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摘要：大中型水轮发电机是发电机通风冷却系统的重要组成部分，发电机组的安全运行和技术支持都离不开空气冷却器，文章将通过空气冷却器技术和特点，对大中型水轮发电机组空气冷却器的技术方案进行探讨。
关键词：大型水轮发电机组；空气冷却器；技术方案
长期以来，水轮发电机空气冷却器采用传统的绕簧式结构，该空气冷却器制造工艺复杂、散热性差、散热管刚度弱、体积大、检修维护不方便等弱点，在总结国内外各类水轮发电机空气冷却器的设计、制造、安装、运行经验的基础上，借鉴当前汽车制造行业冷却器的特点，自行研发、制造出节能型水轮发电机空气冷却器。本文将真水轮发电机空气冷却改造和新电站空气冷却器的选用探索出了一条新路。
1、空气冷却器技术特点
换热片采用东方型高效穿片式换热元件，换热面积大，风阻低，换热效率高。螺栓采用高强度 8.8 强度等级并镀锌处理。采用高精度模具和专用换热片高速数控冲制加工中心制造换热元件，保证换热元件的加工精度。 冷却管与换热片之间的胀接采用专业管片推胀机，胀接后形成整体芯组，刚性好；在空气冷却器芯组中部设支撑，该支撑与支持壁通过螺栓连接，形成框架，保证了冷却器的刚性和稳定性。该结构在东方电机的大型水轮发电机空气冷却器中广泛应用，安全可靠。密封形式采用平面密封；密封材料采用丁腈橡胶板，该材料在东方电机的大型水轮发电机空气冷却器中广泛应用，密封性能可靠。水箱顶部设置自动排气阀，既可确保水箱内气体随时排除，又可避免水溢出。上水箱上设有便于吊装的吊耳。
2、东方型高效穿片式冷却器技术简介
2.1 换热元件介绍
随着强化传热技术的发展、相关理论研究的深入、计算机技术的应用，使得我们在先进的强化传热理论指导下用 CFD 软件对换热器进行流动及传热数值模拟分析，开发更先进的换热元件成为可能，2008 年东方电机开始了基于第二代扇形圆弧和矩形条缝换热元件的再优化开发。
圆弧型翅片的扇形开缝对翅片间流体进行了导流，使得流体的速度分布更为均匀。类似于流线形的开缝形式不会对介质流动造成过大阻力，以轴向旋涡发生结构为原型设计的圆弧型开缝布置可以改善圆管背风侧的涡量场和传热性能。沿流体流动方向排列较密的矩形开槽使得流体的边界层于不同高度交替发展，提高了翅片间流体边界层与流体中心区域的温度混合速度。
基于对上述两种换热片的研究结论，提出了结合上述两种片型几何特征优势为一体的双曲凸台新片型方案。 通过 CFD 计算分析双曲凸台片方案的可行性后，并采用控制变量法这一基本思路对换热片的各个几何参数（如开缝高度，开缝宽度，开缝长度，开缝弧度等）进行了详细研究，开发出东方第三代新型高效换热元件。东方第三代换热元件验证采用东方第三代换热元件设计制造的冷却器试验样机，于 2011 年 11 月委托至机械工业大型水电设备和大型电机产品质量监督检查中心（哈尔滨大电机研究所）与同规格尺寸的国外品牌冷却器试验样机进行了传热特性和风阻特性同台试验，获得对应的试验报告。试验结论根据试验所得回归方程对比东电冷却器试验样机、国外品牌冷却器试验样机的传热特点，得出以下结论：
（1）在水速为 1.0m/s 时，试验风速工况下东电冷却器试验样机传热系数高于国外品牌冷却器试验样机传热系数约 20% 。
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（2）在水速为 1.5m/s 时，试验风速工况下东电冷却器试验样机传热系数高于国外品牌冷却器试验样机传热系数约 18% 。
（3）在水速为 2.0m/s 时，试验风速工况下东电冷却器试验样机传热系数高于国外品牌冷却器试验样机传热系数约 15% 。
（4） 三台试验样机的风阻曲线基本一致。
2.2结论
综上所述，在 1.0m/s、1.5m/s、2.0m/s 三种水速工况下东电冷却器试验样机传热系数平均高于进口冷 却器试验样机传热系数约 18%，而且在水速降低（意味着耗水量减少）的趋势下，优势更为明显，新型高 效元件开发取得成功。
2.3 换热性能保证及工艺措施
2.3.1 采用的换热元件（换热片）的换热性能；采用成熟东方新型高效换热元件保证了产品的高效换热；
2.2.2 高精度数控冲制生产线配合高精度模具保证了换热片的加工精度；
2.2.3 固化的《气体冷却器装配工艺守则》、《气体冷却器芯体装配工艺守则》等工艺文件保证了制造过程的技术和质量的稳定；
2.2.4 通过反复的工艺试验以及样机试验验证来选取合适的工艺参数以保证换热片与冷却管之间胀紧联接的可靠性性。
2.3 工艺装备
2.3.1 承管板采用数控龙门钻床进行钻孔，保证了孔的精度及孔距精度，采用进口专用全自动胀管机对冷却管与承管板实施胀接。该机具有定扭矩功能，能确保每根冷却管与承管板管孔的胀接扭矩为同一固定值，且扭矩值可读，从而保证冷却管与承管板的胀接质量；
2.3.2 采用专用管片液压推胀机对冷却管与换热片实施胀接，该机能保证每根冷却管与换热片的胀接量一致，从而保证冷却器的换热性能；
2.3.3 采用 CG60 高速翅片数控生产线配合高精度模具冲制换热片，保证换热片几何尺寸精度达到设计要求。
结束语：
综上所述，冷却水自动控制系统在保证机组正常运行的前提下，可以达到节约冷却水的目的。可以相应减少。 机组台数多，需要冷却水的负荷多，长年累月的节水积累，节水量和节水效益巨大，因此在水电厂施行必要的节水措施，具有非凡的意义。
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论文作者:刘洪树
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/20
标签：冷却器论文; 换热论文; 样机论文; 水轮发电机论文; 空气论文; 元件论文; 系数论文; 《电力设备》2019年第14期论文;