全空冷汽轮发电机通风冷却研究

丁大鹏 朱磊 李原 吴冬雪

(哈尔滨电机厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨 150040)

全空冷汽轮发电机通风冷却研究

丁大鹏 朱磊 李原 吴冬雪

(哈尔滨电机厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨 150040)

大容量汽轮发电机具有良好的经济性和适用性,所以成为电力工业和电机制造业的重点项目之一。本文主要对全空冷气轮发电机通风冷却的方式、特点、单机容量的重要性、影响因素、发展现状、适用范围、以及未来的趋势进行了研究、并且做了全方位的介绍。

全空冷汽轮 发电机 通风冷却 重要性 方式

随着我国经济和社会水平的快速发展，用电量增加，相应的对电的需求量也增加。所以各个国家或公司都加大了对电机类的建设与投放。目前很多发达国家已经开始进入全国电网互联，实现资源优化配置阶段。美国一个公司1960年生产出第一台200MW机组，1960年生产出第一台110MW机组，其间大约每4-5年单机容量就翻一番。因此，汽轮发电机的通风系统研究成为汽轮发电机研究中的重点研究对象。

1 全空冷的技术中,单机容量的重要性

(1)对于汽轮发电机而言，单机容量是一个十分重要的指标。同时，在今天低碳环保的理念下，安装维护和正常运行的消耗越低是共同追求的目标完成这一点可以采取的有效措施就是提高发电机的外形尺寸和电磁参数。由于定子运输尺寸和转子挠度限制了外形尺寸的增大。所以，要提高单机容量更多的依靠提高电磁参数。

(2)冷却技术与影响他的因素的关系。在各个不同的冷却方式下，电机的负荷能力随冷却设备以及技术的增强而增大，变成了电机性能参数中起决定性作用的因素，电磁损耗-随着线负荷的增加而增加。但是，采用了诸如氢气等冷却能力强的介质。它的冷却效果就会大大增强。同时，相应的对应到通风损耗上，它的通风损耗就会下降为原来的10%以下，对于其他条件都相同的发电机而言，总损耗不仅不增加，反而变成了与之相反，呈现持续明显降低的趋势。机械损耗，在铜损耗和铁损耗是电机的主要损耗方式。机械损耗是指利用风扇强迫冷却介质在电机内部的损耗。有的时候，在电机工作时，与电机同时工作的或者说是电机的组成部分也会相应的发生变化。当电机温度较高时，其电气、物理和其他许多性能都深受影响。当温度达到一些特定的阀值时，绝缘材料会失去原来的性能。

2 各个冷却方式的介绍

2.1 空气冷却

1913年，美国bbc公司生产出来了第一台，具有历史纪念意义的空气冷却电机，这标志着一个新的技术领域的开拓，同时，也是人类科学文明的一大进步。到20年代后期，更多的发达国家也开始生产类似的汽轮发电机。1960年该厂与哈尔滨电机厂相继制成30MWZ极空冷汽轮发电机。

2.2 液(水)氢冷

在以水氢氢冷却为主要方式的汽轮发电机冷却系统中，根据转子内氢气的流动方式，可以把它们粗略的分为以下两类：一类是轴向流动冷却，一类是径向通风方式，即冷却风从护环下部进入轴，向冷却风道，然后径向从上端出去；例如：多路气隙内冷自通风方式的氢内冷发电机，由端部进入气隙的风量偏大，占总风量的55%-60%从而造成发电机定子中部风量不足，温度偏高。

2.3 双水冷

就目前而言，国外和欧美等发达国家已经有使用双水冷的成功案例。并且取得的效果也是很显著的，双水冷这种冷却方式是不容忽视的。而且，我国已有多台双水内冷30MW汽轮发电机长时间可靠运行的记录。这是一个全冷冻技术方面的一个重大突破，为我国科技事业增添了辉煌的一笔。但是，我觉得任何事都不是十全十美的，双水冷技术在推出后不就也被发现存在不足。它的不足的就是，水的熔点低，很容易发热，就比如豆浆机，发热或者东西放的太多，它就会停止工作，在这一点上就像每个人的身体，都有一个最大负荷能力，一旦超过这个界限就会得不偿失。此外由于空冷电机会产生抽风工作，抽风时损耗是很大的。所以，在那基础上又降低了发电机的效率。还有就是，水冷转子在水系统高速旋转元件上不是非常可靠，很多时候会有出其不意的问题出现，这是许多发达国家的一些公司不愿意采用水冷转子的理由。所以，双水内冷机型与其它机型可以在穿插使用，互相影响，共同发展。

2.4 全液(水)冷

常理得之，一般情况下液体的散热能力比气体强，在本实验中，汽轮发电机采用水冷能使绕组温度降低20℃-40℃。而与它背道而驰的是，全液冷仅需要的东西大大减少，它只需要一种介质和一套控制设备，从而在运行时就更容易管理。对于20MW-90MW的汽轮发电机，全水冷的综合经济效果没有特别明显的优势，技术上也不如氢冷或水氢氢方式发展的更稳定。

2.5 蒸发冷却

蒸发冷却技术应用于汽轮发电机冷却，目前在国内外尚处于试验阶段。中科院电工所等单位也进行过30MW蒸发冷却汽轮发电机的研究工作。蒸发冷却是汽轮发电机一种有发展前途的冷却方式。不同冷却方式的比较不同国家的各个制造厂家在不同时期，发展了各具特点的汽轮发电机冷却技术。

3 结语

汽轮发电机通风冷却技术对于汽轮发电机的容量和性能具有决定性的影响。随着科技的发展，大容量是汽轮发电机追求的发展目标，这对通风冷却技术的要求越来越高。汽轮发电机通过不断使用冷却李更强的冷却介质达到交换热量的目的。当前，中小容量的发电机更多的使用空气冷却。目前而言，应用最广泛和更具发展潜力的是氢气冷却。虽然大容量汽轮发展和冷却技术广泛使用水冷却，但是与气体冷却相比，发展技术还不够成熟。除此之外，许多新型冷却方式：如蒸发冷却还处于初始阶段。

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