陳斌

摘要：本文主要針對汽輪發(fā)電機的風(fēng)冷系統(tǒng)進行研究和分析，本文主要針對汽輪發(fā)電機的風(fēng)冷系統(tǒng)進行研究，在分析風(fēng)冷主要方式的基礎(chǔ)上，提出風(fēng)冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，并指出其在汽輪發(fā)電機上的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機;風(fēng)冷系統(tǒng);結(jié)構(gòu)設(shè)計

汽輪發(fā)電機的溫升關(guān)系直接決定著汽輪發(fā)電機的運行質(zhì)量，影響運行的安全性和穩(wěn)定性。升溫關(guān)系不合理不僅可能影響汽輪發(fā)電機的正常運行和工作，還可能會影響內(nèi)部絕緣材料的使用壽命。因此在汽輪發(fā)電機的運行過程中，必須關(guān)注溫升關(guān)系以及發(fā)熱和冷卻問題，為解決這些問題應(yīng)該著力從兩個角度入手：第一個從絕緣材料角度入手，盡可能選擇耐溫較高的絕緣材料;第二個是合理選擇優(yōu)化冷卻方式，以此提升汽輪發(fā)電機的冷卻效率和質(zhì)量。

1.風(fēng)冷汽輪發(fā)電機組的工作原理

汽輪發(fā)電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子繞組、鐵心以及定子均可能存在溫升的問題，一般依靠內(nèi)部空氣冷卻來解決溫升問題。然而這些空氣會和外界隔絕，在密閉空間內(nèi)進行循環(huán)。汽輪發(fā)電機端蓋上部一般預(yù)設(shè)帶有濾網(wǎng)的呼吸器，空氣進行進出，以此平衡汽輪發(fā)電機內(nèi)部和外部的空氣壓力。因此，汽輪發(fā)電機及其周圍環(huán)境、空氣必須具備良好流動性，以保障較好的換熱能力。汽輪發(fā)電機內(nèi)部主要依靠旋槳式風(fēng)扇進行冷空氣輸送和傳遞，保障空氣流動性。冷空氣進入汽輪發(fā)電機后能夠分為兩路，一路進入氣隙，在鐵心徑向流動以冷卻鐵心，另一路進行線圈端部進行冷卻。最終完成了冷卻任務(wù)之后的冷空氣會在機座下方的出風(fēng)口處進行匯集，變熱的空氣熱量既能夠冷卻水循環(huán)處理之后進行降溫，帶走熱量，以此循環(huán)，實現(xiàn)冷卻功能。

2 汽輪機冷卻裝置的分類

2.1 蒸汽冷卻方法

蒸汽冷卻方法主要是依靠低溫低壓蒸汽，其來源于汽輪機鍋爐啟動來汽等，如果汽輪發(fā)電機中蒸汽過熱度超過50℃就能夠進行蒸汽冷卻，在研究和實際實踐中還發(fā)現(xiàn)蒸汽冷卻還可以依靠鍋爐余熱實現(xiàn)。但蒸汽輪卻方式在實際汽輪發(fā)電機鍋爐冷卻中存在很大問題，尤其是壓力控制難度較大，蒸汽溫度存在波動，極易引發(fā)氣缸上下溫差超標(biāo)問題，可能影響汽輪機安全運行。雖然蒸汽輪卻方式對提升設(shè)備檢修率有極大優(yōu)勢，但用電率增強切操作難度較大也限制了應(yīng)用。

2.2 抽真空冷卻方法

抽真空冷卻主要應(yīng)用于比較特殊的環(huán)境，在汽輪發(fā)電機運行過程中，抽氣器、過熱器以及鍋爐防腐閥門能夠吸入低溫空氣，經(jīng)高壓缸以及中壓缸之后低溫空氣能夠進入凝汽器，以順流冷卻的方式實現(xiàn)汽輪發(fā)電機的快速冷卻。實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該方法存在一定應(yīng)用局限性，其可能會嚴(yán)重?fù)p耗汽輪參數(shù)較低的汽輪發(fā)電機使用壽命。

2.3 壓縮空氣冷卻方法

壓縮空氣冷卻方法的應(yīng)用實際主要依靠空氣流量實現(xiàn)汽輪發(fā)電機的快速冷卻，因此影響其冷卻速度的主要因素是熱應(yīng)力水平。壓縮空氣冷卻方法主要包括逆流和順流兩種介質(zhì)流向;順流冷卻的冷卻速度可控性較好，但是熱沖擊危險比較大;雖然逆流冷卻方式的冷卻均勻性稍微遜色于順流冷卻。但是其熱沖擊風(fēng)險要更小，冷卻效果較好。

對比三種快速冷卻方式能夠發(fā)現(xiàn)，壓縮空氣冷卻方式相較具備很好的效果和更好的應(yīng)用價值，尤其是在安全系數(shù)方式具有優(yōu)越性。

3.新型汽輪發(fā)電機風(fēng)冷系統(tǒng)裝置設(shè)計分析

3.1 總體結(jié)構(gòu)

本文提出的汽輪發(fā)電機風(fēng)冷系統(tǒng)裝置，包括空氣過濾設(shè)備、通風(fēng)管道、控制系統(tǒng)、出口噴管裝置等組成。所達到的目的是，改變了發(fā)電機冷卻效果差，能有效提高發(fā)電機換熱性能，改善發(fā)電廠重要設(shè)備的運行條件。構(gòu)造簡潔，操作使用方便，適用范圍廣。

3.2 新型汽輪發(fā)電機風(fēng)冷系統(tǒng)裝置具體設(shè)計

為有效提升汽輪發(fā)電機風(fēng)冷系統(tǒng)裝置的冷卻效果，具體設(shè)計如下：

（1）將發(fā)電機定子轉(zhuǎn)子出來的部分熱空氣通過風(fēng)道引出至機房外。風(fēng)道根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行配置支吊架，出口配不銹鋼網(wǎng)。

（2）進出風(fēng)道規(guī)格900*900mm，材質(zhì)為Q235，厚度為5mm。

（3）按總風(fēng)量的33%，風(fēng)機選型：SWF系列混流式（斜流式）風(fēng)機，流量23044m3/h，風(fēng)機全壓832pa，電機功率7.5KW，電機是防爆型電機。選型如下表：

（4）加裝一路冷風(fēng)管，通過空氣過濾裝置過濾后，由管道風(fēng)機鼓入發(fā)電機出風(fēng)區(qū)域底部（在空冷器上方）。如下表：

（5）布置進風(fēng)系統(tǒng)，原則是盡量布風(fēng)均勻，一共6組空冷器上均分布有出風(fēng)口。

（6）改造布置圖如下：

改造后的初級空氣過濾器入口主要呈水平方向，并且采用防爆型鼓風(fēng)機，其最終的流量23044 m/h，布置在機房內(nèi)，風(fēng)機后設(shè)置膨脹節(jié)及防護網(wǎng)，風(fēng)機及風(fēng)管（900*900mm）底下做鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)置有操作平臺。采用熱排風(fēng)管（900*900mm）將熱風(fēng)引至機房外墻外。

（7）為保證空氣的清潔度和干燥度，風(fēng)機前設(shè)置初級過濾（30目不銹鋼濾網(wǎng)，能過濾較粗顆?；蛎扌酰冶阌谇逑?，降低使用成本）。風(fēng)機后設(shè)置中級過濾器（能滿足過濾要求和風(fēng)量的配套性）。根據(jù)風(fēng)道規(guī)格的匹配性和風(fēng)量選型，必須滿足總風(fēng)量23044m3/h要求，故將過濾器外殼尺寸設(shè)計為：1000*1500mm。以便裝下兩個足夠面積的中級濾器（濾網(wǎng)外尺寸為500*1500mm，額定風(fēng)量為13500m3/h，兩個濾網(wǎng)總風(fēng)量大于設(shè)計要求）。

采用HWN可洗式尼龍過濾網(wǎng)，其具備如下特點：

（1）進口聚酰氨單絲纖維編織游料，耐磨強度高，使用壽命長，綜合使用效果好

（2）聚塵率高，初阻力低，防塵性能強，可反復(fù)清洗使用

（3）超薄形鋁合金型材框，可制成帶拉手互連成組型，更換簡便安全

本文設(shè)計中常用規(guī)格如表2所示：

3.2 新型汽輪發(fā)電機風(fēng)冷系統(tǒng)裝置具體應(yīng)用

汽輪發(fā)電機運行中由于鐵損和銅損的存在，會導(dǎo)致線圈和鐵芯在運行中出現(xiàn)溫度逐漸升高的情況。為有效解決溫升問題、提高汽輪發(fā)電機的發(fā)電效率，必須進行冷卻處理，降低線圈老化速度、控制線圈溫度，延長壽命。通過科學(xué)的快速冷卻方式及時、有效地帶走鐵芯和線圈熱量，維持線圈絕緣溫度在可控合理范圍內(nèi)。

就目前汽輪發(fā)電機中的小機組設(shè)備而言，主要采用空冷系統(tǒng)。汽輪發(fā)電機運行和轉(zhuǎn)子運動過程中，兩端的葉片會旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生動能，在動能能帶動下葉片兩端的冷空氣會帶動進入汽輪發(fā)電機內(nèi)部進行流動，將汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子和定子產(chǎn)生的熱量帶走，進入密閉的空冷器內(nèi)部執(zhí)行熱交換，同時熱空氣中的熱量會通過水循環(huán)帶走。

4 汽輪機風(fēng)冷系統(tǒng)的應(yīng)用及運維策略

4.1 加強人員培訓(xùn)，降低誤動發(fā)生幾率

為保證汽輪風(fēng)冷系統(tǒng)在汽輪發(fā)電機中的科學(xué)有效應(yīng)用，必須和實際配備的汽輪發(fā)電機相匹配，這也要求相關(guān)工作人員具有較高專業(yè)素養(yǎng)。加強對相關(guān)工作人員的培訓(xùn)，不僅涵蓋基礎(chǔ)理論還應(yīng)該包括實踐操作，讓工作人員能夠高質(zhì)量的執(zhí)行汽輪機風(fēng)冷系統(tǒng)的操作和運維工作。汽輪機風(fēng)冷系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作也相對復(fù)雜，如果操作失誤可能影響其冷卻甚至引發(fā)事故。對相關(guān)工作人員科學(xué)培訓(xùn)，保證其能夠按照規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)進行裝置操作，有效降低冷卻操作誤動，確保汽輪發(fā)電機溫度運行。

4.2 清洗風(fēng)冷系統(tǒng)進口濾網(wǎng)

汽輪發(fā)電機風(fēng)冷系統(tǒng)的應(yīng)用和運維中，應(yīng)該尤為加強進口濾網(wǎng)清洗工作，避免外部雜質(zhì)進入影響冷卻效果，也避免了外部雜質(zhì)可能對設(shè)備造成的損傷，以此保障汽輪風(fēng)冷系統(tǒng)應(yīng)用效果和運行安全性。

4.3 合理分配高、中壓缸進氣量

汽輪機組風(fēng)冷系統(tǒng)應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)壓力缸缸體結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)會對冷卻效果產(chǎn)生影響，尤其是中壓缸和高壓缸直接存在明顯差異。一般高壓缸的冷卻速度要略低于中壓缸的冷卻速度，因此在實際冷卻系統(tǒng)應(yīng)用中必須根據(jù)壓力缸壓力的差異進行進氣量的有效調(diào)節(jié)，結(jié)合實際經(jīng)驗和運行情況進行優(yōu)化和調(diào)節(jié)，確保在最短時間內(nèi)實現(xiàn)對汽輪發(fā)電機的冷卻，滿足電廠對汽輪電機冷卻溫度的要求。

4.4 依據(jù)實際情況控制進氣溫度

風(fēng)冷系統(tǒng)在汽輪發(fā)電機中的應(yīng)用還必須要對進氣溫度進行控制，以保障最佳的冷卻效果。針對不同的汽輪發(fā)電機和設(shè)備還具有差異，這就需要工作人員進行實際情況的調(diào)查和監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)冷卻效果不佳或存在問題，需要結(jié)合換熱系數(shù)以及溫降情況進行進氣溫度的調(diào)整，保障相關(guān)系數(shù)能夠在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，有效規(guī)避熱應(yīng)力過大可能對汽輪機使用性能產(chǎn)生的不良影響。

4.5 適當(dāng)改進中壓缸進氣位置和進口濾網(wǎng)

為最大程度的發(fā)揮汽輪機風(fēng)冷系統(tǒng)的應(yīng)用效果，需要結(jié)合汽輪機溫升關(guān)系的實際情況對進口濾網(wǎng)和進氣位置進行調(diào)整與改進，保證冷卻效率最大化。比如中壓缸原有的冷卻系統(tǒng)一般比較繁瑣并且具有繁雜的操作步驟，誤動極易引發(fā)壓縮空氣泄漏，進而影響冷卻效率。針對這種情況對汽門輸水管道進行調(diào)整和優(yōu)化，能夠有效改善冷卻效果，同時保障風(fēng)冷系統(tǒng)安全性。原有部分進口濾網(wǎng)冷卻效果因通流面積的影響而較差，甚至可能引發(fā)堵塞，根據(jù)這種情況將濾網(wǎng)優(yōu)化為雙筒濾網(wǎng)，增加通氣量以提升冷卻效率。

結(jié)論

社會發(fā)展和工業(yè)進步進一步提高了對電力的需求，汽輪機作為電力行業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵設(shè)備，其運行水平直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運行質(zhì)量。而汽輪冷卻裝置應(yīng)用效果也直接決定了汽輪機運行的安全性，也影響著汽輪機熱效率。在實際汽輪機風(fēng)冷系統(tǒng)中，因為設(shè)備自身因素以及環(huán)境因素等，冷卻效果可能較差，為此必須不斷加強冷卻系統(tǒng)優(yōu)化以提升冷卻效率。本文針對汽輪機快速冷卻方式進行了探索，并指出了當(dāng)前風(fēng)冷系統(tǒng)中存在的問題，提出了一種新型的汽輪風(fēng)冷系統(tǒng)設(shè)計方案，希望能夠為汽輪機快速冷卻提供新思路。

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