大型空冷汽轮发电机转子三维流场计算

某大型空冷汽轮发电机转子采用导线双向进风的冷却方式,为研究其端部、轴径向转子槽内冷却空气流量分布及其内、外流场在旋转情况下的特征,本文建立了包括端部弧段和轴径向段转子槽内外流域及与之对应的气隙在内的半轴段1/2圆三维物理模型。依据计算流体动力学原理,采用有限体积法,对计算域内的三维流场进行了数值模拟。结果表明:转子旋转会影响转子槽内、外的流场特性,并对R区(迎风区)和L区(背风区)导线内流量分布、导线内外流场压力分布及速度分布具有不同程度的影响;在轴径向进风口处的压力范围为(22.10±12)k Pa;在端部进风口处压力范围为(22.25±15)k Pa;轴径向槽楔出风口处的最高速度为228.2m/s。     

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。     

基于热网络模型的架空输电线路径向和周向温度计算方法

架空输电线路运行温度是线路动态增容和弧垂张力计算的重要状态量。目前线路温度计算标准将导线视为等温体,求取导线表面或平均温度。事实上由于趋肤效应、外部强迫对流散热、不同绞合材料等因素使导线截面存在温度梯度分布和温升响应差异,若忽略这种温度分布及差异,势必会造成导线应力弧垂计算以及输电系统安全状态评估的偏差。因此,为准确分析与计算导线截面温度梯度分布及响应差异,建立了计及导线截面径向与周向传热路径的热网络模型,并分别采用非线性迭代和参数辨识,提出了两种导线径向和周向温度计算方法。非线性迭代方法能够充分考虑传热过程中材料性能、对流热阻及辐射热量等参数温变特性对截面温度差异的影响,参数辨识方法可以有效克服对流作用下导线热力形变导致模型参数难以确定的问题。最后通过实验平台验证了热网络模型与计算方法的有效性及精度。     

定子通风槽钢对通风沟内流体流动形态的影响

为了研究通风槽钢近轴端的径向位置对通风沟内流体流动形态的影响,依据计算流体力学理论,以YKK400-6、690kW中型高压异步电机为例,建立高压异步电机三维定转子径向通风沟物理模型和数学模型,给出相应的基本假设和边界条件,并进行数值计算和分析,得到了径向通风沟内三维流体场分布.在定子通风槽钢长度不变的基础上,改变定子通风槽钢近轴端的径向位置,通过分析定子通风沟绕组两侧流体的流动特性,得到定子通风槽钢近轴端的径向位置对流体流动形态的影响.计算结果表明,通风槽钢的径向位置直接影响定子绕组的冷却效果.研究结果为电机通风结构优化设计提供了理论依据,并为基于耦合场求解温度场奠定了基础.     

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。     

定子通风槽钢对中型高压电机内温度场的影响

该研究以一台YKK450-4、500 k W中型高压异步电动机为例,结合电机的结构尺寸,建立了高压异步电机三维定转子径向通风沟以及与之相邻铁心段的流体与固体耦合数学模型和物理模型;基于流体力学和传热学的理论知识,给出假设条件和边界条件,进行仿真计算,分析了计算区域的温度场;最后在定子通风槽钢长度不变的基础上,改变定子通风槽钢近轴端的径向位置,对通风沟进行重新建模,得到定子通风槽钢近轴端的径向位置对电机内温度场的影响。计算结果表明,通风槽钢的径向位置影响定子绕组的冷却效果。研究结果为提高电机的散热性能,对电机进行通风结构的优化设计提供了理论依据。     

大型水轮发电机转子旋转状态下磁极间流体流动与温度场分析

以1台250 MW大型水轮发电机为例,建立了流体与固体耦合传热三维模型,采用共轭传热法对转子半个轴向段的流体场与温度场进行了计算。分析了磁极间隙内流体流动形态对励磁绕组冷却效果的影响和不同入口流量下磁极间涡流变化规律。为减小涡流对转子散热的抑制作用,在转子磁极间增加一轴径向挡风结构,并通过数值模拟分析了挡风结构对涡流的减弱作用以及对励磁绕组冷却效果的影响。     

大型空冷汽轮发电机转子多种通风方案比较

为分析转子不同通风方案的冷却效果,以某大型空冷汽轮发电机转子为例,建立其端部绕组最长的单个线圈的物理模型,在各个通风段长度确定的情况下,改变进、出风口大小、位置及挡块布置.根据计算流体力学原理模拟额定工况转子内部流场及温度场,比较不同通风方案转子内部冷却介质流量分布、转子绕组最高温度以及温度分布的均匀性.研究结果表明,转子端部绕组风口位置决定了绕组内冷风路的长短、冷却风量大小、冷却介质温度分布及绕组温度分布.合理布置风口可增加进入转子绕组的冷却风量并调节进入各段绕组的进风百分比,保证转子在最高容许工作温度以下工作,并使转子温度分布较均匀.     

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。     

单绕组无轴承开关磁阻电机转子偏心时悬浮力的分析与计算

无轴承类电机转子的偏心运行是不可避免的,由有限元分析可知转子偏心对其径向受力影响较大,忽略转子偏心时的径向受力分析将很难实现转子的稳定悬浮运行。而目前有关无轴承类电机的径向力计算都没有考虑转子偏移量的影响,只是计算转子在中心位置时的受力情况。鉴于此,针对具有结构简单优势的单绕组无轴承开关磁阻电机(BSRM),本文提出了考虑转子偏移量的径向力数学模型,给出了绕组电流、电机结构参数、转子偏移量、转子旋转位置与径向力之间的数学关系。同时考虑到转子偏心对电磁转矩的影响较小,推导了忽略偏心影响的电磁转矩解析式。与有限元分析对比结果验证了本文径向力与转矩数学模型的正确性。最后,基于推导所得的数学模型对单绕组BSRM径向力与转矩控制进行了初步的动态仿真研究,进一步验证了数学模型的准确性与实用性。     

某凸极同步电动机三维流场数值模拟

为得到某凸极同步电动机定转子与磁极间隙内通风冷却空气的流动特点,建立主机1/8包括定子、转子的通风系统三维物理模型,并给出求解域相应的边界条件.应用计算流体力学(CFD)流体计算软件Fluent对三维湍流时均流场控制方程进行数值求解计算,得到凸极电机通风系统内空气速度与静压分布特点,并着重对转子磁极间隙、定子径向通风沟...     

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.     

Optimal conductor selection for radial distribution systems

In this paper, an algorithm is proposed for selecting the optimum size of conductors of feeder sigments of radial distribution networks. The optimal size of conductor determined by load flow method is applied to the optimal distance radial distribution network. The conductor, which is determined by the proposed method, will maximize the total saving in cost of conducting material and cost of energy losses and maintain acceptable voltage levels in radial distribution systems. An attempt has been made to reduce the losses in the existing radial distribution networks by optimizing the size of the branch conductor. The effectiveness of the proposed method is illustrated with suitable examples.     

某新型隐极同步电动机流场计算与分析

为了得到某变频调速隐极同步电机对应的通风结构内流体流动与传热的特点,建立1/8整机结构的三维流场物理模型,基于计算流体动力学原理,采用有限体积法对流体场控制方程进行数值模拟,可以得到电机内不同通风段各通道内空气流量、速度和压力分布特点。结果表明,转子端部采用弧段进风、直段补风布置时,在转速分别为3 120 r/min、4 800 r/min时,进入定、转子的风量分配比率并无明显变化,风路最长的槽弧段绕组内冷风量最少,应注意该处绕组温度是否超温。为电机设计通风系统提供参考。     

大型汽轮发电机转子温度场计算

以一台空冷汽轮发电机作为研究对象,根据传热学原理,通过建立转子绕组槽绝缘与槽楔的转子圆周1/4三维有限元模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件。根据气隙磁密的提取,计算出额定工况下转子表面杂散损耗,以转子绕组电阻损耗和表面杂散损耗作为热源,采用解析法计算得到转子通风沟表面散热系数,并以此为基础,将计算得到的各项损耗值及散热系数作为温度场求解条件,对汽轮发电机转子直线段部分三维温度场进行计算,得到了发电机额定负载运行时转子温度场分布。     

采用径、轴向混合通风发电机定转子绕组温度分布

对采用径、轴向混合通风系统发电机的定转子通风结构,建立积分形式热传导方程,给出了混合边界的求解区域,并构造出非线性节点热流方程组,以解算发电机定转子绕组温度分布和最热点位置。     

方形导线加工工艺的探讨

低温超导电缆、核电站用磁铁线圈的绕组线、电子辐照加速器等产品中的核心部件绕组线圈所用的导线,考虑到槽满率和各种损耗因素的影响,不少设计部门已采用方形导线取代普通圆形导线。本文主要论述如何选用合理的加工工艺,以便生产出满足要求的各种类型的方形导线。     

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。     

考虑残余应力的大型电力变压器绕组短路强度计算与分析

在电力变压器绕组绕制过程中,绕组截面存在部分残余应力,会对绕组抗短路强度产生不利的影响,现有电力变压器绕组短路强度研究没有对该部分应力予以考虑。推导了圆环形绕组绕制过程中产生残余应力的计算模型,以试验变压器为例对内绕组的辐向短路强度进行了仿真计算,考虑了绕制过程中产生残余应力的影响,并采用国家标准中部分强度考核指标进行了对比校验,结果表明绕制过程中产生的应力同时包含压缩和拉伸分量,残余应力对电力变压器抗短路强度有不利的影响,对环形压缩应力影响较小,对辐向翘曲应力影响较大;所提变压器绕组短路强度计算模型能够考虑残余应力的影响,通过对比试验测量值验证了数值计算模型的准确性。