CN107210651A - 用于冷却发电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用穿流发电机的冷却空气冷却发电机的方法，其中相对于冷却空气在发电机的负载运行中的密度，降低冷却空气在发电机的空转运行中的密度，在所述空转运行中，发电机无源地以发电机所连接的电网的电网频率旋转。

Description

用于冷却发电机的方法
技术领域
本发明涉及一种利用穿流发电机的冷却剂冷却发电机的方法。
背景技术
大型发电站发电机，尤其呈涡轮发电机形式的发电站发电机，典型地具有99％的效率。也就是说，机械功率的仅1％没有转换为电流，而是转换为热量，必须通过特殊的冷却措施将所述热量从发电机中导出，以便不超出预设的最大温度。
随着非集中式再生发电越来越多地传播，需要所谓的移相发电机，所述移相发电机时而在负载运行中将无功功率转换为有功功率并且时而在空转运行中仅无源地以所述移相发电机所连接电网的电网频率旋转。
为了对涡轮发电机进行内部冷却或通风，使用常规的轴流式风扇，所述轴流式风扇设置在涡轮发电机的轴上并且提供冷却空气流。这种涡轮发电机的损耗被细分为：电损耗，尤其欧姆损耗和涡电流损耗；由于涡轮发电机的转子部件的旋转而引起空气摩擦损耗，主要是在涡轮发电机的转子部件和定子部件之间的缝隙中的空气摩擦损耗；和通过待产生的冷却空气体积流引起的空气循环损耗。
在涡轮发电机的空转运行期间，电损耗虽然减少了在涡轮发电机的定子中的欧姆损耗，但是在具有内部的通风装置的涡轮发电机中，空气摩擦损耗和空气循环损耗仍保留，进而由于缺少功率转换而具有重要影响。在空转运行期间对于冷却必要的空气体积流能够是明显更小的。
空气摩擦损耗能够借助于下述形式的关系式来估计(参见Bohl,Elmendorf：Technische(技术流体力学))：
也就是说，损耗功率随着半径R的五次方和角速度ω的三次方增长并且与冷却剂的空气密度ρ成比例，所述冷却剂通常是空气。CM是摩擦系数。空气循环损耗同样随着冷却剂的密度增长。
在电机转动时，能够代替内部通风利用外部通风进行冷却，所述外部通风能够与转动的电机的转速或者负载无关地实现，然而需要附加的部件。
空气冷却的发电机能够实现直至大约400MW的功率大小，由此空气摩擦是主要的。因此，在发电机较大时，通常用氢气作为冷却剂进行冷却，这对于发电机的壳体的密封性和安全性的提出了高的要求。
发明内容
本发明的目的是，提高发电机的效率，尤其提高移相发电机的效率。
按照根据本发明利用穿流发电机的冷却空气冷却发电机的方法，至少暂时地相对于冷却空气在发电机的负载运行中的密度，降低冷却空气在发电机的空转运行中的密度，在所述空转运行中，发电机无源地以发电机所连接的电网的电网频率旋转。
根据本发明，能够至少暂时地在发电机的空转运行期间，也就是说，当需要更小的散热时，通过冷却空气的较小的密度降低空气摩擦损耗。由此，在空转运行中，能够实现更小的功率需求，并且确保冷却，而不需要附加的部件，例如不需要外部的风扇。这尤其在空转阶段的时间比例较大的情况下带来发电机的整体效率的明显提高。
在整个空转运行期间，也能够相应地相对于冷却空气在发电机的负载运行中的密度降低冷却空气的密度。
在空转运行中通过提高冷却空气的空气湿度降低冷却空气的密度。在使用冷却空气时，由于水的摩尔质量较小，能够降低冷却空气的密度，其中冷却空气用水润湿。在发电机的负载运行中，由于要保持击穿强度，冷却空气的空气湿度的这种提高是不可行的。
通过至少部分地用氮气替代冷却空气，降低冷却空气在空转运行中的密度。纯氮气与空气相比具有更小的密度。越多空气通过氮气替代，所形成的冷却空气的密度就越小。在这种设计方案中，发电机必须借助于闭合的循环回路冷却，冷却空气在所述循环回路中循环。发电机的壳体为此必须被密封。也能够存在用于混入氮气的配量装置，借助于所述配量装置也能够进行氮气的再配给。至少部分地增加了氮气的冷却空气也能够用于在发电机的接下来的负载运行期间进行冷却，以便在负载运行中也降低空气摩擦损耗。
通过用低于燃烧下限的氢气至少部分地替代冷却空气，降低冷却空气在空转运行中的密度。由此能够在空转运行中，但是也能够在发电机接下来的负载运行中，在空气摩擦更小的条件下进行发电机的冷却。此外，不需要耗费的密封和安全措施，因为未达到燃烧下限。
优选通过提高再冷却温度，降低冷却空气在空转运行中的密度，所述再冷却温度用于冷却空气的再冷却。此后，在发电机的空转运行中，代替在发电机的负载运行中必要的再冷却温度，使用相对于其提高的再冷却温度，这造成冷却空气的温度的降低从而造成冷却空气的更小的密度。例如能够通过再冷却循环回路中的冷却流体的较高的流动速度或者通过其它用于提高再冷却循环回路的功率的措施引起再冷却温度的提高。
优选通过在发电机的壳体内部形成负压，降低冷却空气在空转运行中的密度。由此，能够降低在发电机的空转运行中的空气摩擦损耗，然而也能够降低在发电机的随后的负荷运行中的空气摩擦损耗。然而，由此冷却空气的散热能力降低。
所述方法的前述设计方案能够以单独方式或者以彼此任意组合的方式或以彼此亚组合方式用于降低冷却空气的密度。

Claims (3)

1.一种利用穿流发电机的冷却空气冷却所述发电机的方法，
其中相对于所述冷却空气在所述发电机的负载运行中的密度，降低所述冷却空气在所述发电机的空转运行中的密度，在所述空转运行中，所述发电机无源地以所述发电机所连接的电网的电网频率旋转；
其中通过提高冷却剂的空气湿度，降低所述冷却剂在所述空转运行中的密度，
其中通过用氮气至少部分地替代所述冷却空气，降低所述冷却空气在所述空转运行中的密度；
其中通过用低于燃烧下限的氢气部分地替代所述冷却空气，降低所述冷却空气在所述空转运行中的密度。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中通过提高再冷却温度，降低所述冷却空气在所述空转运行中的密度，所述再冷却温度用于再冷却所述冷却空气。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中通过在所述发电机的壳体内部形成负压，降低所述冷却空气在所述空转运行中的密度。
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