[发明专利]空气冷却350MW汽轮发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及空气冷却汽轮发电机。

技术背景

电机的诞生已有一百多年的历史了，19世纪末欧洲就已经开始生产小型汽轮发电机了。我国的汽轮发电机制造起步较晚，1954年，国产第一台空冷汽轮发电机制造成功，容量为6MW。1958年，制造成功了25MW汽轮发电机。

20世纪30年代末以前，汽轮发电机基本处于单一的空气冷却阶段。从历史的观点看，汽轮发电机的发展趋势是增加单机容量。因经济性好而采用的大型汽轮发电机，其要求的冷却效果超过了空冷技术可能提供的程度，所以人们必然会把精力集中到寻求冷却水平更高级的介质上。当今世界上汽轮发电机使用的冷却介质，按其冷却效果的递增次序，分别是空气、氢和水，大型发电机的另一个重要的发展方向是利用超导技术。研制低温超导发电机的工作目前正蓬勃开展，因为这种技术显示有希望制造更大单机容量的发电机。然而，伴随着冷却水平的提高，发电机的结构变得越来越复杂，不仅需要越来越多的辅助装置和设备，而且给运行和维护也增添了许多麻烦。

空气是最简单的冷却介质，使用也最方便，但其冷却能力比较有限。例如与氢相比时，在单位体积热容量一定时，空气的导热率是氢的七分之一，在同样的绝对压力下，空气的密度为氢的十倍；更不用说与水相比了。然而，空冷发电机与其它冷却方式的发电机相比，结构最为简单，既不需要有耐压和防爆的机座，也不需要有特殊的密封系统，更不需要冷却介质的附加制造设备和调节装置。空冷机组的第一个优点是初次投资费用较少，虽然空冷发电机的单位材料耗量与氢冷发电机相比有效材料利用得差些，但是氢冷发电机由于氢气设施以及机组所需的气体密封性能、防爆性能等所需的额外耗费，使得氢冷发电机的制造费用比空冷发电机的制造费用要贵50％；空冷机组的第二个优点是运行和维护比较简单，从而其运行和维护费用较低，氢冷或水冷机组的管理人员需要经过专门的培训；空冷机组的第三个优点是大修所用的时间较短，提高了可用性，相反氢冷发电机的检修则比较复杂，在拆机修理前要用二氧化碳气体置换机内的氢气，修理好以后需要重新充氢才能再次使用；空冷机组的第四个优点是由于其结构简单、辅助设备少而有较好的可靠性与安全性。从机组整个运行时间考虑，尽管空冷机组效率稍低一点，但上述优点加在一起使空冷发电机在大多数场合比较经济实惠。

由于结构材料、绝热材料和有效材料的发展，计算机技术的应用，大型氢冷汽轮发电机制造经验的积累，以及由于受到燃气轮机——空冷发电机最常用的原动机——单机容量增长的推动作用，对空冷发电机的开发研究工作一直没有间断，空冷发电机的单机容量正在逐年提高，许多原为氢冷或水冷机组占居的容量等级正逐渐被空冷机组所替代。在20世纪60年代，国际上制造水平最高的生产厂家，其空冷发电机的单机容量不超过80MVA，我国的水平为30MVA。但进入20世纪70年代后，空冷发电机的单机容量迅速突破80MVA。七十年代初90MVA空冷机组投入运行。

现有的空气冷却汽轮发电机，包括机座、定子、定子绕组、轴承、转子、端盖、空气冷却器；穿过定子的转子的两端转动支撑在轴承上，定子设置在机座内；定子与转子有周向气隙；机座的两端有端盖，机座底部有底盖，机座底部两侧有底板；风罩设置在机座左右两侧并与底板相接；转子的两端设置有前后轴流风扇，转子沿轴向开有嵌线槽，设置在嵌线槽内部的转子绕组沿转子径向开有与嵌线槽的底部相通的嵌线槽风道；定子铁心段沿轴向间隔排列；沿转子轴向在转子和定子的外圆分别形成前进风区、两进三出五个风区、后进风区；前后进风区在定子前后端与前后端盖之间的转子的外圆，两进三出五个风区在定子的外圆；中间的一个出风区对应于定子的中间段部分。其中在定子中从前后轴流风扇吹出的风各分三路；第一路风经两个进风区沿定子铁心段之间的径向风道进入气隙；第二路风直接进入气隙；第三路风沿转子轴向进入嵌线槽，再沿嵌线槽风道进入气隙；所有进入气隙内的风经定子铁心段之间的径向风道进入三个出风区；三个出风区分别与空气冷却器的进口相通，空气冷却器的出口分别与前后进风区相通。由于一个出风区对应于定子的中间段部分，定子和转子的中间段均不能得到有效冷却；当汽轮发电机功率增大时，该问题尤其严重。另外，功率增大时，转子绕组温升高，现有的风路仍不能有效冷却转子绕组。

350MW(410MVA)空气冷却汽轮发电机就是在这种背景下发明出来的。

发明内容

本发明的目的就是提供一种350MW的空气冷却汽轮发电机，其冷却系统满足了整机的要求，运行可靠，有效地解决了转子绕组及转子中间段温升高的问题。