最新设计的大功率空冷汽轮发电机定子冷却的实验研究

摘要

限制间接气体冷却汽轮发电机容量的主要决定因素是定子线圈的发热。通常减少定子线圈发热的主要思路是增加定子齿部的对流换热能力。能够达到本设计的目的，归功于在邻近径向风沟的定子齿部开狭长轴向风沟，让旁路冷却气体通过。从而，增加了定子齿部的总冷却面积，减少了热流从线圈到轴向冷却风沟的部分路径，同时增大了径向风沟的传热系数。利用通风孔间隔装置，在径向风沟中形成了大量不同分布的冷却气流。并且对于各个不同布置的风沟，在很宽的风量及热负荷范围内做了一些试验，测量了局部风速、风温及风沟表面的温度。为了研究传热过程，利用径向风沟表面的气流与温变分布的可视化作为附加工具。最后，观察到了径向风沟和轴向风沟中热传递的综合特性，同时采取了有关优化设计方面的一些措施。由实验室实验得知，新冷却系统贵在给定风速时径向风沟里的传热系数增大。在适当的风速下，新设计的冷却系统径向风沟的平均传热系数比传统设计的高了45％～60％。这可能与人为的气流紊流和分支气流进入轴向风沟导致边界层被破坏有关。例如，一般径向风沟或U型风沟里的风速为25m／s时，沿齿表面的平均传热系数是122W／m2K。然而在最新设计的冷却系统中，依靠径向风沟里通风孔的闻隔排列，在空气支路通过轴向风沟和相同风速下，对应的传热系数值达到了180-205W／m2K。参考容量为265MVA的汽轮发电机，定子齿部冷却的总结果使定子绕组温度和齿部温度减少了22～25℃。现在，这个新设计用于容量超过300MVA的空冷汽轮发电机。