В статье выполнен обзор актуальных схем охлаждения современных высоконагруженных турбогенераторов большой мощности с полным воздушным охлаждением. Обозначены основные сдерживающие факторы, ограничивающие применение различных схем воздушного охлаждения, а также показаны перспективные направления развития схем воздушного охлаждения, способы повышения их эффективности. Сравнению подлежат две основные схемы воздушного охлаждения, применимые для турбогенераторов большой мощности: нагнетательная многоструйная и с независимыми контурами охлаждения ротора и статора. Особое внимание уделяется затратам мощности, расходуемой в этих схемах на охлаждение активных частей генератора. Потери на вентиляцию определяются расходом охлаждающего воздуха и удельным напором на перемещение единичного объема воздуха по контуру охлаждения, повышение эффективности системы охлаждения возможно за счет минимизации двух указанных параметров. Целесообразно при этом контуры охлаждения ротора и статора рассматривать отдельно. В работе показано, что для обоих упомянутых контуров охлаждения более высокую эффективность, т. е. меньшие затраты мощности на вентиляцию, обеспечивает вытяжная схема с независимыми контурами охлаждения ротора и статора. В контуре охлаждения ротора это обеспечивается благодаря применению неподвижного направляющего аппарата, обеспечивающего снижение удельного напора, подводимого к воздуху в напорных элементах ротора. При этом снижаются вентиляционный подогрев воздуха в роторе и расход охлаждающего воздуха, но при грамотном выборе величины начальной закрутки перед ротором в неподвижном направляющем аппарате влияние первого указанного эффекта доминирует над вторым. В контуре охлаждения статора, где лимитирующим горячим элементом являются зубцовая зона и обмотка сердечника, схема с разделением потоков оказывается более эффективной благодаря исключению отработанного горячего воздуха из зазора между ротором и статором из дальнейшего участия в охлаждении активных частей статора. В нагнетательной многоструйной схеме воздух из зазора выпускается через охлаждающие каналы выпускных горячих отсеков сердечника статора, что требует увеличения расхода в контуре охлаждения статора для разбавления горячего потока роторного контура и ведет к росту затрат в данной схеме охлаждения, а также вынуждает проектировщика усложнять данную схему введением дополнительных промежуточных воздухоохладителей и увеличивать габариты активных частей для снижения удельных электрических нагрузок и тепловыделения в них.
