空冷汽轮发电机冷却技术探讨

摘 要：汽轮发电机在工业生产中发挥了重要的作用，促进了经济的发展。空冷汽轮发电机是工业生产领域的一项新技术，是科技发展到一定程度的必然产物。空冷技术的研究对于我国工业领域的发展具有非常重要的意义，所以文章对于空冷技术研究的必要性进行了阐述，然后对于空冷技术的改进进行了研究，对于空冷汽轮发电机的发展具有重要的意义。

关键词：空冷汽轮发电机；冷却技术；降耗

1 空冷汽轮发电机现状分析

在我国的发电企业中，大多数是利用发电机来进行发电的，对于我国的电网运行具有非常重要的作用，为经济发展提供了基础动力。在电力生产中，单机容量应该与电网的总容量保持一定的比例，如果单机的容量有所提升，那么单位容量就会有所下降，对于材料的消耗也就会降低，有效的提高了电力企业的经济效益。

要想满足汽轮发电机向大容量发展，主要有两种途径，一种是增大发电机的线性尺寸，另一种是增加电磁负荷。而在现实中，由于受到零部件的限制，无法实现线性的增大，所以只能是通过增加电磁负荷来实现。在增加电磁负荷的同时必然会加大线棒的铜损，线圈的温度由此升高，有可能会超过限定的范围。所以说为了保证发电机能够正常的运转，需要采取一定的冷却技术来控制发电机的温度，保持在容许的范围内。所以冷却技术是汽轮发电机向更大容量发展的必然条件，冷却技术的研究对于汽轮发电机具有非常重要的意义。

2 空冷汽轮发电机的优点

2.1 系统简单，易于维护，安全性好

由于空冷技术的系统比较简单，并且冷却介质为空气，不需要介质的补充，也不需要水处理以及制氢等设备，简化了操作环节。并且由空气作为冷却介质，不会发生爆炸的危险。在空冷设备停止运转的情况下，也不会影响到发电机的运行，具有很高的安全性。在日常的维护工作，比较简便，所以在汽轮发电机中应用的比较普遍，并且得到了迅速的发展。

2.2 经济性高

在空冷汽轮发电机运行的过程中，不需要使用额外的辅助系统，减少了投资，并且在运行的过程中，运行费用和维护费用都比较节省，降低了成本投入，提高了经济性。在科学技术的快速发展下，对汽轮机发电机的空冷技术进行了改进，相对于以前来讲在效率上有很大的提高，提高了经济性。由于我国的空冷技术相对于国外来讲还比较落后，所以对于空冷技术进行研究具有非常重要的意义，对我国的工业发展有促进作用。

3 空冷汽轮发电机通风冷却技术改进分析

3.1 单路压入方式

利用转子两端的两台轴流式风扇将来自冷却器的冷风吹进气隙和转子，然后通过铁心的径向风沟流到外壳，这种冷却原理的定子端部结构简单，但由于离开转子的热风在气隙中与流到定子有效部件的冷风混合，故应用范围在150mw以下，否则径向风沟中的气体温度会太高，不能有效的冷却铁心。

3.2 单路抽风方式

从冷却器出来的冷风首先流过定子铁心背部和转子，经定、转子径向风道流入气隙，再从气隙分别由两端风扇抽出。采用这种方案，定子和转子可以并行通风。这使给定温升下的有效部件更加紧凑，同时也可避免将风扇损耗带到发电机内，但其代价是发电机端部空间结构更加复杂，而且不利于冷却定子端部，因为流入端部区域的气流已经是吸收了铁心损耗和转子风摩损耗的热气流。

3.3 轴向分段多流方式

利用转子两端的风扇将冷风吹入发电机后，气流分为三路：一路由定子端部进入气隙；另一路经定子机座通风管进入铁心背部，经定子径向风道进入气隙；还有一路进入转子通风副槽，由转子径向支路进入气隙。

这三路气流在气隙会合后，经铁心出风风道由铁心背部出风区排出。但实际上由于大容量汽轮发电机气隙风阻与铁心背部比较相对较小，气流有可能大部分流入气隙，造成铁心背部进风量减少，甚至可能出现气流倒流的现象，使背部进风区定子轭部冷却效果下降，因此在气隙进风处需设挡风板。

4 空冷汽轮发电机通风冷却系统的优化

在汽轮发电机运转的过程中，会产生一定的损耗，严重的影响到发电机的性能。尤其是在大容量的汽轮发电机中，由于机器的运转，会产生大量的热量，主要是增加了线圈的热量，由此线圈的绝缘寿命受到影响。在热量的影响下，发电机的机械强度会受到影响，由此引发的热变形和热应力对发电机都有很大的负作用。所以说在对空冷汽轮发电机进行研究的过程中，主要应该通过冷却技术，降低铁损耗、铜损耗之外，还要降低发电机的机械损耗，以高效的冷却技术将发电机的温度控制在限定的范围内。其中很大部分的机械损失是由通风冷却造成的，在冷却风扇运转的过程中，会消耗大量的机械能，然后在转化为热量，从而加速了机械损耗。为了降低机械损耗，需要对通风冷却技术进行优化，主要从降低冷却风扇的动力损耗方面来进行。

风扇作为发电机通风冷却系统的耗功元件之一，它由转子驱动，消耗一定的机械能，再将所消耗的大部分机械能转换为冷却气体的势能和动能的同时，部分由于风扇与气体摩擦转换为热能。在其他条件相同的情况下，由于空气密度大于氢气密度，而为了达到同样冷却效果，空冷与氢冷相比，前者需要更多的冷却介质。因此，空冷汽轮发电机的风扇与空气之间的摩擦损耗要比氢冷汽轮发电机大得多。对空冷汽轮发电机而言，提高其风扇的效率尤为必要。为此，国内外有关学者和技术人员都试图进一步提高空冷汽轮发电机冷却风扇的性能。

5 冷却器冷却能力的进一步提高

大型空冷汽轮发电机通常采用水-空冷却器，其空侧的散热能力是决定冷却器性能的关键。水-空冷却器空侧一般采用肋片结构，但它们存在许多缺陷：紧凑性差，适用范围有限等。因此，采用穿片式肋片结构是提高水-空冷却器性能的有效途径。由于穿片式冷却器的传热和阻力特性与翅片结构以及管束布置形式等因素密切相关，为此国内外研究者对不同结构的穿片式冷却器的传热和阻力特性进行了深入的研究，但因不同研究者研究的翅片管束布置形式、翅片结构和试验工况不同以及对影响管束传热特性和阻力特性的各种因素没有进行系统全面的研究，造成研究成果的应用存在一定的局限性，采用不同的计算方法所得的结果差异较大，故有必要对其传热特性及阻力特性进行进一步实验研究和分析。

6 结束语

在工业发展的需求下，大容量的汽轮发电机成为发展的主要趋势，对于工业生产来讲具有非常重要的作用。在汽轮发电机的容量增大的情况下，需要对温度进行进行控制，以保证发电机可以稳定的运行。空冷技术的研究对于汽轮发电机具有重要意义，可以很好的控制温度。但是从现有的技术来看，还存在很多的问题，影响到空冷技术的发展，所以要根据实际情况，不断的对其进行改进。对技术人员进行培训，学习国内外先进的技术理念，为空冷技术的研究创造有利的条件。利用空冷技术对汽轮发电机进行冷却有利于我国工业生产的发展，从而促进我国的经济建设，所以要对其进行研究。

参考文献

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