李巧珍，徐國(guó)俊，張嘉康

(上海電氣電站集團(tuán)技術(shù)研究與發(fā)展中心，上海 201612)

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子副槽通風(fēng)結(jié)構(gòu)是汽輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)中經(jīng)常采用的一種通風(fēng)結(jié)構(gòu)[1]。它是通過轉(zhuǎn)子表面和副槽底部位置處離心力差構(gòu)成氣體循環(huán)的壓力，是內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，屬于自通風(fēng)方式。

在設(shè)計(jì)中需對(duì)副槽尺寸及形狀、徑向風(fēng)道尺寸及形狀、節(jié)距、槽楔出風(fēng)孔直徑，端部風(fēng)道尺寸等作多種方案的比較，從而獲得了較合理的尺寸。

轉(zhuǎn)子副槽通風(fēng)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻效果好，轉(zhuǎn)子繞組溫升均勻，不需要高壓風(fēng)扇等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在生產(chǎn)的200 MW以下的空冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子基本都采用副槽通風(fēng)結(jié)構(gòu)。

筆者主要對(duì)轉(zhuǎn)子副槽通風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。

1 轉(zhuǎn)子副槽通風(fēng)冷卻系統(tǒng)

冷卻空氣經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入護(hù)環(huán)下進(jìn)風(fēng)區(qū)。護(hù)環(huán)下的環(huán)形空間分隔成4個(gè)區(qū)域，分別為2個(gè)進(jìn)風(fēng)區(qū)和2個(gè)出風(fēng)區(qū)，其中磁極中心線處為出風(fēng)區(qū)。一部分冷卻空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子本體的副槽內(nèi)，經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組上分布的徑向孔和槽楔通風(fēng)孔流入氣隙;另一部分冷卻空氣進(jìn)入端部軸向墊塊上的蛇形風(fēng)道，沿蛇形風(fēng)道行走，依次冷卻端部繞組的直線部分和圓弧部分，最后經(jīng)大齒通風(fēng)溝排入氣隙。轉(zhuǎn)子副槽通風(fēng)冷卻系統(tǒng)如圖1所示。

1.1 本體繞組通風(fēng)

圖1 轉(zhuǎn)子副槽通風(fēng)示意圖

副槽通風(fēng)冷卻系統(tǒng)中，冷卻轉(zhuǎn)子本體繞組的風(fēng)路走向?yàn)?氣體從轉(zhuǎn)子本體兩端進(jìn)入槽底副槽中，經(jīng)過轉(zhuǎn)子繞組的徑向風(fēng)道，冷卻繞組后從槽楔上的出風(fēng)孔排入氣隙，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)子副槽通風(fēng)示意圖

副槽結(jié)構(gòu)主要有兩種，一種是直接在轉(zhuǎn)子槽的底部加工出副槽，圖3所示，另一種是將轉(zhuǎn)子繞組的最下面一根銅導(dǎo)體加工成副槽的形狀，圖4所示。槽底副槽結(jié)構(gòu)加工方便，銅排副槽通風(fēng)面積大。

圖3 槽底副槽

圖4 銅排副槽

為了使轉(zhuǎn)子沿軸向的風(fēng)量分配均勻，從而達(dá)到轉(zhuǎn)子繞組溫升分布均勻，副槽軸向形狀可以是平的，也可以是傾斜的或階梯的，分別如圖5所示。

圖5 副槽軸向形狀

徑向通風(fēng)道可以是單排的，也可以是雙排的;可以是直風(fēng)道，也可以是變截面的交替風(fēng)道。近年來隨著發(fā)電機(jī)容量的增加，為了提高冷卻效果降低轉(zhuǎn)子繞組溫升，多采用變截面的交替風(fēng)道，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)的通風(fēng)道不僅提高了風(fēng)道的散熱系數(shù)，還增加了風(fēng)道的散熱表面積。圖6為徑向通風(fēng)道示意圖。

圖6 徑向通風(fēng)道

試驗(yàn)研究表明，若單排直風(fēng)道的散熱系數(shù)效果為1，則雙排直風(fēng)道為1.72，變截面交替風(fēng)道為3.76。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，徑向通風(fēng)道沿轉(zhuǎn)子軸向分布，既可以等節(jié)距分布也可變節(jié)距分布。

1.2 端部繞組通風(fēng)

在副槽通風(fēng)冷卻系統(tǒng)中，副槽通風(fēng)是指轉(zhuǎn)子本體部分，轉(zhuǎn)子端部通風(fēng)對(duì)空冷發(fā)電機(jī)而言通常為表面通風(fēng)冷卻。端部繞組冷卻風(fēng)道是開在繞組端部?jī)蓚?cè)面的固定墊塊上的，如圖7為軸向墊塊的風(fēng)道，圖8為扇形墊塊的風(fēng)道。軸向墊塊的風(fēng)道是用來冷卻端部繞組的軸向部分，扇形墊塊的風(fēng)道是用來冷卻端部繞組的弧線部分。冷卻轉(zhuǎn)子端部繞組的風(fēng)路走向?yàn)?氣體經(jīng)軸向墊塊上的蛇形風(fēng)道的入口，沿蛇形風(fēng)道行走，依次冷卻繞組端部的直線和圓弧部分，最后經(jīng)大齒通風(fēng)溝排入氣隙。

對(duì)大容量空冷電機(jī)而言，為了加強(qiáng)端部大號(hào)線圈的冷卻，在大號(hào)線圈的弧線部分采用Zig Zag通風(fēng)結(jié)構(gòu)。所謂Zig Zag通風(fēng)是在大號(hào)線圈端部每根銅線的不同位置開有腰型通風(fēng)孔，如圖9所示。對(duì)整個(gè)端部線圈便形成了階梯狀通風(fēng)道，該通風(fēng)道跨越端部的高低壓區(qū)，進(jìn)行補(bǔ)充通風(fēng)，使得整個(gè)轉(zhuǎn)子繞組溫度分布更加合理，如圖10所示。

圖9 腰型孔示意圖

2 溫度分布

副槽通風(fēng)的優(yōu)勢(shì)之一為轉(zhuǎn)子繞組溫升均勻，圖11為某發(fā)電機(jī)廠1臺(tái)135 MW空冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體軸向溫度分布設(shè)計(jì)計(jì)算值。

3 結(jié)語(yǔ)

汽輪發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的選擇，既要考慮系統(tǒng)可靠性、成熟性，同時(shí)還要考慮制造廠的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)和客戶需求。副槽通風(fēng)系統(tǒng)因其槽楔加工簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子表面風(fēng)摩損耗小，不需要高壓風(fēng)扇，轉(zhuǎn)子的冷卻氣體不經(jīng)過定子加熱，冷卻氣體的溫度低于氣隙中的氣體溫度，冷卻效果好，轉(zhuǎn)子繞組溫升均勻等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。

[1]丁舜年.大型電機(jī)的發(fā)熱與冷卻[M].北京:科學(xué)出版社，1992.