水電廠發(fā)電機(jī)空冷器冷卻性能下降的改良經(jīng)驗(yàn)交流(1)

邱忠勤

摘要：隨著我國工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，換熱冷卻這項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已得到充分應(yīng)用。其中，利用空氣冷卻器作為換熱冷卻設(shè)備，主要用于石油、化工、冶金、電力等行業(yè)配套使用，具有效率高、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，并已在水力發(fā)電廠得到了廣泛的應(yīng)用。這種方式能夠在很大程度上帶走設(shè)備的熱量，起到降低溫度、保障設(shè)備性能的作用。

關(guān)鍵字：水力發(fā)電廠;空氣冷卻器;換熱冷卻

我國的水資源十分豐富，這為水電站的開發(fā)提供了有利的天然條件，因此，我國現(xiàn)有很多的已投產(chǎn)水力發(fā)電廠。隨著水力發(fā)電廠的投產(chǎn)，換熱冷卻這項(xiàng)技術(shù)不可或缺，并已得到了充分的發(fā)揮。本文將簡(jiǎn)要介紹一下在水力發(fā)電廠中應(yīng)用換熱冷卻技術(shù)的重要性，并根據(jù)有些水力發(fā)電廠的使用情況，反饋一些相關(guān)的不足之處，同時(shí)對(duì)此提出一些解決方案予以參考。

1 在水力發(fā)電廠使用換熱冷卻技術(shù)的重要性

1.1水力發(fā)電廠發(fā)電的特點(diǎn)

水力發(fā)電廠主要是利用水力來發(fā)電，借助水的水平落差（水位）來推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)得以產(chǎn)生電能輸出電力。在這個(gè)過程中，因?yàn)橛辛穗娏﹄娏骱痛艌?chǎng)的同時(shí)產(chǎn)生，就必定會(huì)形成鐵損和銅損，而這些損失以熱能的形式同時(shí)傳遞到發(fā)電機(jī)繞組和鐵心，因此發(fā)電機(jī)在發(fā)電時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱能;而為了延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的服役周期，并保證長(zhǎng)時(shí)間且平穩(wěn)的發(fā)電工作，因此需要采取有力措施把從繞組和鐵心所形成的熱能及時(shí)地帶走，我們常常就使用空氣冷卻器對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行換熱冷卻。

1.2空氣冷卻器的工作原理

當(dāng)機(jī)組內(nèi)空氣與空氣冷卻器表面發(fā)生接觸時(shí)，在空氣冷卻器的表面與機(jī)組內(nèi)空氣間就產(chǎn)生了溫度的差值，而按照傳熱學(xué)的原理，機(jī)組內(nèi)空氣的熱能將經(jīng)由空氣冷卻器的表面直接傳導(dǎo)給管道中的水，管道內(nèi)的熱流體經(jīng)過空氣冷卻器管壁和翅片與管外的空氣之間發(fā)生換熱，所用的機(jī)組內(nèi)空氣往往由軸流冷卻風(fēng)機(jī)供應(yīng)，而由于空氣冷卻器內(nèi)部介質(zhì)的流動(dòng)和排出，機(jī)組內(nèi)部空氣的溫度也將得到下降，就這樣實(shí)現(xiàn)了換熱冷卻的功效。

1.3空氣冷卻器對(duì)水力發(fā)電廠發(fā)電運(yùn)行所起到的作用

換熱冷卻技術(shù)則是利用冷水將自發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的較高溫度的空氣，冷卻后再送回發(fā)電機(jī)。實(shí)際上發(fā)電機(jī)在工作時(shí)，產(chǎn)生的熱能都是被冷卻水所帶走的，而機(jī)組內(nèi)的空氣也僅僅起個(gè)媒介作用罷了。所以設(shè)置空氣冷卻器有助于延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的服役周期，從而保障發(fā)電機(jī)的工作效率，確保發(fā)電機(jī)在發(fā)電運(yùn)行過程中的可靠性?？諝饫鋮s器的主要功能即利用空氣來冷卻來自發(fā)電機(jī)內(nèi)部的熱流體，以達(dá)到降溫的功效。

2 空氣冷卻器應(yīng)用到水力發(fā)電廠換熱冷卻存在的問題

若空氣冷卻器安裝布置的位置不當(dāng)，而空氣冷卻器的進(jìn)口空氣溫度有時(shí)也會(huì)很高，當(dāng)發(fā)生這一狀況時(shí)，空氣冷卻器的換熱冷卻效率將會(huì)受到比較大的影響。其成因，一是由于空氣冷卻器所排放的熱風(fēng)中有部分被軸流風(fēng)機(jī)吸了回發(fā)電機(jī)內(nèi)部去，這種現(xiàn)象稱為熱風(fēng)循環(huán);二是，空氣冷卻器和某些本身溫度比較高的設(shè)備之間相距太近了。這二個(gè)因素中，前一種因素尤為重要;因?yàn)闊犸L(fēng)循環(huán)極大地影響了某些空氣冷卻器的傳熱效能，在某種情形下，若受到熱風(fēng)循環(huán)較大的影響，空氣冷卻器進(jìn)口部位的空氣溫度就有可能會(huì)上升五攝氏度左右，進(jìn)而使空氣冷卻器下降交換熱量的百分之十至百分之三十。

一旦在它的上風(fēng)側(cè)位置周圍存在腐蝕性的氣體、灰塵和油氣等的排放，則很容易使空氣冷卻器發(fā)生腐蝕、結(jié)垢，以至著火的情況。

有些水力發(fā)電廠經(jīng)過多年的運(yùn)行存在空氣冷卻器的熱風(fēng)、冷風(fēng)溫度比之前的年份要高出一至三攝氏度，有時(shí)則會(huì)更高，造成冷風(fēng)與熱風(fēng)的溫差逐年減小，這就反映了該空氣冷卻器的熱交換能力和冷卻效果已經(jīng)變差。

目前市面上的空氣冷卻器端蓋基本上都是用鑄鐵材質(zhì)制造的，如經(jīng)過多年的運(yùn)行，就容易銹蝕，有些水力發(fā)電廠就出現(xiàn)過多次空氣冷卻器端蓋螺孔斷裂情況，造成把合螺栓無法把緊，引起充水試驗(yàn)時(shí)多處漏水的現(xiàn)象，結(jié)果只有施加補(bǔ)焊處理，但經(jīng)過補(bǔ)焊后的強(qiáng)度多是不如之前，在后一次檢修時(shí)又會(huì)出現(xiàn)同樣的情況;而且每次補(bǔ)焊又費(fèi)工費(fèi)時(shí)，既耽誤檢修工期，且每次補(bǔ)焊的費(fèi)用也比較高。

3 相關(guān)解決方案

通過上述問題的提出，我們發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用換熱冷卻技術(shù)方面還存在著一些問題。設(shè)計(jì)人員的思路、安裝的工藝以及水力發(fā)電廠的技術(shù)改造資金問題等因素，不論是其中哪一個(gè)都有可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)空氣冷卻器換熱冷卻功不能得到更有效的發(fā)揮。接下來本文將對(duì)此提出幾點(diǎn)具有針對(duì)性的措施或者建議。

3.1合理選擇安裝的位置

空氣冷卻器進(jìn)口空氣的溫度對(duì)其熱工性能有著很大的影響。為減小或防止熱風(fēng)循環(huán)，空氣冷卻器在布局上應(yīng)盡量不能和鍋爐、冷卻塔、罐和熱油泵等設(shè)備靠得太近，要有一定的間距為宜，并且在空氣冷卻器的下方也不宜布置較高溫度的裝置。

為減少空氣冷卻器腐蝕、結(jié)垢或防止其著火，空氣冷卻器在布置上應(yīng)盡量不靠近地面或附近有腐蝕氣體、灰塵和油氣排放的地方。

3.2加大技術(shù)改造力度

水力發(fā)電廠的生產(chǎn)技術(shù)部門應(yīng)盡量爭(zhēng)取技術(shù)改造資金，對(duì)冷卻性能有下降的空氣冷卻器提出技術(shù)改造。專業(yè)技術(shù)人員就很了解，管束的形式和所用材質(zhì)對(duì)空氣冷卻器的工作特性產(chǎn)生的影響比較大。因?yàn)榭諝獾臒醾鬟f系數(shù)較小，所以常在管的外部設(shè)置波紋翅片，以增大熱傳遞的面積和流體的湍動(dòng)，并減少邊界熱阻，因此在空氣冷卻器中大多使用的是徑向波紋翅片。目前市面上的空氣冷卻器一般使用外徑為二十五毫米的光管，而波紋翅片多為十二點(diǎn)五毫米的低翅管和十六毫米的高翅管;翅片則通常使用熱導(dǎo)率較高的鋁合金材料制造，并鑲嵌或纏繞在光管上。但這樣的設(shè)計(jì)已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中反映的效果也是很一般，若使用傳導(dǎo)熱性能更好的鋁合金為主要材料，流體通道和風(fēng)道均為更先進(jìn)的板翅式構(gòu)造，芯體通過真空釬焊加工而成，其流體參數(shù)通過設(shè)置內(nèi)翅片;和傳統(tǒng)的銅管形式構(gòu)造比較，單元容積內(nèi)換熱面積會(huì)大大提高，是傳統(tǒng)銅管式構(gòu)造的十至二十倍，換熱效率會(huì)更好。同時(shí)為了提高空氣冷卻器的傳熱效率，也可以在進(jìn)口的空氣中灑水增濕，這樣一來既大大降低了空氣的溫度，也提高了傳熱性能系數(shù)。

為防止或減輕銹蝕，空氣冷卻器的端蓋、外殼均可選擇為不銹鋼的材質(zhì)，該材質(zhì)的空氣冷卻器具備了較大的抗銹蝕能力，從而避免了幾年后還會(huì)發(fā)生的銹蝕嚴(yán)重、砂眼等狀況，以致大大增加后期的維修工作量與維修費(fèi)用，在進(jìn)行了一次性采購費(fèi)用與多次檢修要發(fā)生的費(fèi)用比較以后，會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)是很劃算的。

結(jié)束語：本文通過描述水力發(fā)電廠使用換熱冷卻技術(shù)的重要性，敘述了水力發(fā)電廠發(fā)電的特點(diǎn)，并講述了空氣冷卻器對(duì)水力發(fā)電廠換熱冷卻所起到的作用，應(yīng)用換熱冷卻技術(shù)能夠冷卻發(fā)電機(jī)的溫度，保障了發(fā)電機(jī)在發(fā)電運(yùn)行過程中的可靠性。之后本文又?jǐn)⑹隽丝諝饫鋮s器應(yīng)用到水力發(fā)電廠進(jìn)行換熱冷卻所存在的幾個(gè)問題。最后提出了幾點(diǎn)相關(guān)的解決方案，包括合理選擇安裝的位置、加大技術(shù)改造力度這幾方面。期望能夠給予相關(guān)水力發(fā)電廠奉獻(xiàn)些許借鑒;同時(shí)也為推廣空氣冷卻器的使用助力，因使用空氣冷卻器則可以節(jié)約大量的工業(yè)用水，從而降低污染，也可以減少建設(shè)費(fèi)用，尤其是對(duì)于缺水的地方，以空氣冷卻取代水冷卻，將有助于緩解水源缺乏的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]JB/T7607-2005 《立式電機(jī)軸承用LYJH型油冷卻器》.

[2]GB/T7894-2009 《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》.

[3]GB/T 8564—2003 《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》.

[4]賴周平、張榮克.空氣冷卻器， 2010-01-01：9787802299771.