浅析空冷汽轮发电机冷却技术

浅析空冷汽轮发电机冷却技术
摘要：在工业生产当中，汽轮发电机设备发挥了非常关键的作用，积极推动
了工业经济发展。

其中,空冷汽轮发电机设备因其简单的结构、简洁的辅助系统
以及稳定的运行，受到了业内的青睐。

空冷汽轮发电机冷却技术的应用对于我国
工业领域的发展意义重大，为此文章主要对空冷汽轮发电机冷却技术进行分析，
并提出了技术优化改良措施，以期不断提升设备运行效率。

关键词：空冷汽轮发电机；冷却技术；技术原理
1 空冷汽轮发电机分析
空冷汽轮发电机设备中使用了排汽空冷系统，该系统中的核心装置是空冷器，由风机设备、挡风墙装置、凝结水箱装置、抽气系统以及翅片管装置等部分组成。

冷却塔运行时会消耗90%以上的水资源，空冷系统则无需利用水资源充当中间的
介质，而是直接冷却排汽，节水效果显著，其系统的冷却原理是指，排汽流经管
道之后，进入到翅片管装置中，空气流经过翅片管装置中之后将热量带走，排汽
发生冷凝反应之后形成水最后流入到冷凝水箱装置当中。

空冷汽轮发电机设备系统构成相对简单，系统维护难度不高，空冷
系统作为汽轮发电机设备中最简易的冷却系统，运行过程中无需进行水处理，也
不需要使用制氢设备，因此运行期间不会因为辅助系统的各类故障对发电机设备
的运行效果造成影响。

空冷系统使用空气作为其冷却介质，因而运行期间无需额
外进行氢气等冷却介质的补充，可避免出现氢气爆炸等问题。

燃气蒸汽联合循环
电站的建设周期相对较短、节水清洁效果显著且运行效率高，为此逐渐成为空冷
汽轮发电机设备中的重要动力。

空冷汽轮发电机设备相比于氢冷汽轮发电机设备，起停更加便捷，对于系统运行的负荷变化并不敏感，也是由于该设备具备此种特性，在燃气蒸汽联合循环系统中更加适配。

空冷汽轮发电机设备运行期间不需要
额外应用辅助系统，为此可节省更多投资费用，且与其同等效率的氢冷汽轮发电
机设备相比起来，系统运行所需费用更低[1]。

2 空冷汽轮发电机冷却技术
2.1 单路抽风技术
该技术的技术原理是指，冷风在汽轮发电机设备内依照相应的路径进行流动
之后，将发电机设备中存在的热量带走，设备中的空冷器装置先将冷风进行输送，令其到达铁芯内背部位置和转子处，然后流动到径向风道，流动到气隙位置之后，由于这一位置上设置了两台风扇装置，因而可将气隙中存在的热风抽出去。

应用
单路抽风技术可实现系统转子与定子的同步冷却处理，将气隙处存在的热风抽取
出来之后，风扇设备运行期间所产生的热量不会对发电机系统运行造成干扰。

但
是此种技术的不足之处就是风扇装置的安装点位通常设置在定子的端部，这就会
导致该部分组成结构更加复杂，因而聚集更多热量，影响定子端部位置的实际散
热效果。

2.2 单路压入技术
该技术的技术原理是指，在空冷汽轮发电机设备的转子端部安装风扇装置，
发电机运行过程中其内部空冷器装置持续进行冷风的输送，风扇装置此时会将冷
风吹入发电机转子装置的内部，随后冷风通过铁芯装置传入到端盖部分。

应用该
技术的发电机定子的结构组成不要过于复杂，定子中的冷风在其内部流动的期间
会与热气相互混合在一起，然后分布在内部各零部件装置上，为此这一技术一般
更适用于电功率不超过150 MW的发电机设备，如果电功率超过150MW，冷风和热
风的混合会影响到铁芯装置的实际冷却效果。

2.3 转子冷却技术
当前空冷汽轮发电机设备快速发展，对于其冷技术的应用标准也持续提升，
过去所用转子冷却技术已经不符合当前的生产应用需求，更多会使用如下技术进
行替代。

首先是槽底副槽技术，这种技术的技术原理是指，冷风直接输送到系统
副槽之后，进入到转子装置的铜线当中，最后传送到气隙当中。

冷风通过副槽进
入系统中，会很大程度上避免转子装置出现风摩损耗的问题，也不需要额外安装
风扇装置，槽楔便于制作，这些都是该技术的突出优势，但是应用这一技术会导
致冷风的进风面积不足，因而实际冷却效果有待优化。

其次是轴向进气技术，该
技术的技术原理是指，空冷器装置将冷风输出之后，冷风经过转子装置的两端部分传送到槽楔装置的出风口，最后进入到气隙当中，应用这一技术可解决系统内副槽存在较大风阻的问题，但是冷风传输风道长度过长，也会导致风阻增加，因此需借助高压风扇装置，但是风扇装置安装之后会增加通风的损耗，降低系统冷却效率，因此应用时需慎重选择[2]。

2.4 分段多流技术
该技术的技术原理是指，系统空冷器装置将冷风传送到汽轮发电机设备内部之后，冷风的传送被分成三路，其中，一路的冷风从定子装置的端部流进，二路冷风则流动到机座中到达铁芯装置背部，三路中的冷风流动到副槽中之后到达气隙位置。

最终三路的冷风气流在气隙部位汇合聚集在一起，最后流经系统出风口流出汽轮发电机设备的内部。

应用该技术的过程中，三路冷风在气隙位置聚集的时候，会导致铁芯装置背部的冷风气流减少，有时还会出现倒流的情况，这会影响铁芯装置背部位置的冷却效果，为此应用期间需要架设挡风板装置，将气隙位置的冷风进风量适当调低[3]。

3 空冷汽轮发电机冷却技术优化改良策略
3.1 降低风摩损耗
想要有效降低风摩损耗，可以从以下几个途径实施技术优化。

第一，可对定子装置的通风结构实施优化。

定子装置运行期间之所以出现风摩损耗主要有两个原因，第一个原因是系统径向支路的形变或者其截面的变化，对于这一原因，可以采取增大通风面积的优化措施，进而减小支路部分存在的风摩损耗。

第二个原因是铁芯装置与气隙之间冷风气流传送时造成的沿途摩擦阻力产生了风摩损耗。

对于这一问题可以采用扩大气隙面积的优化策略，改善原有通风结构。

第二，可对转子装置的通风结构实施优化。

转子装置运行期间之所以产生风摩损耗，一方面是因为其内部流动的冷却介质传送期间产生的风摩损耗，为此对于转子冷风风道传输的位置要实施优化改良，例如对于冷风的分流传送设计，要
做到均匀分流，或者对副槽装置实施变截面优化设计，最大程度降低风摩损耗。

此外，转子装置表面与冷风气流之间也会造成风摩损耗，并形成一定程度的阻力，为此可采取的优化策略是对转子装置表面进行优化，通过打磨等方式令其表面更
加光滑，进而降低摩擦阻力。

第三，应对通风量的算法进行优化改进。

当前进行通风量计算时等效风路计
算法是比较常用的算法，但是通风系统依照计算结果实施设计之后，系统运行时
的实际通风量和理论值存在较大差异，这就会影响冷却效果且增加风摩损耗。

为
此技术人员应对阻力系数重新设置，根据通风量配置和风道结构科学设置，测定
局部阻力时还要考虑阻力损失问题。

此外还应准确计算副槽部分截面阻力系数，
尽量平衡压力，确保冷风配置的均匀性。

3.2 风扇动力的提升
冷却风扇装置需要通过转子装置实现驱动，运行期间会消耗一定的机械能进
而实现冷风驱动，空冷汽轮发电机设备需要应用大量冷风，为此需大幅度提升冷
却风扇装置的动力。

风扇装置效率提升后对于降低风摩损耗和优化冷却效果都大
有裨益。

4 结语
综上所述，尽管空冷汽轮发电机已经得到了飞速发展，其所用冷却技术也相
对成熟，但其技术仍存在提升和优化的空间。

行业内技术人员应不断实施技术优化，合理采取相应的冷却方式，从而有效降低汽轮发电机的温升，保证汽轮发电
机的正常运行。

参考文献：
[1]侯键.大型空冷汽轮发电机冷却技术探究[J].黑龙江科
学,2022,13(06):76-78.
[2]高速,林松.大型空冷汽轮发电机冷却技术的现状与分析[J].山东工业技术,2017(07):169.
[3]许利.空冷汽轮发电机冷却技术探讨[J].科技创新与应用,2013(35):105.。