1、1QF35452 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
2、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2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，
3、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
4、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3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
5、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
6、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-3545-2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
7、部空间进入发电机两侧，由转子4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
8、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-3545-2 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 51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。 （责任编辑：黄银芳）
