高速++林松

摘 要：近年來，我國越來越重視采用了空冷技術(shù)的大型汽輪發(fā)電機的使用與推廣。為了為我國研究大型空冷汽輪發(fā)電機的冷卻技術(shù)提供更多科學的參考，本文將根據(jù)大型空冷汽輪發(fā)電機在國內(nèi)外的發(fā)展狀況，并從汽輪發(fā)電機采用空冷技術(shù)的原因和利弊等方面來對其進行分析，并對目前我國空冷技術(shù)的發(fā)展提出一些改進意見。

關(guān)鍵詞：空冷技術(shù)；國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；原因；利弊；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.148

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著科技與經(jīng)濟的飛速發(fā)展，越來越多不同種類的材料被運用于現(xiàn)代生活與工業(yè)生產(chǎn)之中。在技術(shù)發(fā)達的新時代，國外的一些大型公司以其先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各種新材料如絕緣和導電、導磁等的廣泛應用，加之對大型氫冷汽輪發(fā)電機制造技術(shù)的移植，發(fā)明了100 ～500MW的大型空冷汽輪發(fā)電機。在上世紀70年代末，國外的BBC公司就生產(chǎn)出了135MW的空冷汽輪發(fā)電機，在當時不僅創(chuàng)造了最高容量的世界記錄，還打破了以往其容量一直低于100MW的局面，從而促使空冷汽輪發(fā)電機開始向大容量方向發(fā)展。進入80年代后，其容量又提高到了200MW，緊接著ABB公司在90年代生產(chǎn)的23型空冷汽輪發(fā)電機則達到了300MVA以上。而ABB公司又在1998年研制出了目前世界上容量最高的大型空冷汽輪發(fā)電機，其功率為500MVA。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

由于我國的工業(yè)化起步較慢，1978年實施改革開放才開始向西方國家學習各種先進技術(shù)，因此我國對于大型空冷汽輪發(fā)電機的研制要比國外晚起步很多，技術(shù)方面與國外相比也沒有那么成熟與完善。上世紀八十年代，當國外大型空冷汽輪發(fā)電機的最大容量已經(jīng)達到200MW的時候，我國的最大容量才只有35MW而已。因為受到冷卻技術(shù)的約束，容量為50MW及以上的汽輪發(fā)電機采用的冷卻方法都是雙水內(nèi)冷、水氫氫和氫冷等。隨著90年代的到來，我國的各大發(fā)電機制造公司都不斷向國外學習，引進國外的先進技術(shù)，研制出了一批批容量超過50MW的空冷汽輪發(fā)電機。譬如，濟南的發(fā)電設(shè)備廠在不斷引進ABB公司的先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，先后研發(fā)出了50MW至220MW等不同容量的空冷汽輪發(fā)電機。目前我國國內(nèi)最大容量的大型空冷汽輪發(fā)電機就是該廠在2005年與ALSTOM公司合作制造的WX25R-127型330 MW空冷汽輪發(fā)電機，說明我國在大型空冷汽輪發(fā)電機的冷卻技術(shù)方面起步雖慢但發(fā)展飛快，因此更需要針對其進行深入研究與分析。

2 大型空冷汽輪發(fā)電機冷卻技術(shù)的分析

2.1 大型汽輪發(fā)電機采用空冷技術(shù)的原因

大型汽輪發(fā)電機自從采用空冷技術(shù)以來，越來越受到世界各國的重視，在20世紀50年代以后其需求量便不斷增長。進入90年代以后市場更是空前擴大，甚至出現(xiàn)供不應求的情況。這使得各大發(fā)電機廠家更加積極地研究空冷技術(shù)，開發(fā)大型空冷汽輪發(fā)電機，以搶占市場份額。下面，就讓我們對大型空冷汽輪發(fā)電機冷卻技術(shù)進行分析，將其采用空冷技術(shù)的原因闡述如下：

（1）大型空冷汽輪發(fā)電機制造的時間短，投資成本低，經(jīng)濟效率高。采用了空冷技術(shù)的大型汽輪發(fā)電機因為工序較少，所以制造的時間要比氫冷汽輪發(fā)電機短，投資成本更低。加上大型空冷汽輪發(fā)電機的冷卻技術(shù)在這幾年不斷創(chuàng)新與發(fā)展，也大大提高了工作效率，這也意味著其帶來的經(jīng)濟效率也就更高。（2）大型空冷汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，維護便利，性能優(yōu)秀。采用了空冷技術(shù)的大型汽輪。發(fā)電機在制造的時候工序較少且簡單，不需要使用制氫設(shè)備與對水進行處理，但又不會影響到發(fā)電機的性能，使其性能更為優(yōu)秀且便于維。除此以外，因為空冷技術(shù)采用了空氣作為冷卻介質(zhì)，避免了氫氣爆炸的危險，提高了設(shè)備的安全性。以上兩點，就是目前大型汽輪發(fā)電機采用空冷技術(shù)的主要原因，也是針對大型空冷汽輪發(fā)電機的冷卻技術(shù)進行的分析和研究越來越受重視的重要原因。

2.2 目前大型空冷汽輪發(fā)電機冷卻技術(shù)存在的缺點

（1）如今大型空冷汽輪發(fā)電機的冷卻技術(shù)在不斷的創(chuàng)新與發(fā)展中，已獲得了比以前更高的工作效率。但是，一旦與氫冷和水冷汽輪發(fā)電機的工作效率相比，就可以發(fā)現(xiàn)其效率還是相對較低的。這是由于氫和水的導熱和傳熱性能要比空氣更好，因而導致的通風損耗要更小。在大型空冷汽輪發(fā)電機的全部損耗中，其通風損耗占據(jù)了三分之一。這就使得一般情況下，大型空冷汽輪發(fā)電機的工作效率要比同等容量的氫冷汽輪發(fā)電機低0.1 % 至0.2 % 。

（2）大型空冷汽輪發(fā)電機在其使用的過程中，發(fā)出的噪聲要比氫冷和水冷汽輪發(fā)電機大，因此在對其冷卻技術(shù)進行分析與改進的時候，有必要采取有效措施來降低噪聲。

2.3 改進我國空冷技術(shù)的意見

（1）減少冷卻風扇動力的消耗。風扇是空冷汽輪發(fā)電機通風冷卻系統(tǒng)中的一個耗功部件，冷卻氣體的勢能和動能就是其受轉(zhuǎn)子驅(qū)動后耗損部分機械能轉(zhuǎn)換而成的，另外其與氣體摩擦后還產(chǎn)生了熱能。與氫冷相比，空冷需要的冷卻介質(zhì)更少。這就導致大型空冷汽輪發(fā)電機的風扇與空氣的摩損要大于氫冷汽輪發(fā)電機。因此提高風扇的效率，并減少冷卻風扇動力的消耗，對于改進我國大型空冷汽輪發(fā)電機的冷卻技術(shù)的作用就十分重要。

（2）減少發(fā)電機的風摩損耗。大型空冷汽輪發(fā)電機的風摩損耗主要有轉(zhuǎn)子風摩損耗和定子風摩損耗兩部分組成。所以要減少發(fā)電機的風摩損耗，就必須優(yōu)化轉(zhuǎn)子和定子的通風結(jié)構(gòu)，從而減少兩者的風摩損耗。要優(yōu)化轉(zhuǎn)子的通風結(jié)構(gòu)，就可以在轉(zhuǎn)子上應用副槽徑向通風等直接冷卻技術(shù)，從而使其表面更加光滑，有利于風摩損耗的降低，還能獲得更好的冷卻效果。而定子通風結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，就可以通過適當増大徑向支路和氣隙面積的方法，對定子進行各方面的系統(tǒng)優(yōu)化，從而降低風摩損耗。如此，便可以減少大型空冷汽輪發(fā)電機的風摩損耗。

3 結(jié)語

時代與科技的發(fā)展，使得大型空冷汽輪發(fā)電機的冷卻技術(shù)獲得了更多的創(chuàng)新與進步，而發(fā)電機的容量也隨之增長。只是，綜合上文的分析，我們可以看到在它的發(fā)展過程中，還伴隨著許多缺點與問題，這就需要我們不斷尋求解決方法，提出改進的意見，促進我國大型空冷汽輪發(fā)電機的冷卻技術(shù)進一步發(fā)展。

參考文獻：

[1]李陽.大型空冷汽輪發(fā)電機通風冷卻研究[A].中國電工技術(shù)學會大電機專業(yè)委員會.中國電工技術(shù)學會大電機專業(yè)委員會2014年學術(shù)年會論文集[C].中國電工技術(shù)學會大電機專業(yè)委員會：2014：3.

[2]許利.空冷汽輪發(fā)電機冷卻技術(shù)探討[J].科技創(chuàng)新與應用，2013（35）：105.

[3]陰文豪.大型空冷汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子多路通風冷卻特性研究[D].哈爾濱理工大學，2009.

[4]楊永青.新型大容量空冷汽輪發(fā)電機冷卻技術(shù)研究[D].山東大學，2006.

[5]金煦，袁益超，劉聿拯，袁建華，顧守錄.大型空冷汽輪發(fā)電機冷卻技術(shù)的現(xiàn)狀與分析[J].大電機技術(shù)，2004（04）：33-37.