2002№6 太电利L技术 e F 5；l、u o 讣j●^“j m电m一机～ 口部口 } 一分一 大型发电机用冷却器设计与计算 李广德，李净，安志华，刘双 (哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨150040) [摘要】本文给出了实际运行中的大型发电机用冷却器裕度实用判别法——冷风温度判别法，同时给出了 准确的冷邱器非正常工况的汁算法…一工作点计算法，井给出了与原有计算法的对比计算。 [荚键词]发电机：冷却器；裕度；非正常运行工况 f中图分类号]TM31[文献标识码]B [文章编号]1000—3983(2002)06-000l一04 and of in Generators The CalculationCoolers Design Large Ii Zhi—hua，LIU Guang—de，1JJiss，AN Sh“g Instituteof Elecme (Harbin Large Machinery，Harbin150040，China) a ofcooler’s Abstract：Thisout papergive8 newmethodtoiudgethecooler’8lllal西n，i．e．themethod of also medaodfor coolerwind．This coolercalculation abnormal temperature p8pergiv,*aprecise opera— a betweenoldandflew tioncondition，i．e．山ecooler’s calculation，and operationpoint gh‘escomparison method∞1cLllation． condition K印WOldS：generator；cooler；margin；abnormaloperation 计算就不很适合，不能反映冷却器的真实运作情况。 l前言 在非正常工况下的水轮发电机用冷却器计算是把事故 大型发电机用冷却器是采用密闭循环冷却方式的 状态下的冷却器去掉，由其它的冷却器完成热交换任 电机内用于散去其热损耗、降低电机温升、保证电机安 务。而此种算法只能说是估算，与真实的情况也不符合。 全可靠运行的冷却器件。由于在电机中一般都采用水 因此需找出一种全新的计算方式，首先让冷却器设汁 一空或水．氡冷却器，因此其空侧或氢侧的散热能力是 中的裕度让人能看明白，尤其是让运行中的机组能自 制约冷却器性能的关键。为此，一般空侧皆采用肋片 我显示出来。其次要把冷却器的真正运行点计算出 结构，如绕簧虱、绕片式．#}‘刺式、穿片式等。通常冷却 来，并找出一种令人信服的非正常工况下的冷却器性 器设计是给出需带走的损耗，通过的气体流量，冷却水 能计算方式。本文在此方面做了探讨，提出以冷却 量，水温及允许的气体最大冷风温度，设计出冷却器的 器出风温度来代表冷却器的裕度，并给出了冷却温度 具体结构尺寸，同时给冷却器留有一定的冷却裕量。 与冷却器裕度的关系曲线。对于用户来说，冷却器随 这时的冷却器实际上的』=怍点并没有给出。在非正常 着运行时阔的增长．其裕度会降低，这时能够最终靠运行 工况下，EU一-单元冷却器退出时，汽轮发电机能带 温度来监视冷却器的裕度。同时给出了对应于冷却器 80％额定负倚，或满足某种特殊负荷；水轮发电机能带 真正运行状态的冷却器非正常工况下的计算方式。此 100％负荷。在非正常工况下的汽轮发电机用冷却器 计算方式能真正反映冷却器的运作时的状态。本文可用于 计算沿用的足美国两屋公司给出的汁算公式，而此公 指导冷却器的设计，避免了汽轮发电机盲目加大冷却 式实质上给出的是按散热面积换算的新的对数温差。 器裕度所造成的浪费。尤其是对于运行单位可通过监 如在两组并联的冷却器(每组由两或多个冷却单元串 视冷却器的出风温度随时知道冷却器的裕度，避免因 联)中，其中一组冷却器巾某一单元退出运行，按此种 冷却器的问题造成生产事故。 万方数据 2 人，蛆发电机用冷却群敬讣勺i簧 2fX)2IX06 不使发电机定、转子温度超过允许值。 2冷却器工作点计算及冷却器裕度的新的表 示方法 斑羽习：1 + 斟 、＼【 一 在发电机冷葫l器的殴计中，为保证帆组的长期安 ，盎 ：r、∑ 『I 一一 堍 1一 全可靠运行，必须给冷却器留有一定裕度。通常汽轮 昂 I、 凳 发电机用冷却器裕度不低于20％，水轮发电机崩冷却 ．t ± 主 器裕度不低于15％。而设计中并没明确给m冷却 ∞∞∞m。Ⅷ篇Ⅷ 一10—8 6—4—20 2 4 6 8 10 器垂E给定工作状态下的运行数据，就连泼计人员电不 冷风温度与允许的最丈冷M温度之差(12k) 很清楚。事实上由于有裕度的存在，玲却器在给定的 换热容量、过流风崴、冷却水流量、冷却水温及允许的 RIl 冷却器裕度与冷风温度与允洱的最人冷风 最大冷风温度的情况下，其冷风温度将小于允许的最 温度之差的关系曲线 太冷风温度。玲却器一经设计完毕，其传热系数就是 已知的，在此情况下通过冷却器设汁的逆运算，这个工 430。 ＼ 作点是非常容易求得的。事实上埘应于不l司的裕度， 20 ＼k}· 此冷风温度也不相同。不同的冷风温度同时能作为 l1： I＼ !!：、 { 冷却器裕度的另外一种表达方式。进·步研究可知： 萋-一∞10 ＼ 对于具有同样裕度的不同冷却器，其冷J孔温度可能不 l}l X 同，即冷风温度与允许的最大冷风温度之差还与允许 ：器 —8 —6 —4 —2 D 2 4 6 8 的最大冷风温度与冷水温度之差有关。可以事先给出 砖风温l筻与允许的最大玲风温度之整(7k1 裕度和冷风温度与允许的最大冷风温度之差的一族曲 图2冷却器裕度与冷风温度与允许的煨大冷风 线(以允许的最大冷风温度与冷水温度之差为变量)， 温度之差的关系曲线 在此曲线中查取冷却器裕度。经冷却器设计的逆运 算，图l～3给出了三根水轮发电机、汽轮发电机常用 l { I 的曲线，相应于允许的最人冷风温度与冷水温度之差 430。 ＼ 20 ＼： }一 为40一28=12，40一33=7，46—33=13。例如一组空 卜＼! 冷125MW汽轮发电机用冷却器，设汁冷水温度33℃，l 1。0 I卜∑． 、o{ 允许最大冷风温度40℃，其运行时的冷风温度 墓一-。10 H— I、卜、 36．8℃．则查40一33=7的曲线，则可知纵坐标相应于浚冷却器裕度为 一10—8—6—4—2 22％。而实际上电厂中的冷却器运行时冷水温度经常 冷风掘度与允许的最大冷风温度之差(13k) 不在设计值上，只饔发电机带满负荷，即热耗与额定值 图3玲却器裕度与冷风温度与允许的最大冷风 相同，这时仍可以冷风温度判别冷却器裕度。如上例， 温度之差的关系曲线℃。这时仍 按原设计查40—33=7的曲线水轮发电机停一单元冷却器的运行计算 最大冷风温度为28+7=35，丽冷风温度与允许最大 对1’水轮发电机来说，单台机组冷却器较多，在设 冷风温度之差为31．8…353．2，冷却器裕度(指在 计中无需考虑每组冷却器由两个或多个冷却单元串联 额定工况下)仍为22％。 组成，停一单元冷却器即停一组冷却器。目jf『使用的 讣算方法是f{j剩下的冷却器带走所有损耗，不计苒工 3退出～单元冷却器工作点计算 作点。事实上是所剩冷却器的冷风弓事故状态冷却器 随着列电机安全可靠性的要求慢慢的升高，水轮发 的热风混合，重新进入电机内部，tll：,H,．t的冷风温度为泄 电机设计多数都要求挣一组冷却器能带满额定负荷 台后的温度，此温度不高于40℃，则町保证电机在额定 (参数可能有些变化．如冷却水温)，而汽轮发电机都要 T况下安全可靠运行。针对此种情况，以热姒温度段 求在停一单兀冷却器的情况F带80％的额定负衙，而 所带走的损耗两变量作为迭代照，对所剩冷却器选代 万方数据 20ff2№6 人电机技术 3 求解出热帆温度、冷风温度，最后联合事故冷却器求混 风向 台后的温度，用4_itP,J’水轮发电机冷却器非正常工 况P‘的汁算框图。 t ， l 2蛆 3．2汽轮发电机停一单元冷却器的运行计算 z 。 l 由于汽轮发电机的冷却器比较少，凼此每组冷却 器都是由二单元冷却器串联(风路串联，水路并联)组 成的，要求发电机的冷却器其中一单元退出时，能够带 引5汽轮发电机用冷却器非正常工况示意简图 满80％的额定负荷，其简图如嘲5所示。 如其中单元4退出运行，则单元I、2及单元3将 式中：nm——切断单元前的对数温差； 重新分配换热容鼍，由于其非线性的特性，换热容量将 7h～一切断单元后的温差； 不是平均分配，此时组l冷却器和组2冷却器中的单 n——冷却器组的串联单元数日(仅对风路顺 元3冷却器将在同…热风温的情况下分配换热容量， 序而言)。 而由各自的出风温度￡21、t22混台形成新的冷风温度 出风温度按下式汁算： t：。此时冷却器运行的特点是在同一热风温度值的条 m (乃一乃)一(n—r1) ”” 件下，由不同单元承担各自的散热容量，以往采用的计 Ⅷn一乃 算公式如下。 2·3109首青 非正常运行时的对数平均温差按下式计算： 式中：r1，乃～进水和出水温度； Tm：Tmo【l+1／(口一1)] ／4=x+△m——热风温度； 恐=x～一出风(冷风)温度； △弛——气体的温升； 砌——退出一个单元后的对数平均温差。 这个公式是源于美国西屋公司的，从公式中可以 知道，此公式只是按冷却器的散热面积进行估算的，不 能真正反映冷却器的运作时的状态。 在这里我们采取如下算法，以热风温度及所带走 的损耗两变量作为迭代量，对两组冷却器进行迭代，其 中所带走的损耗以两组冷却器的和与所要求的值相等 为准，最后迭代求出热风温度，图6示出了汽轮发电机 用冷却器非正常工况的算法框图。 4冷却器工作点的对比计算 4．1水轮发电机冷却器对比计算 (1)以术京电站的冷却器设计计算为例进行计算 分析 电机总风量 仉=16．250 (m3／s) 需排出的损耗P=380．00 (kW) 冷却器数 Ⅳ=8 水路数 N，=4 冷却器进水温度Tw=30．000(。c) 冷却器出风温度 ro=40．000(℃) 总水量 QⅣ=149．628(m3／h) 图4水轮发电机冷却器非正常工况下的计算框图 传热余量 肘=36．25％ 万方数据 4 大型发电机片j冷却器设计与计算 20023／06 经计算有效冷却器的热风温度为59．33屯，玲风 温度为35．03℃，单台有效冷却器带走54．29kW损耗， 混合后的冷风温度为38．07％。由此可知，此时的冷 却器已接近界限状态，而不像原计算法所显示的那样。 4．2汽轮发电机冷却器对比计算 阻空玲63MW汽轮发电机的冷却器设计计算为 例，此机组要求一单元冷却器退出运行，能够带满额定 负荷。 数4，每组由2单元冷却器串联组成) 电机总风量 (m3／s) qo=24．000 P=1162．00 需排出的损耗 (kw) 冷却器数 N=4 水路数 Ⅳ口=2 冷却器进水温度 ％=33．000(℃) 冷却器出风温度 To=40．000(℃) (矗／h、 总水量 Qw=299．256 传热余量 M=43．25％ (2)一单元冷却器退出运行后的非正常工况计算 (原算法) Tmo=P／(^x
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