QF―35～45―2系列空冷汽轮发电机新型风路结构

摘要：文章阐述了定转子结构及降低温升的措施，确定了发电机的风路结构，介绍了空冷器及测温装置，并与现有类似产品及标准要求的温升性能进行对比，性能优良。

关键词：空冷汽轮发电机；产品结构；风路设计；性能对比

中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0137-02

1 概述

随着市场对QF型30MW以上空冷汽轮发电机的需求，开发QF型30MW以上空冷汽轮发电机成为公司的重点项目，利用电磁计算对35MW空冷汽轮发电机进行计算，电磁计算中定转子温升超标，原有的定子空外冷冷却方式、转子空外冷冷却方式已不能满足通风冷却的需要，35MW空冷汽轮发电机与30MW汽轮发电机相比，定转子更细长，热量不易散出，这就需要一种新型风路结构来降低定转子温升，定子采用空外冷模压线圈，转子采用空心导线空内冷冷却方式，可有效降低发电机温升。

2 设计方案

2.1 定转子结构及降低温升的措施

该系列发电机采用密闭循环空气冷却方式，定子由机座、定子铁心和定子绕组组成。其中发电机机座为钢板焊接，结构轻巧坚固，定子多风室通风，加强风路密封，提高了冷却效果。定子铁心由彼此绝缘的优质硅钢片沿轴向叠压起来，以减少涡流损耗；合理布置端部阶梯，并在齿上开有窄槽，压圈、压指等采用非磁性材料，在端部形成了良好的漏磁屏蔽，降低了较高线负荷引起的端部附加损耗；控制槽满率不能太高，以利于槽内导线的散热；定子通过其背部定位筋和端部压圈拉紧固定，按不同风区轴向分成不同宽度的铁芯段，使整个铁芯上的温度分布均匀。定子线圈设计为双层叠绕组模压线圈，由多股玻璃丝包扁铜线迭成，桐马粉云母带连续包扎模压成型，为降低直线部分的附加损耗，选用了较薄的股线并进行了360°换位，线圈端部采用短渐开线结构，有效降低了端部损耗。定子风路中结构件均磨圆角，保证圆滑，降低风摩系数，减少了风摩损耗。

转子采用25Cr2Ni4MoV优质合金钢整体锻件，转子线圈为同心分布式绕阻，材料为空心含银电解铜合金，转子槽绝缘和匝间绝缘采用OMO复合材料，减薄了绝缘厚度，提高了槽满率和匝间绝缘的可靠性，改善了冷却效果。转子两端风扇由离心式改为效率较高的轴流式，加强通风能力。相对空外冷冷却方式，空内冷系统结构复杂，对冷却空气要求十分干净。

2.2 风路介绍

发电机有两条对称于发电机中心的空冷回路。冷却空气由电机转子两端风扇打入，一部分冷却空气进入转子线圈端部区域，冷却转子绕组端部，然后进入气隙。一部分冷却空气直接进入气隙，在此处与来自转子端部线圈的冷却空气汇合，然后冷却转子本体表面。另一部分冷却空气对定子线圈端部冷却后，沿轴向风道进入机座中部，冷却铁心和绕组后，进入气隙，再冷却转子本体中部。然后与前两部分冷却空气汇合，经过定子铁芯中的径向通风道冷却定子绕组和铁芯后回到空气冷却器。经冷却后，再回到风扇，形成循环。定子绕组采用空外冷模压线圈冷却方式，热流经通风管，从绕组绝缘传至铁芯，由流经铁芯径向通风道的冷却空气冷却铁芯。发电机机座作为定子通风风道，把冷风区和热风区间隔开，以使轴向温度均匀分布，定子通风为两进三出。

转子导体中风路是冷风从中心环和转轴之间吹进转子，进入转子绕组端部风腔，在槽入风口处冷风进入空心导体。在导体中，这部分冷风分成两部分。一部分冷风通过槽中的空心导体到达转子中心部位，从那里穿过空心导体和槽楔上的径向孔进入气隙。另一部分冷风通过绕组端部空心导体，到达磁极轴线部分，从那里它由空心导体内排出，最后通过转子体端部的月牙槽进入气隙。

该风路将气流分成多股，使冷空气尽可能地与发电机的所有发热部分相接触，优先冷却发电机温升比较高的定子端部、转子端部，然后冷却发电机本体部分，因此发电机各部分都能均匀地得到冷却。

2.3 空冷器

30MW配的空气冷却器为740kW空冷器，已经不能满足QF-35～45-2系列空冷器的冷却需要，需开发900kW空冷器。新空冷器共5组，每组容量180kW，冷却空气量20m3/s，冷却水量320m3/h，水压降18140Pa，风压降432Pa，进水温度33℃，冷却气体温度40℃。

发电机热空气经通风风道排到空冷器中，与空冷器冷却管中的水进行热量交换，冷却后的空气经空冷器下部空间进入发电机两侧，由转子风扇打入发电机，实现密闭循环，空冷器中的热水通过出水管道排到凉水塔中。

2.4 温度检测装置

为了保证发电机稳定运行，设计了完备的温度检测装置。定子测温采用12只双支Pt100电阻测温元件，其中6只放置在定子线绕组上下层之间测量线圈温度，6只放置在定子铁心内测量铁心温度。在机座热风区和出风口分别装设WSS-401型双金属温度计和2只WZP2-190铂热电阻用以测量出风温度。在两侧端盖进风口处各装设WTYY-1020型电阻温度计1只用以测量进风温度。

3 性能对比

与QF-30-2 10500V空冷汽轮发电机相比，QF-35-2 10500V发电机定转子内外径没变，长度增加了200，采用新型风路结构后，定子绕组温升、定子铁心温升、转子温升并没有随容量增加而上升，反而处于比较低的水平，满足国标要求，性能指标优良。

4 结语

QF-35～45-2系列空冷汽轮发电机新型风路设计中力求结构安全可靠、使用维护方便、制造工艺合理。在满足产品性能和结构要求的前提下，充分考虑产品的系列化、标准化和通用化，提高设计的继承性，该新型风路对于开发更大容量的QF型空冷汽轮发电机有很好的借鉴意义。自2011年设计成功后的一年里该系列发电机已订货6台，其中2台已运行，用户反映很好，将创造良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]陈世坤.电机设计[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]邓桂民，王耀.国产首台220MW空冷汽轮发电机[J].发电设备，2006，（20）.

[3]李隆年.电机技术[M].北京：清华大学出版社，1992.

作者简介：董江伟（1981―），男，山东济南人，山东齐鲁电机制造有限公司发电机研究所工程师，研究方向：发电机；万金平（1979―），男，山东济南人，山东齐鲁电机制造有限公司发电机研究所工程师，研究方向：发电机；肖智毓（1978―），男，山东济南人，山东齐鲁电机制造有限公司发电机研究所工程师，研究方向：发电机。