大型汽轮发电机自采用空冷技术以来,以其结构简单、运行维护方便以及安全性高的优点,逐渐受到世界各国的重视。“燃气-蒸汽联合循环”发电技术的发展,全球对节能和环保要求的提高,以及全球用电量的增长,促进了空冷汽轮发电机开发单机容量更大的机组。目前增加发电机单机容量的主要途径是增加发电机的电磁负荷,随之而来的是绕组铜耗的增加,如果发电机通风冷却系统不能及时带走产生的热量,将造成发电机绕组温度急剧升高,严重时会烧损绕组和铁心,造成巨大的经济损失。为了保证电磁负荷增加后的空冷汽轮发电机正常运转,需要更好的通风冷却结构来控制发电机的温升。研究新型通风结构是空冷汽轮发电机向更大容量发展的必然条件,对于空冷汽轮发电机具有非常重要的意义。本文以一台150MW全空冷汽轮发电机为例,提出在定子齿部开设轴向通风孔的新型定子通风结构。首先,根据发电机实际结构尺寸,建立了发电机全域二维电磁场模型,计算得到了发电机气隙磁密、定子齿磁密和铁耗,将铁耗与实测值进行比较,验证了计算的准确性;进一步计算并分析了轴向通风孔的大小和位置对发电机气隙磁密、定子齿磁密和铁耗的影响。其次,根据发电机实际结构尺寸,建立了发电机半个轴向的二维全域通风系统流体网络模型,计算得到了发电机总风量、气隙风量、转子副槽风量和定子端部风量,将总风量计算值与实测值进行比较,验证了计算的准确性。为了增加轴向通风孔的风量,进一步提出了带有导流板的齿开孔结构,计算并分析了新型定子通风结构对发电机总风量和各支路风量的影响。在此基础上,建立了发电机定子一个整齿、两个半槽和半个轴向的三维流体模型,计算得到了气隙和定子径向通风沟的流体流动规律;进一步计算并分析了轴向通风孔的大小、位置和有无导流板对轴向通风孔和定子径向通风沟流体流动的影响。最后,基于流体和传热理论,建立发电机定子一个整齿、两个半槽和半个轴向的定子流动-传热模型,计算得到了发电机的定子温度分布规律,将绕组温度测点的计算值与实测值进行比较,验证了计算的准确性;进一步计算并分析了轴向通风孔的大小、位置以及有无导流板对定子绕组、绝缘和齿的最高温度、平均温度以及温度分布的影响。