水电厂发电机空冷器冷却性能下降的改良经验交流

邱忠勤

摘要：随着我国工业技术的发展，换热冷却这项技术在工业生产领域已得到充分应用。其中，利用空气冷却器作为换热冷却设备，主要用于石油、化工、冶金、电力等行业配套使用，具有效率高、使用简单、维护方便等优点，并已在水力发电厂得到了广泛的应用。这种方式能够在很大程度上带走设备的热量，起到降低温度、保障设备性能的作用。

关键字：水力发电厂;空气冷却器;换热冷却

我国的水资源十分丰富，这为水电站的开发提供了有利的天然条件，因此，我国现有很多的已投产水力发电厂。随着水力发电厂的投产，换热冷却这项技术不可或缺，并已得到了充分的发挥。本文将简要介绍一下在水力发电厂中应用换热冷却技术的重要性，并根据有些水力发电厂的使用情况，反馈一些相关的不足之处，同时对此提出一些解决方案予以参考。

1 在水力发电厂使用换热冷却技术的重要性

1.1水力发电厂发电的特点

水力发电厂主要是利用水力来发电，借助水的水平落差（水位）来推动水轮机旋转，进而使机械能带动发电机的旋转得以产生电能输出电力。在这个过程中，因为有了电力电流和磁场的同时产生，就必定会形成铁损和铜损，而这些损失以热能的形式同时传递到发电机绕组和铁心，因此发电机在发电时也会产生热能;而为了延长发电机的服役周期，并保证长时间且平稳的发电工作，因此需要采取有力措施把从绕组和铁心所形成的热能及时地带走，我们常常就使用空气冷却器对发电机进行换热冷却。

1.2空气冷却器的工作原理

当机组内空气与空气冷却器表面发生接触时，在空气冷却器的表面与机组内空气间就产生了温度的差值，而按照传热学的原理，机组内空气的热能将经由空气冷却器的表面直接传导给管道中的水，管道内的热流体经过空气冷却器管壁和翅片与管外的空气之间发生换热，所用的机组内空气往往由轴流冷却风机供应，而由于空气冷却器内部介质的流动和排出，机组内部空气的温度也将得到下降，就这样实现了换热冷却的功效。

1.3空气冷却器对水力发电厂发电运行所起到的作用

换热冷却技术则是利用冷水将自发电机中产生的较高温度的空气，冷却后再送回发电机。实际上发电机在工作时，产生的热能都是被冷却水所带走的，而机组内的空气也仅仅起个媒介作用罢了。所以设置空气冷却器有助于延长发电机的服役周期，从而保障发电机的工作效率，确保发电机在发电运行过程中的可靠性。空气冷却器的主要功能即利用空气来冷却来自发电机内部的热流体，以达到降温的功效。

2 空气冷却器应用到水力发电厂换热冷却存在的问题

若空气冷却器安装布置的位置不当，而空气冷却器的进口空气温度有时也会很高，当发生这一状况时，空气冷却器的换热冷却效率将会受到比较大的影响。其成因，一是由于空气冷却器所排放的热风中有部分被轴流风机吸了回发电机内部去，这种现象称为热风循环;二是，空气冷却器和某些本身温度比较高的设备之间相距太近了。这二个因素中，前一种因素尤为重要;因为热风循环极大地影响了某些空气冷却器的传热效能，在某种情形下，若受到热风循环较大的影响，空气冷却器进口部位的空气温度就有可能会上升五摄氏度左右，进而使空气冷却器下降交换热量的百分之十至百分之三十。

一旦在它的上风侧位置周围存在腐蚀性的气体、灰尘和油气等的排放，则很容易使空气冷却器发生腐蚀、结垢，以至着火的情况。

有些水力发电厂经过多年的运行存在空气冷却器的热风、冷风温度比之前的年份要高出一至三摄氏度，有时则会更高，造成冷风与热风的温差逐年减小，这就反映了该空气冷却器的热交换能力和冷却效果已经变差。

目前市面上的空气冷却器端盖基本上都是用铸铁材质制造的，如经过多年的运行，就容易锈蚀，有些水力发电厂就出现过多次空气冷却器端盖螺孔断裂情况，造成把合螺栓无法把紧，引起充水试验时多处漏水的现象，结果只有施加补焊处理，但经过补焊后的强度多是不如之前，在后一次检修时又会出现同样的情况;而且每次补焊又费工费时，既耽误检修工期，且每次补焊的费用也比较高。

3 相关解决方案

通过上述问题的提出，我们发现在应用换热冷却技术方面还存在着一些问题。设计人员的思路、安装的工艺以及水力发电厂的技术改造资金问题等因素，不论是其中哪一个都有可能导致发电机空气冷却器换热冷却功不能得到更有效的发挥。接下来本文将对此提出几点具有针对性的措施或者建议。

3.1合理选择安装的位置

空气冷却器进口空气的温度对其热工性能有着很大的影响。为减小或防止热风循环，空气冷却器在布局上应尽量不能和锅炉、冷却塔、罐和热油泵等设备靠得太近，要有一定的间距为宜，并且在空气冷却器的下方也不宜布置较高温度的装置。

为减少空气冷却器腐蚀、结垢或防止其着火，空气冷却器在布置上应尽量不靠近地面或附近有腐蚀气体、灰尘和油气排放的地方。

3.2加大技术改造力度

水力发电厂的生产技术部门应尽量争取技术改造资金，对冷却性能有下降的空气冷却器提出技术改造。专业技术人员就很了解，管束的形式和所用材质对空气冷却器的工作特性产生的影响比较大。因为空气的热传递系数较小，所以常在管的外部设置波纹翅片，以增大热传递的面积和流体的湍动，并减少边界热阻，因此在空气冷却器中大多使用的是径向波纹翅片。目前市面上的空气冷却器一般使用外径为二十五毫米的光管，而波紋翅片多为十二点五毫米的低翅管和十六毫米的高翅管;翅片则通常使用热导率较高的铝合金材料制造，并镶嵌或缠绕在光管上。但这样的设计已经在实际应用中反映的效果也是很一般，若使用传导热性能更好的铝合金为主要材料，流体通道和风道均为更先进的板翅式构造，芯体通过真空钎焊加工而成，其流体参数通过设置内翅片;和传统的铜管形式构造比较，单元容积内换热面积会大大提高，是传统铜管式构造的十至二十倍，换热效率会更好。同时为了提高空气冷却器的传热效率，也可以在进口的空气中洒水增湿，这样一来既大大降低了空气的温度，也提高了传热性能系数。

为防止或减轻锈蚀，空气冷却器的端盖、外壳均可选择为不锈钢的材质，该材质的空气冷却器具备了较大的抗锈蚀能力，从而避免了几年后还会发生的锈蚀严重、砂眼等状况，以致大大增加后期的维修工作量与维修费用，在进行了一次性采购费用与多次检修要发生的费用比较以后，会发现其实是很划算的。

结束语

本文通过描述水力发电厂使用换热冷却技术的重要性，叙述了水力发电厂发电的特点，并讲述了空气冷却器对水力发电厂换热冷却所起到的作用，应用换热冷却技术能够冷却发电机的温度，保障了发电机在发电运行过程中的可靠性。之后本文又叙述了空气冷却器应用到水力发电厂进行换热冷却所存在的几个问题。最后提出了几点相关的解决方案，包括合理选择安装的位置、加大技术改造力度这几方面。期望能够给予相关水力发电厂奉献些许借鉴;同时也为推广空气冷却器的使用助力，因使用空气冷却器则可以节约大量的工业用水，从而降低污染，也可以减少建设费用，尤其是对于缺水的地方，以空气冷却取代水冷却，将有助于缓解水源缺乏的问题。

参考文献

[1]JB/T7607-2005 《立式电机轴承用LYJH型油冷却器》.

[2]GB/T7894-2009《水轮发电机基本技术条件》.

[3]GB/T 8564—2003《水轮发电机组安装技术规范》.

[4]赖周平、张荣克.空气冷却器， 2010-01-01：9787802299771.