李巧珍，徐國俊，張嘉康

(上海電氣電站集團技術研究與發(fā)展中心，上海 201612)

0 引言

汽輪發(fā)電機轉子副槽通風結構是汽輪發(fā)電機通風冷卻系統(tǒng)中經(jīng)常采用的一種通風結構[1]。它是通過轉子表面和副槽底部位置處離心力差構成氣體循環(huán)的壓力，是內(nèi)冷結構，屬于自通風方式。

在設計中需對副槽尺寸及形狀、徑向風道尺寸及形狀、節(jié)距、槽楔出風孔直徑，端部風道尺寸等作多種方案的比較，從而獲得了較合理的尺寸。

轉子副槽通風以其結構簡單，冷卻效果好，轉子繞組溫升均勻，不需要高壓風扇等優(yōu)點而被廣泛應用，國內(nèi)現(xiàn)在生產(chǎn)的200 MW以下的空冷發(fā)電機轉子基本都采用副槽通風結構。

筆者主要對轉子副槽通風結構進行介紹。

1 轉子副槽通風冷卻系統(tǒng)

冷卻空氣經(jīng)冷卻器冷卻后進入護環(huán)下進風區(qū)。護環(huán)下的環(huán)形空間分隔成4個區(qū)域，分別為2個進風區(qū)和2個出風區(qū)，其中磁極中心線處為出風區(qū)。一部分冷卻空氣進入轉子本體的副槽內(nèi)，經(jīng)轉子繞組上分布的徑向孔和槽楔通風孔流入氣隙;另一部分冷卻空氣進入端部軸向墊塊上的蛇形風道，沿蛇形風道行走，依次冷卻端部繞組的直線部分和圓弧部分，最后經(jīng)大齒通風溝排入氣隙。轉子副槽通風冷卻系統(tǒng)如圖1所示。

1.1 本體繞組通風

圖1 轉子副槽通風示意圖

副槽通風冷卻系統(tǒng)中，冷卻轉子本體繞組的風路走向為:氣體從轉子本體兩端進入槽底副槽中，經(jīng)過轉子繞組的徑向風道，冷卻繞組后從槽楔上的出風孔排入氣隙，如圖2所示。

圖2 轉子副槽通風示意圖

副槽結構主要有兩種，一種是直接在轉子槽的底部加工出副槽，圖3所示，另一種是將轉子繞組的最下面一根銅導體加工成副槽的形狀，圖4所示。槽底副槽結構加工方便，銅排副槽通風面積大。

圖3 槽底副槽

圖4 銅排副槽

為了使轉子沿軸向的風量分配均勻，從而達到轉子繞組溫升分布均勻，副槽軸向形狀可以是平的，也可以是傾斜的或階梯的，分別如圖5所示。

圖5 副槽軸向形狀

徑向通風道可以是單排的，也可以是雙排的;可以是直風道，也可以是變截面的交替風道。近年來隨著發(fā)電機容量的增加，為了提高冷卻效果降低轉子繞組溫升，多采用變截面的交替風道，因為該結構的通風道不僅提高了風道的散熱系數(shù)，還增加了風道的散熱表面積。圖6為徑向通風道示意圖。

圖6 徑向通風道

試驗研究表明，若單排直風道的散熱系數(shù)效果為1，則雙排直風道為1.72，變截面交替風道為3.76。根據(jù)設計要求，徑向通風道沿轉子軸向分布，既可以等節(jié)距分布也可變節(jié)距分布。

1.2 端部繞組通風

在副槽通風冷卻系統(tǒng)中，副槽通風是指轉子本體部分，轉子端部通風對空冷發(fā)電機而言通常為表面通風冷卻。端部繞組冷卻風道是開在繞組端部兩側面的固定墊塊上的，如圖7為軸向墊塊的風道，圖8為扇形墊塊的風道。軸向墊塊的風道是用來冷卻端部繞組的軸向部分，扇形墊塊的風道是用來冷卻端部繞組的弧線部分。冷卻轉子端部繞組的風路走向為:氣體經(jīng)軸向墊塊上的蛇形風道的入口，沿蛇形風道行走，依次冷卻繞組端部的直線和圓弧部分，最后經(jīng)大齒通風溝排入氣隙。

對大容量空冷電機而言，為了加強端部大號線圈的冷卻，在大號線圈的弧線部分采用Zig Zag通風結構。所謂Zig Zag通風是在大號線圈端部每根銅線的不同位置開有腰型通風孔，如圖9所示。對整個端部線圈便形成了階梯狀通風道，該通風道跨越端部的高低壓區(qū)，進行補充通風，使得整個轉子繞組溫度分布更加合理，如圖10所示。

圖9 腰型孔示意圖

2 溫度分布

副槽通風的優(yōu)勢之一為轉子繞組溫升均勻，圖11為某發(fā)電機廠1臺135 MW空冷發(fā)電機轉子本體軸向溫度分布設計計算值。

3 結語

汽輪發(fā)電機冷卻系統(tǒng)的選擇，既要考慮系統(tǒng)可靠性、成熟性，同時還要考慮制造廠的設計制造經(jīng)驗和客戶需求。副槽通風系統(tǒng)因其槽楔加工簡單，轉子表面風摩損耗小，不需要高壓風扇，轉子的冷卻氣體不經(jīng)過定子加熱，冷卻氣體的溫度低于氣隙中的氣體溫度，冷卻效果好，轉子繞組溫升均勻等優(yōu)點而被廣泛應用。

[1]丁舜年.大型電機的發(fā)熱與冷卻[M].北京:科學出版社，1992.