全空冷汽輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻研究

丁大鵬 朱磊 李原 吳冬雪

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150040)

全空冷汽輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻研究

丁大鵬 朱磊 李原 吳冬雪

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150040)

大容量汽輪發(fā)電機(jī)具有良好的經(jīng)濟(jì)性和適用性,所以成為電力工業(yè)和電機(jī)制造業(yè)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。本文主要對(duì)全空冷氣輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻的方式、特點(diǎn)、單機(jī)容量的重要性、影響因素、發(fā)展現(xiàn)狀、適用范圍、以及未來的趨勢(shì)進(jìn)行了研究、并且做了全方位的介紹。

全空冷汽輪 發(fā)電機(jī) 通風(fēng)冷卻 重要性 方式

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)水平的快速發(fā)展，用電量增加，相應(yīng)的對(duì)電的需求量也增加。所以各個(gè)國家或公司都加大了對(duì)電機(jī)類的建設(shè)與投放。目前很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始進(jìn)入全國電網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置階段。美國一個(gè)公司1960年生產(chǎn)出第一臺(tái)200MW機(jī)組，1960年生產(chǎn)出第一臺(tái)110MW機(jī)組，其間大約每4-5年單機(jī)容量就翻一番。因此，汽輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)研究成為汽輪發(fā)電機(jī)研究中的重點(diǎn)研究對(duì)象。

1 全空冷的技術(shù)中,單機(jī)容量的重要性

(1)對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)而言，單機(jī)容量是一個(gè)十分重要的指標(biāo)。同時(shí)，在今天低碳環(huán)保的理念下，安裝維護(hù)和正常運(yùn)行的消耗越低是共同追求的目標(biāo)完成這一點(diǎn)可以采取的有效措施就是提高發(fā)電機(jī)的外形尺寸和電磁參數(shù)。由于定子運(yùn)輸尺寸和轉(zhuǎn)子撓度限制了外形尺寸的增大。所以，要提高單機(jī)容量更多的依靠提高電磁參數(shù)。

(2)冷卻技術(shù)與影響他的因素的關(guān)系。在各個(gè)不同的冷卻方式下，電機(jī)的負(fù)荷能力隨冷卻設(shè)備以及技術(shù)的增強(qiáng)而增大，變成了電機(jī)性能參數(shù)中起決定性作用的因素，電磁損耗-隨著線負(fù)荷的增加而增加。但是，采用了諸如氫氣等冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)。它的冷卻效果就會(huì)大大增強(qiáng)。同時(shí)，相應(yīng)的對(duì)應(yīng)到通風(fēng)損耗上，它的通風(fēng)損耗就會(huì)下降為原來的10%以下，對(duì)于其他條件都相同的發(fā)電機(jī)而言，總損耗不僅不增加，反而變成了與之相反，呈現(xiàn)持續(xù)明顯降低的趨勢(shì)。機(jī)械損耗，在銅損耗和鐵損耗是電機(jī)的主要損耗方式。機(jī)械損耗是指利用風(fēng)扇強(qiáng)迫冷卻介質(zhì)在電機(jī)內(nèi)部的損耗。有的時(shí)候，在電機(jī)工作時(shí)，與電機(jī)同時(shí)工作的或者說是電機(jī)的組成部分也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。當(dāng)電機(jī)溫度較高時(shí)，其電氣、物理和其他許多性能都深受影響。當(dāng)溫度達(dá)到一些特定的閥值時(shí)，絕緣材料會(huì)失去原來的性能。

2 各個(gè)冷卻方式的介紹

2.1 空氣冷卻

1913年，美國bbc公司生產(chǎn)出來了第一臺(tái)，具有歷史紀(jì)念意義的空氣冷卻電機(jī)，這標(biāo)志著一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域的開拓，同時(shí)，也是人類科學(xué)文明的一大進(jìn)步。到20年代后期，更多的發(fā)達(dá)國家也開始生產(chǎn)類似的汽輪發(fā)電機(jī)。1960年該廠與哈爾濱電機(jī)廠相繼制成30MWZ極空冷汽輪發(fā)電機(jī)。

2.2 液(水)氫冷

在以水氫氫冷卻為主要方式的汽輪發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，根據(jù)轉(zhuǎn)子內(nèi)氫氣的流動(dòng)方式，可以把它們粗略的分為以下兩類：一類是軸向流動(dòng)冷卻，一類是徑向通風(fēng)方式，即冷卻風(fēng)從護(hù)環(huán)下部進(jìn)入軸，向冷卻風(fēng)道，然后徑向從上端出去；例如：多路氣隙內(nèi)冷自通風(fēng)方式的氫內(nèi)冷發(fā)電機(jī)，由端部進(jìn)入氣隙的風(fēng)量偏大，占總風(fēng)量的55%-60%從而造成發(fā)電機(jī)定子中部風(fēng)量不足，溫度偏高。

2.3 雙水冷

就目前而言，國外和歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有使用雙水冷的成功案例。并且取得的效果也是很顯著的，雙水冷這種冷卻方式是不容忽視的。而且，我國已有多臺(tái)雙水內(nèi)冷30MW汽輪發(fā)電機(jī)長時(shí)間可靠運(yùn)行的記錄。這是一個(gè)全冷凍技術(shù)方面的一個(gè)重大突破，為我國科技事業(yè)增添了輝煌的一筆。但是，我覺得任何事都不是十全十美的，雙水冷技術(shù)在推出后不就也被發(fā)現(xiàn)存在不足。它的不足的就是，水的熔點(diǎn)低，很容易發(fā)熱，就比如豆?jié){機(jī)，發(fā)熱或者東西放的太多，它就會(huì)停止工作，在這一點(diǎn)上就像每個(gè)人的身體，都有一個(gè)最大負(fù)荷能力，一旦超過這個(gè)界限就會(huì)得不償失。此外由于空冷電機(jī)會(huì)產(chǎn)生抽風(fēng)工作，抽風(fēng)時(shí)損耗是很大的。所以，在那基礎(chǔ)上又降低了發(fā)電機(jī)的效率。還有就是，水冷轉(zhuǎn)子在水系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)元件上不是非常可靠，很多時(shí)候會(huì)有出其不意的問題出現(xiàn)，這是許多發(fā)達(dá)國家的一些公司不愿意采用水冷轉(zhuǎn)子的理由。所以，雙水內(nèi)冷機(jī)型與其它機(jī)型可以在穿插使用，互相影響，共同發(fā)展。

2.4 全液(水)冷

常理得之，一般情況下液體的散熱能力比氣體強(qiáng)，在本實(shí)驗(yàn)中，汽輪發(fā)電機(jī)采用水冷能使繞組溫度降低20℃-40℃。而與它背道而馳的是，全液冷僅需要的東西大大減少，它只需要一種介質(zhì)和一套控制設(shè)備，從而在運(yùn)行時(shí)就更容易管理。對(duì)于20MW-90MW的汽輪發(fā)電機(jī)，全水冷的綜合經(jīng)濟(jì)效果沒有特別明顯的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)上也不如氫冷或水氫氫方式發(fā)展的更穩(wěn)定。

2.5 蒸發(fā)冷卻

蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)冷卻，目前在國內(nèi)外尚處于試驗(yàn)階段。中科院電工所等單位也進(jìn)行過30MW蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機(jī)的研究工作。蒸發(fā)冷卻是汽輪發(fā)電機(jī)一種有發(fā)展前途的冷卻方式。不同冷卻方式的比較不同國家的各個(gè)制造廠家在不同時(shí)期，發(fā)展了各具特點(diǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)冷卻技術(shù)。

3 結(jié)語

汽輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻技術(shù)對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)的容量和性能具有決定性的影響。隨著科技的發(fā)展，大容量是汽輪發(fā)電機(jī)追求的發(fā)展目標(biāo)，這對(duì)通風(fēng)冷卻技術(shù)的要求越來越高。汽輪發(fā)電機(jī)通過不斷使用冷卻李更強(qiáng)的冷卻介質(zhì)達(dá)到交換熱量的目的。當(dāng)前，中小容量的發(fā)電機(jī)更多的使用空氣冷卻。目前而言，應(yīng)用最廣泛和更具發(fā)展?jié)摿Φ氖菤錃饫鋮s。雖然大容量汽輪發(fā)展和冷卻技術(shù)廣泛使用水冷卻，但是與氣體冷卻相比，發(fā)展技術(shù)還不夠成熟。除此之外，許多新型冷卻方式：如蒸發(fā)冷卻還處于初始階段。

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