空冷汽轮发电机转子风道结构对传热的影响

大型空冷汽轮发电机转子通风道中，副槽的几何形状、径向通风沟的条数及间距、槽楔出风口直径等几何量，直接影响风道内空气的流动及传热特征。转子组件的可靠性及寿命依赖于空冷通道的散热能力。因而，了解发电机转子风道中各空气区域内的速度分布、传热系数变化及温度分布是非常重要的。为了能够得到转子截面较均匀并且最高温度值较低的优化温度分布，文中在150MW空冷汽轮发电机转子实验研究基础上，改变副槽的几何形状、径向通风沟的条数及间距、槽楔出风口直径等几何量，采用有限体积法求解转子本体及通风道内空气的传热及紊流流动等二维离散方程组。研究结果表明，在相同的入口风速下，两条径向风沟比一条径向风沟时散热效果好，并存在最佳中心距。     

空内冷汽轮发电机的转子多路通风均匀性

建立110MW空内冷汽轮发电机转子冷却通风道一个槽(包括端部、轴径向及副槽)的半轴向段三维物理模型,并基于有限体积法对该物理模型进行旋转湍流流场数值模拟,分析了端部、轴向段和副槽通风段的空气速度、流量分布特点。采用绕组轴向单位长度供风量等概念评价冷却风量分布均匀性,分析了轴向及副槽通风段长度、副槽中心截面高度、出风口直径变化对转子各通风道风量分布的影响。结论可为空内冷汽轮发电机转子风道优化设计提供理论参考。     

汽轮发电机转子径向空气流量分布数值计算

为减少大型空冷汽轮发电机转子轴向的温差及其热应力，有必要对沿转子轴向的各径向风道内空气质量流量分布进行研究。该文以150MW空冷汽轮发电机转子为例，应用有限体积法，在实验研究基础上，求解转子半轴向段通风道内空气的紊流流动等三维方程组，在变结构条件下，研究了转子紊流模型、副槽入口风速等物理量变化对轴向各径向风沟空气质量流量分布的影响。研究结果表明，在不同的副槽入口风速下，沿轴向转子各径向风沟内的空气流量偏差随转子风道结构参数变化。结论对更大容量空冷汽轮发电机转子通风均匀性设计具有指导意义。     

大型汽轮发电机转子风道结构对空气流量分配影响

为使大型空冷汽轮发电机转子通风道中轴向分布的各径向风沟通风均匀,本文在150MW空冷汽轮发电机转子实验研究基础上,通过减小轴向中心处截面的面积、改变槽楔出风口沿轴向的直径大小等几何量,根据计算流体力学(CFD)原理,应用有限体积法求解转子通风道内空气的紊流流动等三维离散方程组,研究了转子风道几何结构等几何量变化对轴向各径向风沟通风均匀性的影响.研究结果表明,在相同的入口风速下,副槽通道中心处截面的高度越小,进入前部风沟内的空气流量越多,最小流量对应的出风口位置随着末端截面积减小向后移动.     

空冷汽轮发电机转子温度场计算研究

针对国内各制造厂家对汽轮发电机转子温度分布的研究仍停留在平均温升的阶段,总结了在空冷汽轮发电机各部分风量分配及风温变化的前提下,以135Mw汽轮发电机转子为算例,从场的角度研究计算电机温升。从而为更大容量的空冷汽轮发电机的发展和研究提供有价值的通风冷却技术。     

某新型空冷汽轮发电机转子通风方式的流场分析

某空冷汽轮发电机转子冷却风道采用了新型通风方式。为得到该新型通风方式流场特性,建立了该汽轮发电机转子半轴向段单槽通风道整体结构模型;依据计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)原理,采用有限体积法,计算得到转子端部、轴向及副槽通风道内速度、压力与流量分布特点;利用单节距副槽三维温度场模型计算转子温升,计算结果与实验数据相符,验证了模拟计算的准确性。结果表明,弧段风道流动阻力由风扇压头克服,副槽风道流动阻力由旋转科氏力克服,该新型通风方式有利于减小轴向温差。     

某新型通风方式空冷汽轮发电机转子三维温度场

某空冷汽轮发电机转子冷却风道采用新型通风方式,为了分析该转子内部温度分布特点,建立了该汽轮发电机转子8号槽半轴向段整体结构模型。依据计算流体动力学(CFD)原理,采用有限体积法,对转子三维温度场进行了计算。得到了冷却空气、绕组、绝缘材料、槽楔、铁心的温度分布,以及副槽段径向风孔内表面传热系数。结果表明:该种通风方式下,绕组温度沿轴向逐渐升高;转子端部绕组温度较低,绕组峰值温度位于副槽段转子中心对称面处。该结论为大型空冷汽轮发电机转子热设计提供理论参考。     

湍流模型变化对汽轮发电机转子热流场影响

以某大型空冷汽轮发电机转子为例,建立了包括护环在内的半转子风路最长的线圈整槽三维物理模型,基于计算流体动力学原理,采用有限体积法,在相同的计算条件、网格划分前提下,研究了3种不同的湍流两方程模型——Standardk-ε模型、Realizablek-ε模型和RNGk-ε模型对转子三维流场和温度场的影响.结果表明:采用不同湍流模型对转子温度分布及峰值位置计算结果影响显著,RNGk-ε模型计算的温度结果偏高,Standardk-ε模型计算的温度结果偏低,Realiz-ablek-ε模型计算出的温度结果更接近实际情况.结论可为大型空冷汽轮发电机转子数值模拟提供理论参考.     

汽轮发电机转子端部及槽内绕组温升

为了在多风路通风冷却结构下,得到转子线圈长度方向较完整的温度分布,结合某大型空冷汽轮发电机转子,在研究转子半轴向段空气流量分布的基础上,建立转子端部、半轴向段本体及绕组的三维传热及紊流流动物理模型,基于计算流体动力学原理,运用有限体积法进行转子初始通风结构的温度场求解,在此基础上,调整副槽通风段通风孔数量及端部进风孔位置,增加进入端部空气量,降低转子端部绕组高温及本体段绕组轴向温差。研究结果表明,转子端部最大温升位于端部弧段顶匝绕组中心区域,本体绕组最高温度在轴向通风段。结论为空冷汽轮发电机转子通风优化设计提供理论指导。     

副槽及出风口结构尺寸对汽轮发电机转子三维温度场的影响

以某大型空冷汽轮发电机转子为例,建立了护环以及风路最长的半个转子线圈的三维物理模型,采用计算流体动力学方法,研究本体部分的风道结构,如副槽中心截面高度、槽楔出风口直径大小分布对转子三维温度场的影响。结果表明：根据流量分布情况预测温度分布会使设计值与实际存在偏差,应根据具体的仿真计算结果确定风道结构。针对该文电机采用的风路布置方法,副槽采用直槽、槽楔采用等出风口直径更加合理。结论可为大型空冷汽轮发电机转子的通风冷却设计提供理论参考。     

高速永磁电机转子蒸发冷却系统数值模拟

对于大功率高速永磁电机,在高功率密度下转子散热困难,易造成永磁体发生不可逆退磁。为了解决转子的有效冷却问题,采用喷雾式新型蒸发冷却技术,利用相变吸热原理实现空心永磁转子蒸发冷却,基于计算流体力学方法,建立雾滴与空气的传热传质物理模型,对转子喷雾冷却系统进行数值模拟。研究表明,相变传热方式冷却效率高,转子的温度分布均匀,提高了高速永磁电机转子运行的可靠性和稳定性。本文提供的转子蒸发冷却计算方法,为蒸发冷却技术在大功率高速永磁电机转子冷却的应用提供理论依据。     

汽轮发电机转子绕组开放管道式蒸发冷却技术的实验研究

为了将蒸发冷却技术应用于大容量的汽轮发电机,需要对转子蒸发冷却技术进行深行研究.本文重点介绍了汽轮发电机转子绕组开放管道式蒸发冷却技术的模拟实验.阐述了实验原理、模型的建立以及数据的采集等问题,并对结果进行了详细的分析.实验结果表明,开放管道式转子线圈半径方向上的温度分布均匀,完全符合汽轮发电机的冷却技术要求.在不同的工况条件下,系统均表现出了良好的冷却能力.该实验为采用开放管道式转子绕组蒸发冷却方式的大容量汽轮发电机的设计和计算提供了依据,其结果也可为离心力场下的液体流动和传热方面的研究借鉴.     

变频调速异步电动机三维温度场耦合计算与分析

以一台电动轮用YP110-8、110kW变频调速异步牵引电机为例,建立电机整机的三维数学模型和物理模型,给出相应的基本假设和边界条件。根据流体力学和传热学理论,采用有限体积法对流体场和温度场控制方程进行耦合求解,计算出了电机水冷机座内冷却水的流动情况,电机定、转子的温度场分布。对计算结果进行分析并且与实测结果进行对比。结果表明：采用整机模型对流体场和温度场耦合的算法,可以避免计算局部模型需要利用经验公式加载散热系数和边界条件施加不精确所带来的误差。能够了解电机内冷却水复杂的流动情况,计算电机的温度场更加准确。     

油摩损耗对电潜泵用永磁电机流固耦合传热计算的影响

电潜泵用永磁电机工作在高温高压的特殊环境下,采用润滑油作为潜油电机的润滑和冷却物质,润滑油随着转子在气隙中运动。以往研究只考虑了转子油摩损耗,然而相比于空冷、水冷等冷却方式,油冷时,润滑油黏度较大的特性是不可忽略的因素。且电潜泵用电机转速较高,润滑油对定子侧产生的油摩损耗是否可以忽略及其对电机温升的影响需进一步探究。因此,以一台15 kW潜油永磁电机为例,推导出了定子油摩损耗近似解析式,提出了定子油摩损耗与转子油摩损耗的关系规律。基于计算流体力学和流固耦合传热理论,研究了气隙处流体流动特性,证明了定子油摩损耗近似解析式的准确性,得出了电机各部件温升分布,并分析了定子油摩损耗对电机的温升影响。     

储能锂离子电池包强制风冷系统热仿真分析与优化

基于电化学-热耦合模型借助ANSYS Fluent平台对储能系统中的锂离子电池包进行仿真分析与结构优化。首先建立电池的热仿真模型,基于该模型利用ANSYSFluent仿真软件得到电池单体温度分布,并通过与实验测量的结果对比验证所建立的仿真模型的准确性。接着进行了电池包风冷系统的仿真分析,完成了对电池包温度分布和风道流速分布的求解。最后通过改变出风孔数量和风扇挡板形状改善了冷却系统的冷却效果。研究结果表明,基于电化学-热耦合模型对储能电池包的温度与内部流速分布的分析是可行的,对强制风冷系统的结构优化能够大幅度提高系统的散热性能,实现更低的最高温度与更均匀的温度分布。     

汽轮发电机转子副槽通风冷却系统流动特性研究

在转子副槽通风冷却系统中,副槽结构、径向风道分布、槽楔出风口直径等参数,直接影响转子风道冷却介质流动特性。为减少副槽通风系统转子轴向温差及热应力,必须使转子沿轴向各径向风道内冷却介质流量分配尽可能均匀。针对转子副槽通风系统的结构特点,建立转子绕组通风离散计算模型。并应用该模型对125 MW空冷汽轮发电机转子副槽通风系统进行计算。研究副槽结构、转子槽楔出风口直径、转子径向风道布置等对转子径向风道流量分配的影响。研究结果表明,在相同入口流量下,副槽截面积越大,径向风道流量偏差越小;转子槽楔直径越小,径向风道流量偏差越小;采用变径向风道间距,可使径向风道流量偏差减小。该文的研究结果对汽轮发电机转子副槽通风冷却系统的设计具有指导意义。     

发电机通风系统流场及转子温度场分析

针对电机温度场与通风系统流场间的耦合问题,依据流体力学和热传导理论,建立了某电站700kW灯泡贯流式水轮发电机的通风系统流场及转子温度场的三维有限元模型.采用有限元分析方法,分析了通风系统的流场,获得了通风系统压降和流体流速的分布,进而得到各表面的散热系数,并结合电机各部分损耗热源的计算,分析了发电机的转子温度场分布.结果表明:在满足风机流量下的电机通风压降为464 Pa,与实际运行时的实测数据483 Pa基本吻合;转子温度在其设计的绝缘容许温度范围内,且有足够裕度.     

冷却水流速对汽车水冷电机温升影响研究

为获得水冷电机的最佳流速,基于传热学及流体力学理论推导了水冷电机的冷却水流速与电机内部温度的关系。冷却水层流时,电机温度随着流速的增大下降明显;冷却水紊流后,对电机冷却效果进一步增强,但随流速继续增大,电机温度降低程度随冷却水流量增加将出现热饱和;建立了水冷感应电机热网络模型,基于此模型计算了电机额定负载运行稳态温升及不同流速时电机绕组及定子轭部的温度分布;实验测试了样机额定运行及不同冷却水流速时的电机温升。仿真及实验结果与理论分析结果相一致,验证了理论推导的正确性,为水冷电机选择合理的冷却水流速提供参考依据。