吴国建
（哈尔滨电机厂有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150040）
摘要：目前功率在600 MW及以上的大型汽轮发电机多采用水氢氢冷却方式，在对水氢氢汽轮发电机不同通风系统进行分析、比较的基础上，提出了通风系统效率（EVS）的概念，并给出相应的计算方法，可对不同通风系统的性能进行比较，也可为通风系统的选择提供一定的参考依据.
关键词：大型水氢氢汽轮发电机； 通风系统； 效率
1 通风系统特点
目前国内外主流的发电机制造厂家，通过将水氢氢汽轮发电机的定子铁芯和转子线圈不同通风型式之间进行组合，派生出多种型式的通风系统.如转子采用槽底副槽径向通风型式；转子采用气隙取气斜流通风型式；转子采用轴向-径向通风型式.
由此可知，对于水氢氢汽轮发电机而言，定子铁芯通常采用轴向通风或径向通风型式，其结构较为简单；而转子则分别采用气隙取气斜流通风、槽底副槽径向通风、轴向-径向通风三种不同的通风型式，且其结构差异较大.
1.1 气隙取气斜流通风型式
该通风型式的特定结构决定了定子铁芯往往采用轴向分区的多进多出径向通风型式，以便与转子线圈的进、出风区相匹配，这是转子线圈采用气隙取气斜流通风型式的一个特点.另外，定子铁芯和转子线圈若采用上述通风型式的组合，其通风系统的阻力一般较低，在转子汽励两端各安装一单级轴流风扇即可满足通风系统的要求.
该通风型式的优点为：由于沿转子槽部轴向长度上分为多个进、出风区，所以每个风区内的通风路径较短，转子线圈槽内部分的冷却气体流量基本和转子长度成正比，便于发电机系列化设计；转子线圈温升均匀，温升不均匀度（转子线圈最高温升与平均温升之比）较低；由于为自通风方式，一般不必使用高压风扇.其缺点为：转子表面及风斗结构复杂，槽楔及线圈加工较为繁琐；转子匝间若加工处理不当，容易引起匝间绝缘.
1.2 槽底副槽径向通风型式
转子线圈槽底副槽径向通风型式，其本质上也是一种自通风方式，转子离心泵压是气体循环的主要压力源.
转子线圈若采用此种通风型式，定子铁芯一般采用轴向分区的多进多出径向通风型式与之匹配，其通风系统的阻力也较低，一般在转子汽励两端各安装一单级轴流风扇也可满足通风系统的要求.
此种通风型式的优点：槽楔加工、线圈冲制和定位均较简单；由于为自通风方式，一般不需高压风扇；与气隙取气斜流通风型式相比，转子冷却气体直接来自风扇，未经定子铁芯预热，因而进风温度更低.缺点：沿转子轴向长度冷却气体流量分配不易均匀.
为了解决沿转子轴向长度冷却气体流量分配不易均匀，继而导致各径向风道内温度分布不均匀的问题，国内一些学者对此展开了相关研究，结果表明，在相同的入口风速条件下，两条径向风道的散热效果优于一条径向风道，且径向风道之间存在最佳中心距.
1.3 轴向径向通风型式
图3 轴向-径向通风型式
转子线圈轴向-径向通风型式，其本质上是一种强迫通风方式，主要依靠外加高压风扇维持冷却气体在转子线圈内的流动.
转子线圈若采用此种通风型式，定子铁芯通常采用轴向通风型式与之匹配，其通风系统的阻力明显高于前面所述的两种通风系统，因此一般需在转子一端安装高压多级轴流风扇才能满足通风系统的要求.
此种通风型式的优点：转子线圈加工简单；转子表面风摩损耗较小；另外，转子线圈若采用此种通风型式，其定子铁芯一般采用轴向通风型式与之匹配，由于省却了铁芯径向冷却风道，在容量相当的情况下，可缩短发电机的轴向尺寸.缺点：风扇结构较为复杂，风扇本身的功率较大；由于冷却风路较长，与转子线圈采用其它两种通风型式相比，线圈温升不均匀度较高.
2 通风系统效率
如前所述，对于600 MW及以上容量的汽轮发电机，绝大多数采用水氢氢冷却方式.其主要目的是：通过冷却水的循环带走定子线圈的热量，通过氢气的循环带走转子线圈、定子铁芯、端部结构件等的热量，从而将转子线圈、定子铁芯及绝缘材料维持在一定的温度水平，以确保汽轮发电机的运行可靠性.其中，定子线圈冷却水的循环依靠冷却水系统的水泵实现，而氢气的循环则需借助安装于转子上的风扇.由于不同通风系统的结构差异，导致冷却介质氢气在其内部流动的阻力也各不相同，且差异较大.因此，对采用不同通风系统的水氢氢汽轮发电机，为带走其转子线圈、定子铁芯、端部结构件等的发热量，需配置不同功率的风扇，风扇功率的不同将不可避免地对汽轮发电机的运行经济性产生一定影响..
由表1可看出，对于所比较的四种水氢氢汽轮发电机，转子线圈采用槽底副槽径向通风和气隙取气斜流通风型式、定子铁芯采用径向通风型式时，其通风系统效率明显较高.其原因是由于定子铁芯、转子线圈所采用的通风型式不同，尤其是转子线圈不同通风型式的结构之间存在较大差异：转子采用槽底副槽径向通风和气隙取气斜流通风两种通风型式时，主要依靠转子自身的离心泵压推动冷却气体在其内部流动，从而大大节约了风扇的功率；而转子采用轴向-径向通风型式时，其冷却气体的动力则主要来自风扇的压升，且此时定子铁芯也采用轴向通风型式，从而导致通风系统的阻力较高，因此风扇功率也相应较大.
3 结论
本文提出的通风系统效率概念，尚未考虑电磁、绝缘、制造、成本等因素，实际通风系统的选择，还需结合以上因素综合权衡.另外，对于通风系统效率定义中“风扇功率”问题，仅计入风扇本身的功率是否合理，仍需进一步分析.
参考文献
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作者简介
吴国建 黑龙江哈尔滨 单位：哈尔滨电机厂有限责任公司
论文作者:吴国建
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/4
标签：转子论文; 型式论文; 线圈论文; 定子论文; 汽轮发电机论文; 通风系统论文; 风扇论文; 《电力设备》2016年第7期论文;