馮艷蓉，佟德利

（豐滿發(fā)電廠，吉林吉林 132108）

節(jié)能型整體片式水輪發(fā)電機空氣冷卻器研發(fā)與應用

馮艷蓉，佟德利

（豐滿發(fā)電廠，吉林吉林 132108）

長期以來，水輪發(fā)電機空氣冷卻器采用傳統(tǒng)的繞簧式結構，該空氣冷卻器制造工藝復雜、散熱性差、散熱管剛度弱、體積大、檢修維護不方便等弱點，在總結國內(nèi)外各類水輪發(fā)電機空氣冷卻器的設計、制造、安裝、運行經(jīng)驗的基礎上，借鑒當前汽車制造行業(yè)冷卻器的特點，自行研發(fā)、制造出節(jié)能型水輪發(fā)電機空氣冷卻器。經(jīng)過5年多現(xiàn)場實際運行的考驗，其運行性能良好，為水輪發(fā)電機空氣冷卻改造和新電站空氣冷卻器的選用探索出了一條新路。

節(jié)能型；整體片式；水輪發(fā)電機；空氣冷卻器；研發(fā)；應用

0 概述

長期以來，水輪發(fā)電機空氣冷卻器采用傳統(tǒng)的繞簧式結構，該結構形式在發(fā)電機空氣冷卻系統(tǒng)中通用了半個世紀，由于受到加工條件的限制和認識上的不足，水電機組新型的空氣冷卻器制作技術并沒有得到研制和開發(fā)，20世紀末21世紀初，空氣冷卻器的發(fā)展有了很大改觀，出現(xiàn)了針刺式和單管片式空氣冷卻器。豐滿發(fā)電廠一期工程安裝的8臺機組經(jīng)過半個世紀的長期運行，原繞簧式空氣冷卻器銹蝕嚴重，需要對該設備進行更換。鑒于原繞簧式空氣冷卻器、單管針式空氣冷卻器、單管片式空氣冷卻器的特點，這些冷卻器在運行中都有散熱性差、散熱管剛度弱、體積大、檢修維護不方便等弱點，有必要研發(fā)新型、高效節(jié)能空氣冷卻器。

豐滿發(fā)電廠通過科學論證和廣泛的調(diào)查研究，在總結國內(nèi)外各類水輪發(fā)電機空氣冷卻器的設計、制造、安裝、運行經(jīng)驗的基礎上，借鑒當前汽車制造行業(yè)冷卻器的特點，自行研發(fā)、制造出節(jié)能型水輪發(fā)電機空氣冷卻器。經(jīng)過6年多（兩次汛期大發(fā)電）現(xiàn)場實際運行的考驗，其運行性能良好，為水輪發(fā)電機空氣冷卻器改造和新電站空氣冷卻器的選用探索出了一條新路。

1 節(jié)能型空氣冷卻器研發(fā)方案的確定

經(jīng)過廣泛調(diào)研了解到，國內(nèi)外生產(chǎn)的水輪發(fā)電機空氣冷卻器的形式有三種，管繞簧式、單管針式、單管片式。這三種冷卻器的結構尺寸大、效率低。目前，汽車制造業(yè)發(fā)展很快，而汽車上的冷卻器不僅結構尺寸小，而且冷卻效果好。鑒于上述調(diào)研結果，我們從汽車制造業(yè)應用的冷卻器獲得設計靈感，在綜合汽車冷卻器、水輪發(fā)電機空氣冷卻器諸多優(yōu)點的基礎上，研發(fā)節(jié)能、高效、適應水輪發(fā)電機長期可靠運行的新型空氣冷卻器是十分重要的。課題組經(jīng)過詳細的計算與分析，在保證原發(fā)電機空氣冷卻器運行效果的前提下，確定研發(fā)新的節(jié)能型整體片式空氣冷卻器，該冷卻器不僅具有體積小、結構簡單、設計合理、制造成本低、冷卻效果明顯、整體剛度強、運行可靠、便于檢修等特點，而且可節(jié)約大量水能。因此，課題組將設計、制造節(jié)能型整體片式空氣冷卻器作為主攻目標。

目前發(fā)電機空氣冷卻器結構形式主要有單管繞簧式（見圖1）、單管針式、單管片式和我們新研發(fā)的整體片式（見圖2），其優(yōu)缺點對比見表1。

節(jié)能型空氣冷卻器與繞簧式相比有明顯的優(yōu)勢：

（1）風阻低。整體片式空氣冷卻器的結構特點，風道的阻力小于繞簧式，發(fā)電機熱風通過風道時風速較快，故熱風室壓力較低，冷卻效果較好。

（2）體積小。因整體片式結構散熱面積遠大于繞簧式，經(jīng)周密計算，綜合考慮空氣冷卻器的厚度和散熱面積的關系，新冷卻器的冷卻銅管的數(shù)量由原來的96根降低到64根，即新冷卻器的冷卻銅管比繞簧式減少兩排，其散熱面積為繞簧式的1.3倍，而新冷風器的厚度比原來減薄90 mm，設備的檢修空間大。散熱面積大。在空氣冷卻器結構尺寸、紫銅管數(shù)量相同的情況下，節(jié)能型整體片式散熱面積是繞簧式結構的1.6倍，遠大于繞簧式空氣冷卻器，且還有減小結構尺寸的空間。

（3）散熱效率高。節(jié)能型冷風器散熱面積為繞簧式的1.3倍，其散熱效率較繞簧式提高約30%。

（4）冷卻用水量小。新冷卻器的冷卻銅管數(shù)量由原來的96根降低到64根，比繞簧式冷卻器減少了三分之一。機組運行時，空氣冷風器進出口壓力相同時，可節(jié)約發(fā)電機空氣冷風器用水量約三分之一。

（5）制造成本低。因新型冷風器的散熱材料為0.2 mm厚黃銅板取代原繞簧式空氣冷卻器的紫銅漆包線、冷卻紫銅管數(shù)量少、結構尺寸小等，制造一臺機組整體片式空氣冷卻器比繞簧式冷卻器的成本費減少約三分之一。

（6）檢修維護方便。新冷風器檢查、維護、清掃方便。

（7）冷卻器剛度大、整體性好，延長了使用壽命。繞簧式空氣冷卻器是單根結構，互相之間的固定方式除上、下端板固定之外，中間再由木制夾板加以固定，運行時間長了以后容易松動，形成繞簧松動或漏水等現(xiàn)象發(fā)生；整體片式冷卻器結構從散熱片、紫銅管與整個空氣冷卻器支架完全合成一個整體，冷卻器剛度大、整體性好，從根本上解決了冷卻銅管根部抗振性小、易松動問題，延長了冷風器的使用壽命。

2 冷卻器的設計、制造、安裝

為了確保節(jié)能型水輪發(fā)電機空氣冷卻器研發(fā)質量，在實際工作中重點抓好設計、制造、安裝三大環(huán)節(jié)，嚴把質量關。

（1）冷卻器的設計

為了確保水輪發(fā)電機空氣冷卻器的設計質量，豐滿發(fā)電廠工程技術人員考慮到同平面外形尺寸整體片式結構散熱面積遠大于繞簧式，在滿足散熱面積前提下，經(jīng)周密計算，綜合考慮空氣冷卻器的厚度和散熱面積的關系，新冷卻器的冷卻銅管的數(shù)量由原來的96根降低到64根，即新冷卻器的冷卻銅管比繞簧式減少兩排，冷卻器的厚度比原來減薄90mm，其散熱面積為是繞簧式結構的1.3倍。在此基礎上，重點考慮散熱銅片沖孔公差、加強筋、增大沖片與紫銅管的接觸面積、散熱銅片和紫銅管固定等要點，設計空氣冷卻器的各部結構圖紙。節(jié)能型空氣冷卻器設計圖紙經(jīng)過專家的審查后，投入生產(chǎn)。

（2）冷卻器的制造

為了確保整體片式空氣冷卻器的制造質量，根據(jù)設計圖紙的要求，電站配件修造廠根據(jù)現(xiàn)有的加工設備制定了空氣冷卻器端板加工、空氣冷卻器整體框架加工、散熱片整體穿片、紫銅管拉脹脹管操作、整體組裝裝配、打壓試驗等工藝。同時，專門設計、加工空氣冷卻器沖片模具及冷卻器工裝。經(jīng)過努力，整體片式空氣冷卻器經(jīng)有關技術人員的驗收，滿足設計及現(xiàn)場需要。

（3）冷卻器的安裝

在安裝前進行了大量的現(xiàn)場試驗等準備工作，編寫了“豐滿6號水輪發(fā)電機空氣冷卻器現(xiàn)場施工方案”。拆除舊空氣冷卻器，對新冷卻器進行現(xiàn)場耐壓試驗，安裝新冷卻器。新冷卻器安裝后，根據(jù)發(fā)電機檢修規(guī)程的要求，對6號發(fā)電機整體片式空氣冷卻器進行了現(xiàn)場試驗，試驗結果表明滿足廠《發(fā)電機檢修規(guī)程》的要求，6號機組于2003年9月21日投入系統(tǒng)運行。

3 運行情況

新節(jié)能型整體片式空氣冷卻器在豐滿6號發(fā)電機上已經(jīng)運行了6年，實際運行情況表明，節(jié)能型整體片式空氣冷卻器投入運行后，發(fā)電機的運行效果明顯好于原繞簧式空氣冷卻器，通過對6號發(fā)電機冷卻器改造前后運行參數(shù)的比較，卷線溫度最高點分別下降22℃，卷線溫度平均溫度分別下降了約20℃，采用新型冷風器的六號機的冷風溫度很均勻，熱風溫度平均溫度分別下降12℃，新空氣冷卻器的熱交換效率高。

綜上所述，6年來，新冷卻器運行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)任何缺陷，發(fā)電機的冷卻效果非常良好，與原繞簧式空氣冷卻器相比，具有體積小、結構簡單、設計合理、節(jié)約大量冷卻水能（三分之一）、運行可靠、檢修方便、阻力小、冷卻效率高、傳熱性能好、卷線溫度低（下降約20℃）、使用壽命長等諸多優(yōu)點，它是一種新型、節(jié)能、散熱效率高的空氣冷卻器；整體片式空氣冷卻器未出現(xiàn)任何缺陷，運行安全可靠，為確保6號機組的安全穩(wěn)定運行做出了貢獻。

4 效果

為了檢驗節(jié)能型整體片式空氣冷卻器在6號發(fā)電機上運行效果，豐滿發(fā)電廠委托東北電力科學研究院，對6號發(fā)電機進行通風與溫升試驗，試驗結果表明發(fā)電機通風的風摩損耗小232.75 kW （通風損耗率為0.27%）、發(fā)電機定子鐵芯背部延軸向溫度分布均勻，發(fā)電機通風效果良好。6號發(fā)電機溫升試驗結果表明：定子繞組、轉子繞組最大溫升分別為41.49℃和41.76℃。而該發(fā)電機定子、轉子最大溫升是100℃和80℃，這樣，發(fā)電機定子、轉子溫升余度很大，由此可見，新的節(jié)能型整體片式空氣冷卻器應用到6號發(fā)電機后，空氣冷卻器冷卻效果十分明顯。

由此可見，制造一臺機組整體片式空氣冷卻器比繞簧式冷卻器的成本（散熱材料、冷卻銅管、鋼板等）減少約三分之一、節(jié)約發(fā)電機冷卻用水三分之一，即每年可節(jié)約用于發(fā)電機冷卻的水能約600萬m3，這些水可增發(fā)電量86.13萬度，每年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益19.1萬元。

綜上所述，新研發(fā)的節(jié)能型整體片式空氣冷卻器不僅體積小、結構簡單、設計合理、制造成本低、冷卻效果明顯、節(jié)約大量水能、整體剛度強、運行可靠、便于檢修、運行穩(wěn)定等特點，而且該冷卻器是一種新型、節(jié)能、散熱效率高的空氣冷卻器，具有廣泛的推廣應用前景。

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1672-5387（2010）04-0008-03

2010-05-08

馮艷蓉，女,高級工程師，從事水電廠生產(chǎn)技術管理工作。