灯泡贯流式水轮发电机的冷却方式

【摘要】近年来，灯泡贯流式机组技术得到不断的发展，机组的容量也越来越大，由于灯泡贯流式发电机组的特殊形式，整个机组浸泡在流道里，使得灯泡贯流式水轮发电机的冷却方式与立式发电机组有很大的区别，本文介绍集中灯泡贯流式水轮发电机的冷却方式。

【关键词】冷却；散热；贴壁；二次循环水冷却

1、前言

灯泡贯流式水轮发电机是一种广泛用于低水头电站的优良机型。由于这种机组布置特殊，机组环境与通常立式水轮发电机迥异，因此这种机组的通风冷却系统与立式机组存在较大差异。

本文首先介绍灯泡贯流式水轮发电机冷却方式的固有特点和难点。然后分析介绍灯泡贯流式水轮发电机常用的冷却方式，结合国内外的应用实例冷却方式与结构两方面进行论述。

2、灯泡贯流式水轮发电机的冷却方式

灯泡贯流式发电机浸没于水中，周围介质是水，灯泡贯流式发电机的冷却难度要大于普通水轮发电机。普通水轮发电机的周围介质是空气，而水的传热和热容量远大于空气，从而使灯泡贯流式机组的通风冷却问题成为灯泡贯流式机组的设计难点之一。

2.1 外部冷却水冷却

和常规水轮发电机、发电电动机一样，在灯泡头端部或定子上游侧圆周方向布置风机，采用常规空–水冷却器，用经过过滤等处理的河水对冷却器进行冷却。这种冷却结构多用于清水电站和中小型机组中。其优点是冷却水温低（河水温度）、冷却效果好。但要设置一套供水系统，空气冷却器容易污染，需经常检修。

2.2 河水冷却方式

河水冷却方式是灯泡贯流式机组中应用广泛的冷却方式，按其热量带走的方式，大致可分为散热片冷却方式、贴壁冷却方式、双层壳式冷却方式和二次循环水冷却方式，以及组合应用以上冷却方式的各种组合冷却方式。

2.2.1 散热片冷却

散热片冷却是在灯泡头内壁、外壁以及发电机机座内壁、外壁装设散热片（又称翅片），以增大散热面积，加强冷却效果。散热片可以是钢片，也可以是铜片；散热片与灯泡头的连接，可以是焊接，也可以采用螺栓连接。散热片冷却方式的应用范围很广，从数千瓦到25MW。灯泡内装有风机使冷却空气在机内循环。采用这种冷却方式后，省掉了空气冷却器。为了降低热阻，富士公司将灯泡体外壁由传统刷防锈涂料改为喷涂一层导热性能较好的铝合金，使外壁与河水间的换热能力提高了约20%。

2.2.2 贴壁冷却方式

贴壁冷却方式又称机壳直接冷却方式。在这种冷却方式中，以灯泡壳作为发电机的机壳发电机定子铁心与机壳直接相连，定子产生的热量通过热传导，直接由定子机壳外表面传到河水中。而机组旋转部分产生的热量则需借助其他冷却方式（如散热片冷却方式）带走。1950年代，伊林公司首先在Gmunden电站7MW灯泡贯流式机组中采用贴壁冷却结构。因其结构紧凑，逐渐为许多公司所采用。Alsthom公司在Pierre—Benite电站20MVA及朗斯电站10MW可逆灯泡贯流式机组中，富士公司在日本司巢电站8300kW灯泡贯流式机组中，VA-Tech公司为韩国始华（Sihwa）潮汐电站制造的20MW灯泡贯流式发电机，都采用了这种贴壁冷却方式。

2.2.3 双层壳式冷却套

双层壳式冷却套如图1所示。灯泡贯流式机组的部分灯泡头为双层，成为水室冷却水在两层壳间循环流动，将热量传到河水。

双层壳式冷却方式由于冷却水路为封闭循环水路，故冷却条件不受河水污浊和环境条件的限制，维护条件较好。配合采用其他措施，双层壳式冷却方式可用于大型灯泡贯流式机组中。伊林公司广泛采用冷却套冷却方式。Alsthom公司在Rock Island电站54MVA机组，富士公司在我国百龙滩电站32MW机组及巴基斯坦Chashma电站26MVA机组中，都采用冷却套冷却方式。

2.2.4 机内冷却水自循环冷却方式

机内冷却水自循环冷却方式又叫二次循环水冷却方式或自备式冷却方式。发电机有效部件利用闭路空冷方式进行冷却，空气用空-水冷却器冷却，而冷却器内的冷却水借助水泵实现循环，并利用其他散热方式将热量传到河水中。

机内冷却水自循环冷却方式需与其他方式配合使用。

2.2.5 机座外内翼管冷却结构

这种冷却结构是在机座上装设多个向外的钢管用作空气循环冷却，钢管内可焊接冷却翼片。这种冷却结构可以增加定子机座外壁与流道水的接触面积，有利于机座的散热。但这种结构要增大灯泡体的外径，对水流也有一些不良影响。所以很少采用。

2.2.6 各种组合式冷却结构

散热片、贴壁、双层壳式和二次循环水冷却方式可根据情况组配，形成各种组合式冷却方式，如散热片-贴壁冷却方式散热片-机座双层壳（冷却套）式冷却方式、散热片-二次循环水组合方式等。

2.3 同时利用河水和外部冷却水的冷却方式

在同时利用河水和外部冷却水的冷却方式中，冷却器采用外部冷却水进行冷却，同时采用散热片、定子贴壁等结构，由河水带走部分热量。

3、结束语

灯泡贯流式水轮发电机组的发展方兴未艾。今后，随着灯泡贯流式机组向更高水头、更大容量方向的发展，灯泡贯流式水輪发电机的通风冷却难度将越来越大。因此，总结国内外经验，启迪创新思维，研究冷却效果更佳、更可靠的通风冷却方式将是伴随灯泡贯流式机组发展的一个长期的、艰巨的任务。目前，世界最大的灯泡贯流机组——巴西杰瑞75MW灯泡贯流机组已经运行发电，东方电机承担了左岸22台机组的研制，标志着我国灯泡贯流机组研制水平又上了一个新台阶。

作者简介：徐兰坤（1997），1999年毕业于华中理工大学电气工程及其自动化专业，硕士学位，高级工程师，技术管理及专利信息分析与运用。