运行做出了贡献。

4 效果

为了检验节能型整体片式空气冷却器在6号发电机上运行效果，丰满发电厂委托东北电力科学研究院，对6号发电机进行通风与温升试验，试验结果表明发电机通风的风摩损耗小232.75 kW （通风损耗率为0.27%）、发电机定子铁芯背部延轴向温度分布均匀，发电机通风效果良好。6号发电机温升试验结果表明：定子绕组、转子绕组最大温升分别为41.49℃和41.76℃。而该发电机定子、转子最大温升是100℃和80℃，这样，发电机定子、转子温升余度很大，由此可见，新的节能型整体片式空气冷却器应用到6号发电机后，空气冷却器冷却效果十分明显。

由此可见，制造一台机组整体片式空气冷却器比绕簧式冷却器的成本（散热材料、冷却铜管、钢板等）减少约三分之一、节约发电机冷却用水三分之一，即每年可节约用于发电机冷却的水能约600万m3，这些水可增发电量86.13万度，每年创直接经济效益19.1万元。

综上所述，新研发的节能型整体片式空气冷却器不仅体积小、结构简单、设计合理、制造成本低、冷却效果明显、节约大量水能、整体刚度强、运行可靠、便于检修、运行稳定等特点，而且该冷却器是一种新型、节能、散热效率高的空气冷却器，具有广泛的推广应用前景。

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1672-5387（2010）04-0008-03

2010-05-08

冯艳蓉，女,高级工程师，从事水电厂生产技术管理工作。