大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)冷卻技術(shù)的現(xiàn)狀與分析

高速++林松

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)越來(lái)越重視采用了空冷技術(shù)的大型汽輪發(fā)電機(jī)的使用與推廣。為了為我國(guó)研究大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻技術(shù)提供更多科學(xué)的參考，本文將根據(jù)大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，并從汽輪發(fā)電機(jī)采用空冷技術(shù)的原因和利弊等方面來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析，并對(duì)目前我國(guó)空冷技術(shù)的發(fā)展提出一些改進(jìn)意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：空冷技術(shù)；國(guó)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(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著科技與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多不同種類的材料被運(yùn)用于現(xiàn)代生活與工業(yè)生產(chǎn)之中。在技術(shù)發(fā)達(dá)的新時(shí)代，國(guó)外的一些大型公司以其先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各種新材料如絕緣和導(dǎo)電、導(dǎo)磁等的廣泛應(yīng)用，加之對(duì)大型氫冷汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)。在上世紀(jì)70年代末，國(guó)外的BBC公司就生產(chǎn)出了135MW的空冷汽輪發(fā)電機(jī)，在當(dāng)時(shí)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(jī)開(kāi)始向大容量方向發(fā)展。進(jìn)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(jī)則達(dá)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(jī)，其功率為500MVA。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

由于我國(guó)的工業(yè)化起步較慢，1978年實(shí)施改革開(kāi)放才開(kāi)始向西方國(guó)家學(xué)習(xí)各種先進(jìn)技術(shù)，因此我國(guó)對(duì)于大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的研制要比國(guó)外晚起步很多，技術(shù)方面與國(guó)外相比也沒(méi)有那么成熟與完善。上世紀(jì)八十年代，當(dāng)國(guó)外大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的最大容量已經(jīng)達(dá)到200MW的時(shí)候，我國(guó)的最大容量才只有35MW而已。因?yàn)槭艿嚼鋮s技術(shù)的約束，容量為50MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)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(lái)，我國(guó)的各大發(fā)電機(jī)制造公司都不斷向國(guó)外學(xué)習(xí)，引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，研制出了一批批容量超過(guò)50MW的空冷汽輪發(fā)電機(jī)。譬如，濟(jì)南的發(fā)電設(shè)備廠在不斷引進(jìn)ABB公司的先進(jìn)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(jī)。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)最大容量的大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)，說(shuō)明我國(guó)在大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)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(duì)其進(jìn)行深入研究與分析。

2 大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)冷卻技術(shù)的分析

2.1 大型汽輪發(fā)電機(jī)采用空冷技術(shù)的原因

大型汽輪發(fā)電機(jī)自從采用空冷技術(shù)以來(lái)，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，在20世紀(jì)50年代以后其需求量便不斷增長(zhǎng)。進(jìn)入90年代以后市場(chǎng)更是空前擴(kuò)大，甚至出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況。這使得各大發(fā)電機(jī)廠家更加積極地研究空冷技術(shù)，開(kāi)發(fā)大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)，以搶占市場(chǎng)份額。下面，就讓我們對(duì)大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)冷卻技術(shù)進(jìn)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(jī)制造的時(shí)間短，投資成本低，經(jīng)濟(jì)效率高。采用了空冷技術(shù)的大型汽輪發(fā)電機(jī)因?yàn)楣ば蜉^少，所以制造的時(shí)間要比氫冷汽輪發(fā)電機(jī)短，投資成本更低。加上大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)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(lái)的經(jīng)濟(jì)效率也就更高。（2）大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)便利，性能優(yōu)秀。采用了空冷技術(shù)的大型汽輪。發(fā)電機(jī)在制造的時(shí)候工序較少且簡(jiǎn)單，不需要使用制氫設(shè)備與對(duì)水進(jìn)行處理，但又不會(huì)影響到發(fā)電機(jī)的性能，使其性能更為優(yōu)秀且便于維。除此以外，因?yàn)榭绽浼夹g(shù)采用了空氣作為冷卻介質(zhì)，避免了氫氣爆炸的危險(xiǎn)，提高了設(shè)備的安全性。以上兩點(diǎn)，就是目前大型汽輪發(fā)電機(jī)采用空冷技術(shù)的主要原因，也是針對(duì)大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻技術(shù)進(jìn)行的分析和研究越來(lái)越受重視的重要原因。

2.2 目前大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)冷卻技術(shù)存在的缺點(diǎn)

（1）如今大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)的工作效率相比，就可以發(fā)現(xiàn)其效率還是相對(duì)較低的。這是由于氫和水的導(dǎo)熱和傳熱性能要比空氣更好，因而導(dǎo)致的通風(fēng)損耗要更小。在大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的全部損耗中，其通風(fēng)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(jī)的工作效率要比同等容量的氫冷汽輪發(fā)電機(jī)低0.1 % 至0.2 % 。

（2）大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)在其使用的過(guò)程中，發(fā)出的噪聲要比氫冷和水冷汽輪發(fā)電機(jī)大，因此在對(duì)其冷卻技術(shù)進(jìn)行分析與改進(jìn)的時(shí)候，有必要采取有效措施來(lái)降低噪聲。

2.3 改進(jìn)我國(guó)空冷技術(shù)的意見(jiàn)

（1）減少冷卻風(fēng)扇動(dòng)力的消耗。風(fēng)扇是空冷汽輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)中的一個(gè)耗功部件，冷卻氣體的勢(shì)能和動(dòng)能就是其受轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)后耗損部分機(jī)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(dǎo)致大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)扇與空氣的摩損要大于氫冷汽輪發(fā)電機(jī)。因此提高風(fēng)扇的效率，并減少冷卻風(fēng)扇動(dòng)力的消耗，對(duì)于改進(jìn)我國(guó)大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻技術(shù)的作用就十分重要。

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

3 結(jié)語(yǔ)

時(shí)代與科技的發(fā)展，使得大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻技術(shù)獲得了更多的創(chuàng)新與進(jìn)步，而發(fā)電機(jī)的容量也隨之增長(zhǎng)。只是，綜合上文的分析，我們可以看到在它的發(fā)展過(guò)程中，還伴隨著許多缺點(diǎn)與問(wèn)題，這就需要我們不斷尋求解決方法，提出改進(jìn)的意見(jiàn)，促進(jìn)我國(guó)大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

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