P_空冷汽轮发电机的通风系统设计.pdf

1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 空冷汽轮发电机的通风系统设计 Design of Air cooling Turbogenerator Ventilation System 李广德 张伟红 哈尔滨电机有限责任公司 Li GuangdeZhang Weihong Harbin Electrical Machinery Company Limited 摘要 本文论述了新型空冷机组的通风结构 计算方法 及其设计思想 关键词 副槽 空冷汽轮发电机 Abstract A new cooling configuration calculation method and design thought are described in this paper Keywords sub slot air cooling turbogenerator 1 前言 随着国民经济的不断发展 我国热电联营电厂 自 备联合循环电厂的不断建立 中小型汽轮发电机有了 广阔的市场 空冷汽轮发电机 结构简单 维修方便 不需要其 他辅助设备 提高了电机运行的安全可靠性 因此 国 内外10 200MW的汽轮发电机都趋向于采用空内冷 电机 目前空冷机组的设计基本是定子整浸以增强热传 导 采用多路径向通风表面冷却结构 而转子本体采用 现代的副槽直冷技术 端部为单路通风 直接冷却 此 种通风结构需对副槽冷却风沟风速分布 端部通风及 整个系统通风进行计算 2 转子通风设计 转子端部通风方式为单路通风 即从端弧部的大 齿位置进风 流经线圈内部 至本体的槽楔出风口出 风 进入定子一风区温升计算 是以一个槽的端部为计 算对象 如图1所示 采用三维方式计算 其中气体单 图1 端部通风及温升计算图 21 空冷汽轮发电机的通风系统设计1998 4 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 独作为一维空间 共分三大部分 端弧 端直及出风口 部分 把气体单独作为一维空间 可省去列受控源支 路的方程 计算起来易于实现 转子本体采用副槽通风方式 是一种直冷式 冷 风依靠风扇的压力 从转子本体端部进入护环内 然后 分成两路 一路流入端部 另一路经副槽流到槽部 铜线的径向风道 冷却线圈后经过槽楔上的通风孔排 入气隙 从空气动力学观点看 转子槽部线圈的通风 计算就是在一定的进口静压 护环下 出口静压 气隙 内 和转子自身离心压力下 求解副槽和径向风路中的 流量和压力分布 其冷却结构简图如图2所示 图3 为副槽通风的简化计算图 图2 转子副槽通风结构简图 1 副槽2 本体线圈的径向出风沟3 端部线圈的径向出风沟4 护环 图3 副槽通风简化计算图 对图3的节点A与B之间应用Bernonlli s方程 可得 PB CV V AB 2 PA CX V AB VAA 2 CF V AA 2 CV V AA 2 1 式中 PB CDB CFRV V B 2 PGB PRB 2 PA CDA CFRV V A 2 PGA PRA 3 VAB VB ALS VAA 4 ALS VRV AA XD 5 将式 2 5 代入 1 整理得 CD B CFRV CV CX ALS 2 194 V B 2 2CV VAA ALS VB PGB PGA CDA CFRV V A 2 CF V AA 2 0 6 令 A CDB CFRV CV CX ALS 2 B 2CV VAA ALS C PGB PGA CD A CFRV V A 2 CF V AA 2 可得 A V B 2 B VB C 0 即有A点的VAA VA 可从式 7 计算得B点的 轴向风速VAB 径向风速VB PA PB 副槽内A B两点的气体静压 VAB VAA 副槽内A B两点的轴向气体风速 VA VB A B两点处的径向气体风速 CV 风速的压力系数 CX 气体扩张的压力损失系数 CF 气体摩擦损失系数 311998 4大 电 机 技 术 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved PGA PGB A B两点对应的径向风沟出口气体静 压值 气隙处 PRB 径向风沟产生的离心压头 AA XD 副槽的通风面积 ARV 径向风沟的通风面积 CDA CDB 对应A B两点的径向风沟出口损失系 数 为非线性参数 是由一子程序完成 其值计算的 从最末一个径向风沟开始计算 先假设该处径向 风速 依次对各个径向风沟计算 反复迭代 直到进口 处静压和已给的静压相等 在计算中 各系数CX CF CDA CDB的正确选择对结果的正确性具有很大的影 响 副槽转子本体温升是以一个径向通风沟作为计算 对象 采用三维热网络进行计算 考虑了齿的导热 气 隙气体的散热及径向风沟气体的散热 3 副槽通风模型的设计制造 3 1 目的 1 通过改变副槽通风结构的各试件尺寸及通风 的压力 来研究其对通风效果的影响 2 通过模型实测来校验计算方法的正确性 可靠 性 3 对空冷60MW汽轮发电机的设计结构实验 为设计提供可靠的依据 3 2 试验方法 1 模型的总体是依据空冷60MW汽轮发电机的 设计结构而设计的 模型比例为1 1 自动满足模型的 动力相似准则 即雷诺数相似准则 模型总长为 1 604m 径向通风孔 16mm 在出口处有螺纹孔 可 换不同的 出风口塞 来改变出风口尺寸 副槽的基体 为高45mm 宽30mm的孔 可通过不同的 副槽变形 块 来改变副槽的尺寸 2 槽型的径向风沟风速是用 QDF 3型热球式 电风速计 测量的 实验前后用毕托管进行了标定 虽 然如此 由于仪表要求每使用10min需调零 而做一次 实验都要2030min 因此测量中出现误差是难免的 副槽内的静压是用U型管测量的 它作为一组参考数 据 4 计算与实测的对比 图4是计算与实测的对比图 从图中可看出计算 值与实测值的误差较小 能满足工程需要 能较好地反 映实际情况 计算和实测表明 1 副槽本体采用倾斜副槽较直槽具有更好的通 风效果 2 副槽通风的 出风口塞 的截面为径向通风孔 截面的0 25 0 6倍 通风效果较好 3 出风口塞 的不同组合 配之于副槽的斜槽 等 会使通风效果更好 图4 副槽转子径向风沟风速分布计算与实测的对比图 5 系统通风设计 系统通风为多路径向结构 在转子轴流风扇的作 用下 气体通过铁心背部的进风管进入到各自的进风 区 再经由气隙进入不同的出风区 经铁心背部的出风 管进入冷却器 最终回到风扇的入口处 形成闭合的风 路结构 它可等效为一通风网络进行计算 由于转子 端部通风和本体副槽的存在 在网络中考虑为一恒流 源流经系统的出风区 这样网络为一带有恒流源的非 线性网络 采用线性化处理 根据流量连续性定理迭代 求解 6 整个通风系统设计的计算过程 通风系统设计的目的是使定转子温升尽量均匀 而且在许用范围之内 图5示出了通风系统设计的计算框图 其中 为 松弛迭代因子 整个系统计算的关键是气隙的压力分布 它是定 转子通风计算的连接纽带 副槽通风计算需要输入气 隙压力 在系统计算中气隙压力是计算的输出结果 最 终收敛到一定值 41 空冷汽轮发电机的通风系统设计1998 4 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 图5 通风系统设计计算框图 7 空冷60MW汽轮发电机设计实例 图6示出了60MW汽轮发电机副槽转子径向风 沟风速分布 图7为60MW机通风系统的等效风路图 经网 络计算得 系统总压力 Ps 5250Pa 系统总风量 Q 23 70m3 s 一 五风区出风量 8 554m3 s 一 四风区进风量 3 369m3 s 图6 60MW汽轮发电机副槽转子径向风沟风速分布 三风区出风量 3 296m3 s 图7 60MW机通风系统的等效风路图 Z1 2 19 Z2 6 83 Z3 5 63 Z4 0 148 Z5 7 65 Z6 3 22 Z7 17 97 Z 1 02 风扇安装角为28 转子本体总风量为 2 88m3 s 转子本体最高点温升为 76K 转子本体平均温升为 64K 转子端部总风量为 1 26m3 s 转子端部最高点温升为 61 42K 转子端部平均温升为 43 5K 转子平均温升为 56 14K 8 结论 副槽转子通风设计 计算经副槽通风模型验证是 较准确的 能满足工程设计需要 此通风系统设计方 法已应用于空冷汽轮发电机的设计中 被证明是有效 的 收稿日期 1997 10 27 李广德 Li Guangde 生于1964年2