气体流经通道的阻力为hf=(ld+)1.25+u22g(1)式中:hf为阻力;为沿程阻力系数;l为通道长度;d为水力直径;为局部阻力系数;u为气体流速;Re为雷诺数;v为运动粘度;A为横截面积;S为横截面上流体与固体接触周长。
转子风斗的改进转子槽楔进、出风斗合理的空气动力形状是保证导体内有足够气体流量的关键因素。进、出风斗的结构分别决定了进风斗的取风压力和出风斗的甩风压力,影响转子的取风量,因此转子槽楔设计的优劣直接影响到转子绕组的冷却效果。为此,各汽轮发电机制造商和相关研究机构对转子槽楔的结构进行了不断地改进和优化。转子槽楔经历了从显式到半隐式,最后到全隐式的发展过程。
从提高取风能力的角度考虑这3种结构型式,显风斗的取风能力最好,半隐式次之,全隐式最差。显式进、出风斗中风斗的凸出固然有利于内冷系统的取风,可以降低转子绕组的温度,但是,一方面增加了转子风摩损耗和设备的运行噪声;另一方面给转子部件的吊装、存放、运输及拆装带来诸多不便。特别是目前相当一部分优化型600MW汽轮发电机进、出风斗凸出转子表面高达25mm,其风摩损耗和运行噪声相对较大,同时温升裕度也较大。若以后开发1000MW气隙取气氢内冷型式的汽轮发电机则会存在一定的困难,而隐风斗具有风摩损耗小、噪声低和运输安装方便的优点。因此将汽轮发电机凸出转子表面的显风斗改为凹入转子表面的隐式风斗不仅是必要的,而且是可能的。
哈尔滨电机厂有限公司针对300MW汽轮发电机将显风斗改为隐风斗,改进后的隐风斗使机械损耗由原来的2070kW降低到1266kW,降低了38.8%,取风系数由原来的0.2降低到0.16,效率由98.92%提高到99.02%,达到了世界先进水平<4,5>.对凹入转子表面的隐风斗结构优化的研究是今后一段时间内气隙取气斜流通风研究的一个重要方向。
进、出风斗的取风能力和甩风能力取决于风斗进出口间的压力差。进风斗的作用是将气隙内冷却气体的切向运动改变成斜流通道内的近似径向运动,而出风斗与进风斗恰恰相反,是将斜流通道内的近似径向运动改变成气隙内的切向运动。
随着对汽轮发电机性能要求的不断提高,对隐式风斗会提出更高的要求,这就需要对隐风斗的结构进行深入的理论研究和实验研究,使风斗的结构达到最优化,使其结构最大程度地接近流线型,在保证冷却效果的前提下尽量减小通风损耗,提高氢内冷汽轮发电机的效率。