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【摘 要】从当前我国大型灯泡贯流式水轮发电及通风冷却技术掌握的情况入手，阐述多种灯泡贯流式水轮发电机通风冷却方式，分析其优势及缺点，提升使用效果，使其更好的为经济发展服务。
【关键词】灯泡贯流式;水轮发电机;通风冷却
引言：
我国的水力资源是比较丰富的，而且水电研发工作一直以来都是电力发展重要方向之一。近年来，水电站投资建设工作不断发展，各种低水头电站项目林立，需要通过灯泡贯流式水轮发电机组保证电站的正常运行。灯泡贯流式水轮发电机组是上世纪80年代引入到国内的，经过多年来的不断研究与发展，安装技术与制造技术都已经日渐成熟，但是在通风冷却方面却依然存在较大的问题，影响机组运行的稳定性，所以必须要对通风冷却技术进行分析。
1.灯泡贯流式水轮发电机特点
灯泡贯流式水轮发电机是安装到灯泡体内的，为了全面提升水轮机流道特性，保证其正常运转，在对发电机外形尺寸进行设计时，要参考灯泡比。灯泡比是发电机定子基座外径和水轮机直径比值，通常情况下比值均在1.0左右，通过控制发电机直径尺寸的方式来明确铁心长度[1]，进而对发电机电磁参数等成本产生影响，这一特点在发电机通风冷却影响方面是比较明显的，而且给发电机通风冷却系统带来了较大的负面影响，所以相關研究人员也一直在思考如何改进通风冷却系统设计质量[2]。
2.通风方式
因为灯泡贯流式发电机和日常工作中比较常见的发电机相比，要明显超过常规发电机的值，而且定转子气隙比较小，且内部构成较为复杂，所以发电机通风系统风阻降压也要比常见的发电机大。因为机组的转速比较低， 所以在依赖发电机自己旋转或者是加装风机产生风压要比常见的发电机更低，是不能满足通风系统需求的，所以目前所用的灯泡贯流式发电机都是通过加风机的方式来强迫通风的[3]。
3.冷却方式
水轮发电机通常情况下都是通过空气介质密封循环的方式来完成冷却的，将灯泡内的气压情况作为出发点，提升冷却质量。。随着近年来的不断实践与科学技术的不断发展，灯泡贯流式发电机一般都是通过常压密闭循环空气冷却的方式进行冷却的，分为一次冷却、二次冷却等。在灯泡贯流式发电机中小型机组中，铁心贴壁结构是比较常见的一种散热方式，全面利用发电机运行过程中会产生的热传导[4]，将发电机损耗部分通过定子机座的方式让河水带走，进而辅助通风冷却系统正常工作，保证发电机运行过程中的温度适中且保持在正常的状态之下，减少发电机灯泡内的不必要设置。因为灯泡贯流式发电机的内部空间是比较小的，所以通过该方式来节约灯泡贯流式发电机内部空间是切实可行的。但是因为发电机发热膨胀等负面因素的制约，定子铁心和定子机座内壁贴紧程度不同，如果不能得到妥善的处理，会影响基座散热作用的正常发挥[5]。
3.1一次冷却
一次冷却也是常见的密闭循环空气冷却，发电机可以通过循环空气介质冷却的方式在冷却了发电机以后，将热空气流经水气换热器之后再打入到发电机中，进行后续循环冷却。常见的水汽换热器冷却水为河水，可以由电站直接完成供给。一次冷却技术不仅结构简单，而且从近年来的实际应用情况来看，工作效率也比较高，可以在大中型以及小型的灯泡贯流式发电机中使用，限制范围比较小，已经在国内外得到了广泛的使用。如果使用河水来辅助冷却，会对换热器产生一些影响，所以该冷却模式更加适合在水质比较清洁以及水生物数量比较少的河流电站中使用，减少换热器冷却管内壁水生物吸附以及泥沙淤积的产生几率[6]。
3.2二次冷却
二次冷却是双密闭循环空气冷却方式，该冷却方式由两路密闭循环系统构成。两种系统分别为循环冷却空气-发电机由循环空气介质冷却，冷却以后发电机热空气流经水气换热器冷却之后再进入到下一循环的冷却中。而另一路则为循环冷却水，是发电机循环空气先通过水气换热器进行冷却，冷却循环空气循环水通过水换热器来完成冷却，通过水泵将其打入到密闭的系统中，进行二次冷却。二次冷却循环冷却水通常情况下都会使用比较清洁的水资源，通过软化处理之后再使用，对水气换热器的负面影响是比较小的。冷却水密封循环还可以重复使用，在运行和维护方面的难度都比较小，和河水的水源没有直接关系，所以可以在水质比较差的水电站中使用。但是因为二次热交换温差有一定的硬性需求，所以在水气换热器水、气方面的温差和一次冷却方式相比，都比较小，导致所需的水气换热器散热面积增大，使换热器的外形增加大，灯泡头内部空间也会更加拥挤，所以二次冷却方式较多的用在灯泡体较宽敞的大型灯泡贯流发电机中使用。因为机组在运行的过程中会消耗掉一部分循环水，所以需要设置给水箱来补充循环水。二次冷却所使用的水换热器需要根据实际情况来确定布置方式。通常情况下，水-水换热器会设置成灯泡体夹层，最大化的利用外部流道水流以及循环水来实现热交换，且该技术已经在我国许多地区得到了应用，效果良好。随着运行时间的不断增加，水流当中的淤泥淤积以及水生物吸附等情况必然会出现在水-水换热器的表面，影响换热器效果的正常发挥，提升发电机的温度。
3.3定子铁心铁壁冷却
定子铁心贴壁冷却是比较常见的一种散热方式之一，如果仅使用定子铁心紧贴定子机座内壁和流道水流来实现交换散热，一般是不能满足发电器散热需求的，但是作为一种辅助散热的方式来说，该方法的应用范围却比较广泛，在许多地区都获得了广泛的使用，可以带走发电机40%左右的不必要损耗。定子铁壁结构优点比较明显，可以减少发电机能耗，使发电机电磁参数、结构设计以及通风冷却系统都逐渐趋于正常。可以通过该方式来减少通风冷却系统工作压力，降低布置在灯泡体内的通风冷却元件容量，使灯泡体内的空间更加简洁明亮，便于后期维护。这些优点都是别的通风冷却技术所不具备的，所以许多灯泡贯流式发电机都开始将定子铁心铁壁辅助冷却这一工作方式和其余的冷却方式相互结合起来使用，整体效果良好。
4.结束语
近年来，随着社会经济及科学技术的不断发展，传统的发电厂冷却系统及冷却方式已经不能满足时代发展的需求，需要更换冷却系统。本文从目前我国大型灯泡贯流式水轮发电及通风冷却技术掌握的情况入手，阐述了通风冷却系统，分析几种比较常见的通风冷却系统。通风冷却设计在灯泡贯流式发电机中是十分重要的，如果设计不够合理，会对发电机的温度产生影响，阻碍发电机出力，最终导致资源浪费。
参考文献：
[1]韩力，李辉，马辉，严欣平. 大型灯泡贯流式水轮发电机的通风与温升[J]. 大电机技术，2010，05：1-4.
[2]胡玄，王凤岐，郭伟，许红静. 灯泡贯流式水轮发电机通风系统流场的数值模拟[J]. 工程设计学报，2014，02：144-147+169.
[3]郑发平，宋文武，李建秀. 灯泡贯流式水轮发电机通风冷却的计算研究[J]. 西昌学院学报（自然科学版），2011，01：41-43.
[4]李伟力，宋厚彬，杨逢瑜. 水轮发电机通风散热系统多场耦合的数值分析[J]. 电机与控制学报，2013，10：85-90.
[5]宋厚彬，李伟力，杨逢瑜. 轴径向支架安放角对灯泡贯流式水轮发电机通风结构的影响[J]. 江苏大学学报（自然科学版），2013，03：281-286.
[6]宋厚彬，李伟力，杨逢瑜. 转子支架径向安放角对通风冷却系统影响的数值分析[J]. 水力发电学报，2013，03：252-257.
【关键词】灯泡贯流式;水轮发电机;通风冷却
引言：
我国的水力资源是比较丰富的，而且水电研发工作一直以来都是电力发展重要方向之一。近年来，水电站投资建设工作不断发展，各种低水头电站项目林立，需要通过灯泡贯流式水轮发电机组保证电站的正常运行。灯泡贯流式水轮发电机组是上世纪80年代引入到国内的，经过多年来的不断研究与发展，安装技术与制造技术都已经日渐成熟，但是在通风冷却方面却依然存在较大的问题，影响机组运行的稳定性，所以必须要对通风冷却技术进行分析。
1.灯泡贯流式水轮发电机特点
灯泡贯流式水轮发电机是安装到灯泡体内的，为了全面提升水轮机流道特性，保证其正常运转，在对发电机外形尺寸进行设计时，要参考灯泡比。灯泡比是发电机定子基座外径和水轮机直径比值，通常情况下比值均在1.0左右，通过控制发电机直径尺寸的方式来明确铁心长度[1]，进而对发电机电磁参数等成本产生影响，这一特点在发电机通风冷却影响方面是比较明显的，而且给发电机通风冷却系统带来了较大的负面影响，所以相關研究人员也一直在思考如何改进通风冷却系统设计质量[2]。
2.通风方式
因为灯泡贯流式发电机和日常工作中比较常见的发电机相比，要明显超过常规发电机的值，而且定转子气隙比较小，且内部构成较为复杂，所以发电机通风系统风阻降压也要比常见的发电机大。因为机组的转速比较低， 所以在依赖发电机自己旋转或者是加装风机产生风压要比常见的发电机更低，是不能满足通风系统需求的，所以目前所用的灯泡贯流式发电机都是通过加风机的方式来强迫通风的[3]。
3.冷却方式
水轮发电机通常情况下都是通过空气介质密封循环的方式来完成冷却的，将灯泡内的气压情况作为出发点，提升冷却质量。。随着近年来的不断实践与科学技术的不断发展，灯泡贯流式发电机一般都是通过常压密闭循环空气冷却的方式进行冷却的，分为一次冷却、二次冷却等。在灯泡贯流式发电机中小型机组中，铁心贴壁结构是比较常见的一种散热方式，全面利用发电机运行过程中会产生的热传导[4]，将发电机损耗部分通过定子机座的方式让河水带走，进而辅助通风冷却系统正常工作，保证发电机运行过程中的温度适中且保持在正常的状态之下，减少发电机灯泡内的不必要设置。因为灯泡贯流式发电机的内部空间是比较小的，所以通过该方式来节约灯泡贯流式发电机内部空间是切实可行的。但是因为发电机发热膨胀等负面因素的制约，定子铁心和定子机座内壁贴紧程度不同，如果不能得到妥善的处理，会影响基座散热作用的正常发挥[5]。
3.1一次冷却
一次冷却也是常见的密闭循环空气冷却，发电机可以通过循环空气介质冷却的方式在冷却了发电机以后，将热空气流经水气换热器之后再打入到发电机中，进行后续循环冷却。常见的水汽换热器冷却水为河水，可以由电站直接完成供给。一次冷却技术不仅结构简单，而且从近年来的实际应用情况来看，工作效率也比较高，可以在大中型以及小型的灯泡贯流式发电机中使用，限制范围比较小，已经在国内外得到了广泛的使用。如果使用河水来辅助冷却，会对换热器产生一些影响，所以该冷却模式更加适合在水质比较清洁以及水生物数量比较少的河流电站中使用，减少换热器冷却管内壁水生物吸附以及泥沙淤积的产生几率[6]。
3.2二次冷却
二次冷却是双密闭循环空气冷却方式，该冷却方式由两路密闭循环系统构成。两种系统分别为循环冷却空气-发电机由循环空气介质冷却，冷却以后发电机热空气流经水气换热器冷却之后再进入到下一循环的冷却中。而另一路则为循环冷却水，是发电机循环空气先通过水气换热器进行冷却，冷却循环空气循环水通过水换热器来完成冷却，通过水泵将其打入到密闭的系统中，进行二次冷却。二次冷却循环冷却水通常情况下都会使用比较清洁的水资源，通过软化处理之后再使用，对水气换热器的负面影响是比较小的。冷却水密封循环还可以重复使用，在运行和维护方面的难度都比较小，和河水的水源没有直接关系，所以可以在水质比较差的水电站中使用。但是因为二次热交换温差有一定的硬性需求，所以在水气换热器水、气方面的温差和一次冷却方式相比，都比较小，导致所需的水气换热器散热面积增大，使换热器的外形增加大，灯泡头内部空间也会更加拥挤，所以二次冷却方式较多的用在灯泡体较宽敞的大型灯泡贯流发电机中使用。因为机组在运行的过程中会消耗掉一部分循环水，所以需要设置给水箱来补充循环水。二次冷却所使用的水换热器需要根据实际情况来确定布置方式。通常情况下，水-水换热器会设置成灯泡体夹层，最大化的利用外部流道水流以及循环水来实现热交换，且该技术已经在我国许多地区得到了应用，效果良好。随着运行时间的不断增加，水流当中的淤泥淤积以及水生物吸附等情况必然会出现在水-水换热器的表面，影响换热器效果的正常发挥，提升发电机的温度。
3.3定子铁心铁壁冷却
定子铁心贴壁冷却是比较常见的一种散热方式之一，如果仅使用定子铁心紧贴定子机座内壁和流道水流来实现交换散热，一般是不能满足发电器散热需求的，但是作为一种辅助散热的方式来说，该方法的应用范围却比较广泛，在许多地区都获得了广泛的使用，可以带走发电机40%左右的不必要损耗。定子铁壁结构优点比较明显，可以减少发电机能耗，使发电机电磁参数、结构设计以及通风冷却系统都逐渐趋于正常。可以通过该方式来减少通风冷却系统工作压力，降低布置在灯泡体内的通风冷却元件容量，使灯泡体内的空间更加简洁明亮，便于后期维护。这些优点都是别的通风冷却技术所不具备的，所以许多灯泡贯流式发电机都开始将定子铁心铁壁辅助冷却这一工作方式和其余的冷却方式相互结合起来使用，整体效果良好。
4.结束语
近年来，随着社会经济及科学技术的不断发展，传统的发电厂冷却系统及冷却方式已经不能满足时代发展的需求，需要更换冷却系统。本文从目前我国大型灯泡贯流式水轮发电及通风冷却技术掌握的情况入手，阐述了通风冷却系统，分析几种比较常见的通风冷却系统。通风冷却设计在灯泡贯流式发电机中是十分重要的，如果设计不够合理，会对发电机的温度产生影响，阻碍发电机出力，最终导致资源浪费。
参考文献：
[1]韩力，李辉，马辉，严欣平. 大型灯泡贯流式水轮发电机的通风与温升[J]. 大电机技术，2010，05：1-4.
[2]胡玄，王凤岐，郭伟，许红静. 灯泡贯流式水轮发电机通风系统流场的数值模拟[J]. 工程设计学报，2014，02：144-147+169.
[3]郑发平，宋文武，李建秀. 灯泡贯流式水轮发电机通风冷却的计算研究[J]. 西昌学院学报（自然科学版），2011，01：41-43.
[4]李伟力，宋厚彬，杨逢瑜. 水轮发电机通风散热系统多场耦合的数值分析[J]. 电机与控制学报，2013，10：85-90.
[5]宋厚彬，李伟力，杨逢瑜. 轴径向支架安放角对灯泡贯流式水轮发电机通风结构的影响[J]. 江苏大学学报（自然科学版），2013，03：281-286.
[6]宋厚彬，李伟力，杨逢瑜. 转子支架径向安放角对通风冷却系统影响的数值分析[J]. 水力发电学报，2013，03：252-257.