灯泡贯流式水轮发电机通风系统设计

1、灯泡贯流式水轮发电机通风系统设计发表日期：2006-03-06 浏览人数： 477 jj 来源： HYPERLINK t _blank 网络收集 HYPERLINK o 查看更多评论 评论 0条 1 引言 随着能源工业的开展,低水头水力资源的开发受到了普遍重视,在低水头水电站建立中,灯泡式机组以其高效率,低造价的优势得以较大的开展。我公司自行设计制造的灯泡贯流式水轮发电机组。图 1发电机剖面图.“Y形导风弯管 2.空冷器 3. 轴流风机 4.定子 5. 转子 3 通风系统的特点 灯泡式机组因受灯泡比的影响,发电机的直径要比常规机组小,Lt/t 值大,对发电机的通风冷却不利。同时,机组转数低,转

2、子直径小,依靠转子自身和装在转子上的风扇建立起来的风压满足不了通风冷却的要求,因此需要采用外加鼓风机的强迫循环通风方式。4 热损耗的排出在发电机内产生的损耗一起的发热,需通过一套冷却系统将温升控制在一定的范围内, 对于简接空冷的贯流是水轮发电机,有两种散热方式:(1) 由定子构造件产生的损耗热直接传递到水中.此种方式适合于贴壁构造的电机。由于灯泡体处于水下,河水是冷却介质,壳体传递到水中的损耗包括定子轭部损耗,齿部损耗和槽内铜耗等损耗的一局部。(2) 全部损耗热由机组中的冷风排除,即冷却空气在循环过程中,再通过气隙,极间及定子铁心背部时将电机的全部损耗热带走。在电机内部产生的损耗热,全部或局部

3、的传递给了空气。再传递过程中冷风变成了热风,因此为了使发电机的损耗源源不断地传递出去,必须有冷、热风的循环。灯泡式水轮发电机采用密闭循环通风.为了到达在密闭循环中的冷却目的,热风还需变成冷风,即冷却空气所携带的损耗热还需传递出去,通常有以下两种方法:a. 通过空气冷却器将冷却空气所携带的损耗热传递给冷却水。这需要建立一套复杂的冷却水循环系统。热风在循环过程中将热量传递给壳体,由壳体再传递给河水进展冷却。但是,由于空气在金属上传热系数较低,为了尽可能冷却热风,可在灯泡体内侧装焊散热筋来增加散热面。单在灯泡体内装焊散热筋,增加了工艺难度,更重要的是增加了制造本钱。此外,热风在带筋的灯泡体内冷却时,

4、还需有较高的气流速度才能得到较高的传热系数.因此,带筋构造还会产生较高的通风损耗.基于上述原因,机组采用常规的空气冷却装置,而不用装焊散热筋装置。机组通风系统采用轴向强迫密闭通风构造,且定子铁心贴壁。针对这种构造建立了如图2,图3所示的热网络图。河水(28C)齿部轴向隙空气(tA1) 气隙空气(tA2)端部空气(tA3)图2 定子热网络图图 3 定子热网络等效电路图tA(空气温升)=45C图4转子热网络图图5 转子热网络等效电路图温升计算根本公式如下:(1) 热传导导热根本定 q=-lgradt式中 q 热流强度,W/m2l导热系数, W/m2CQ =(t2-t1)/ Rr式中 t2，t1 物

5、体两侧的外表温度, CRr导热热阻, CQ单位时间内通过等温面的总热量,W(2) 热的对流Dt=t4-t3=q/a=QRa式中 q热流强度,W/m2a散热系数,W/m2 Ct4,t3流体,固体的温度, CRa 散热热阻, Ch/kalQ单位时间内通过等温面的总热量,W6. 通风构造形式灯泡式水轮发电机具体的通风构造形式,安空气流动的方向分强迫循环轴向通风冷却方式和轴,径向强迫循环混合通风冷却方式.水轮发电机由于容量不大,铁心较短(Lt=730mm),采用了常压密闭循环轴向强迫通风方式。该水电站的SFWG3000-40/3300水轮发电机的通风系统(如图4)均设置在灯泡体内,运行时冷却空气由3台

6、轴流风机驱动,到达机组内部循环。冷却空气流动途径为(如图4)通风系统等值线路图所示)风机电机上游侧空腔转子幅板孔电机下游侧空腔气隙、齿部轴向通风孔以及转子机间电机上游侧空腔空气冷却器(6个) Y形通风管(3个) 风机(3台).其中每两个空冷器共用一个风机,电机上、下游侧都有隔离密封板与灯泡头侧和水轮机侧隔开,从而形成密闭循环轴向强迫通风构造。在运行中,工作人员可平安地进入灯泡头内,对机组的集电环、电刷、冷却系统和油水管路等进展检查。此外,还可以有效地防止水轮机侧和灯泡头侧的潮湿气体及脏物进入发电机,使碳刷或刹车粉尘也不会污染发电机,有效地保证了机组内的清洁度,延长了机组的检修周期及寿命。7.

7、通风系统设计及计算通风计算根本公式如下:(1) 局部损耗H=zg/2g (2)磨擦损耗H=lrl/2g 式中 H 风压降,PaQ风量, /Sg 气体比重S 风道面积,z 局部阻力系数l 风道长度,m 等效水力直径,mg 摩擦系数先初步却定通风系统的具体构造尺寸(如风机,空气冷却器和通风管的选型等),计算各局部的风阻,再利用风网络迭代法,用计算机计算出各局部的风量。温升计算时,根据温升计算根本公式,可以看出温升计算可借助电网络的方法来进展计算.因此,先把热网络图等效成电路图(如图3 ,图5),即热阻等效成电阻,热损耗等效成恒电流源,温度等效成恒压源,温升等效成电压,热量等效成电流,利用节点法求出

8、各支路和节点的电流和电压,也就是各部件传递的热损耗及温升。如温升不合理,就要重新对通风系统进展设计, 直到温升计算合符要求。机组在进展通风系统设计时,考虑到灯泡体外壳处入水中,长时间运行之后,会有泥沙和水生物附着在灯泡体外壳上,影响灯泡体外壳的散热,同时,贴壁构造的定子铁心与机座壁的间隙大小对从铁心轭部传到机座的损耗热影响也非常大,而这一间隙受到工艺的影响。因此,为保证机组长期平安运行,机组在进展通风系统设计时,不考虑从机座直接传入到河水中的损耗热,把损耗热看成全部由冷却空气带走。其热网络图如图6,对应的等效电路图为图7。tA1(齿部轴向隙空气)=45 C tA2(气隙空气)=45C TA3(

9、端部空气)=45C图6 定子热网络等值图二8 结论根据计算通风和温升计算结果,水轮发电机各局部温升均小于相应的温升限度。计算风量大于电机所需风量的20%,说明设计是合理的.实际运行情况说明,机组定转子实际运行温升与计算温升相近。通过机组的设计,有以下以下几点体会:(1) 通风系统选用轴向强迫循环通风方式,还是选用径,轴向强迫循环混合通风方式。应根据机组的容量.转速和铁心长度来确定。图 7 定子热网络等效电路图二图8 通风系统等值线路图(2) 对采用贴壁构造的电机,有温升计算可知,贴壁情况的好坏对电机机定子局部的温升影响很大。因此,在工艺上应严格保证此间隙。(3) 冷却系统各部件的设计应具有一定的裕度。即在一个空气冷却器或风机发生故障时,不会