本發(fā)明涉及一種對大型汽輪發(fā)電機(jī)軸流風(fēng)扇效率及功耗的確定方法，適用于大型汽輪發(fā)電機(jī)，屬于發(fā)電機(jī)總體設(shè)計(jì)內(nèi)的通風(fēng)冷卻技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
當(dāng)前，大型汽輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行效率較高，通常為99％左右，約1％的發(fā)電機(jī)損耗，通常包含定轉(zhuǎn)子繞組的銅耗、定子鐵耗、機(jī)械損耗以及附加損耗等。其中，風(fēng)扇損耗是機(jī)械損耗的重要組成部分，對其效率及功耗進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，具有十分重要的工程意義。風(fēng)扇的功耗可通過式(1)計(jì)算得到：式中：Pz表示風(fēng)扇功耗(KW)，Δp表示風(fēng)扇靜壓升(Pa)，Q表示風(fēng)扇流量(m3/s)，η表示風(fēng)扇效率。對式(1)稍加變形，即可得到風(fēng)扇效率的定義式。一般而言，在葉輪機(jī)械領(lǐng)域，風(fēng)扇效率往往是研究者感興趣的重要性能參數(shù)之一，在進(jìn)行試驗(yàn)測試時(shí)，Pz、ΔP、Q三者為可測量，從而根據(jù)式(1)確定風(fēng)扇在不同工況下的效率。但在汽輪發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，由于在其設(shè)計(jì)制造過程中，風(fēng)扇往往直接熱套在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，而發(fā)電機(jī)運(yùn)行或廠內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，由汽輪機(jī)或大功率拖動電機(jī)驅(qū)動，風(fēng)扇隨轉(zhuǎn)子一同轉(zhuǎn)動。因此，較難精確地把風(fēng)扇的功耗從拖動電機(jī)功率中分離出來。換句話說，由于此時(shí)Pz、η二者均為未知量，因此無法用式(1)來確定風(fēng)扇的效率。這就意味著必須尋求另外一種方法來求取風(fēng)扇的效率，進(jìn)而可通過式(1)來確定發(fā)電機(jī)風(fēng)扇的功耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在汽輪發(fā)電機(jī)領(lǐng)域確定發(fā)電機(jī)風(fēng)扇的功耗為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種大型汽輪發(fā)電機(jī)軸流風(fēng)扇的效率和功耗確定方法，其特征在于，包括以下步驟：第一步、測量得到軸流風(fēng)扇的進(jìn)口靜壓P1、進(jìn)口溫度T1、出口靜壓P2、出口溫度T2；第二步、計(jì)算軸流風(fēng)扇的效率η，式中：a、b、c分別為考慮軸承軸封摩擦損失、泄漏損失、風(fēng)扇外殼散熱損失的修正系數(shù)，T2s為等熵出口溫度，式中：k為氣體絕熱常數(shù)，Cp為空氣的定壓比熱，υ1為軸流風(fēng)扇入口處氣體在壓力P1、溫度T1狀態(tài)下的比容；第三步、計(jì)算軸流風(fēng)扇的功耗Pz，式中：ΔP為軸流風(fēng)扇靜壓升，Q為軸流風(fēng)扇的流量。采用本發(fā)明后只要測量出風(fēng)扇的進(jìn)、出口壓力，以及進(jìn)、出口溫度，而無需知道風(fēng)扇的功耗，即可推算出風(fēng)扇的效率，進(jìn)而可以根據(jù)測試得到的風(fēng)扇進(jìn)、出口壓差以及流量，然后可進(jìn)一步得到風(fēng)扇的功耗。本發(fā)明采用熱力學(xué)法確定大型汽輪發(fā)電機(jī)風(fēng)扇效率和功耗，克服了目前汽輪發(fā)電機(jī)行業(yè)中由于風(fēng)扇功耗現(xiàn)場較難測試，進(jìn)而無法準(zhǔn)確確定風(fēng)扇效率的局面，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。具體實(shí)施方式本發(fā)明采用熱力學(xué)方法確定汽輪發(fā)電機(jī)風(fēng)扇效率及功耗，其技術(shù)原理如下：熱力學(xué)法主要是測量以進(jìn)出口壓力、溫度等較為方便測量的物理量來替代軸功率、流量等不易測量的物理量，進(jìn)而計(jì)算得到流體機(jī)械效率的方法。熱力學(xué)法較早成功運(yùn)用于泵效率的測量，近年來該方法亦用于電站鍋爐風(fēng)機(jī)等效率測量，獲得了滿足工程精度要求的結(jié)果，為提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性提供依據(jù)，但未見在汽輪發(fā)電機(jī)行業(yè)有應(yīng)用的文獻(xiàn)報(bào)道。根據(jù)熱力學(xué)原理，理想氣體在風(fēng)扇葉片流道內(nèi)的流動為等熵壓縮過程，實(shí)際上，由于氣體黏性和可壓縮性的存在，葉片流道內(nèi)的流動是不可逆壓縮過程，這些流動損失轉(zhuǎn)化為熱能，且絕大部分為氣體所吸收帶走，因此，其溫度要高于等熵壓縮過程的出口溫度。這樣，只需要測量風(fēng)扇進(jìn)出口溫度和壓差就可以計(jì)算求得風(fēng)扇效率。從熱力學(xué)原理推導(dǎo)風(fēng)扇效率的一般表達(dá)式為：式中：(h2s-h1)為等熵壓縮過程的焓升，(h2-h1)為實(shí)際過程的焓升，h1、h2分別為氣體在軸流風(fēng)扇進(jìn)、出口處的焓，h2s為按等熵壓縮過程達(dá)到實(shí)際軸流風(fēng)扇出口靜壓P2時(shí)的焓，c1、c2分別為氣體在軸流風(fēng)扇進(jìn)、出口處的平均速度，z1、z2分別為軸流風(fēng)扇進(jìn)、出口處的高度，g為重力加速度，Ex為軸流風(fēng)扇軸提供的能量中，未被氣體帶走的外部損失，包括軸承軸封摩擦損失、泄漏損失、以及風(fēng)扇外殼散熱損失。對于一般汽輪發(fā)電機(jī)而言，其多級軸流風(fēng)扇進(jìn)出口處于同一高度，軸流風(fēng)扇進(jìn)出風(fēng)面積基本不變，由于氣體流經(jīng)風(fēng)扇的溫差很小，可以認(rèn)為此過程的定壓比熱為常數(shù)；同時(shí)，將氣體按理想氣體處理，因此，焓為溫度的單值函數(shù)，損耗Ex按線性回歸，認(rèn)為是溫差的一次函數(shù)，式(2)可簡化為：式中：T2s為等熵出口溫度，T1、T2分別為軸流風(fēng)扇的進(jìn)、出口溫度，a、b、c分別為考慮軸承軸封摩擦損失、泄漏損失、風(fēng)扇外殼散熱損失的修正系數(shù)。對于大型汽輪發(fā)電機(jī)，一般來說軸流式風(fēng)扇可忽略軸承軸封摩擦損失、泄漏損失，由于風(fēng)扇進(jìn)出口溫度同環(huán)境溫度相差很小，也忽略外殼散熱因素。根據(jù)熱力學(xué)原理，理想氣體等熵壓縮溫升為：式中：k為氣體絕熱常數(shù)，Cp為定壓比熱，υ1為軸流風(fēng)扇入口處氣體在壓力P1、溫度T1狀態(tài)下的比容。因此，只要測量出軸流風(fēng)扇的進(jìn)、出口壓力，以及進(jìn)、出口溫度，而無需知道風(fēng)扇的功耗，即可按照式(3)、(4)推算出風(fēng)扇的效率，進(jìn)而可以根據(jù)測試得到的風(fēng)扇進(jìn)、出口壓差以及流量，然后據(jù)式(1)即可進(jìn)一步得到風(fēng)扇的功耗。在空氣狀態(tài)下，按空轉(zhuǎn)工況對某1100MW半速水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行通風(fēng)試驗(yàn)(額定轉(zhuǎn)速為1500rpm)。采用多點(diǎn)畢托管裝置，將其安裝在風(fēng)扇入口處，以測量風(fēng)扇流量及進(jìn)口壓力，同時(shí)在風(fēng)扇出口處測量風(fēng)扇的出口壓力，以及風(fēng)扇進(jìn)、出口空氣溫度。為了確保測試數(shù)據(jù)的可靠性，試驗(yàn)分別在2種不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行(即500rpm、600rpm兩種轉(zhuǎn)速)，每種轉(zhuǎn)速均穩(wěn)定運(yùn)行半小時(shí)后，測量并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)?？辙D(zhuǎn)條件下，分別對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速500/600rpm時(shí)的風(fēng)扇進(jìn)出口壓力、溫度進(jìn)行測量，并采用公式(3)、(4)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示。表1通風(fēng)試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)及結(jié)果注：**發(fā)電機(jī)額定工況：轉(zhuǎn)速1500rpm，冷卻工質(zhì)為98％的氫氣和2％的空氣混合物，表壓0.52MPa。