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。     

大中型异步电机通风的研究和计算

本文根据空气动力学基本原理和电机中冷却气流的实际运动情况，提出了轴向、径向和混合通风异步电机的等效风路网络；在应用现有电机通风研究成果的基础上，对电机通风计算中一些较为复杂且一直没有良好解决的问题，如径向通风道的风阻计算、短风道中局部损失这间的相互影响、旋转对风阻的影响、径向风道的风扇效应、风量在各径向风道中的分配、在多回路情况下非线性风路网络的求解方法等，作了一些有价值的研究。在此基础上，编制了能计算在中型异步电机的总风量、风量分配、风速分布和风损的通风计算程序。经验证，计算结果比较符合实际情况。     

兆瓦级高速永磁电机通风系统设计与转子表面风摩耗研究

针对兆瓦级高速永磁电机的损耗密度大、散热困难、永磁体在高温情况下易发生不可逆退磁的问题,提出了一种径向与轴向混合的⊥型通风系统,通过流体仿真软件Fluent建立了该种通风系统的3D流体场计算模型,并详细分析了通风系统内的流体分布;同时针对高速电机转子表面线速度高(一般可达200 m/s)、转子表面的风摩耗较大且计算复杂的问题,基于所建立的3D流体场模型和解析法,对兆瓦级高速永磁电机的转子转速、转子表面粗糙度及通风量、风道几何参数、气隙大小对转子表面风摩耗的影响进行了研究计算,并总结了相应的规律。分析结果表明,所设计的混合⊥型通风系统具有较好的湍流特性和散热特性,转子转速和气隙大小是影响风摩耗的主要因素。     

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。     

汽轮发电机带有交替径向风道的转子流体与传热耦合分析

针对汽轮发电机带有交替径向通风道的转子发热冷却问题,以一台350 MW水氢氢冷汽轮发电机为研究对象,依据流体力学和传热学的基本理论,首先建立计及旋转的电机全域通风网络模型,采用逐次迭代法计算得到各支路流量和节点压力。其次,建立了带有交替径向风道的发电机转子流体-传热三维物理模型和数学模型,给出了基本假设和相应的边界条件,同时将通风网络计算得到的风速和压力作为转子求解域的耦合边界,采用有限体积法进行求解,计算结果与实测值吻合。然后分析了交替径向风道内流量分配和氢气流动情况,研究了转子内部氢气温度分布和槽楔出风口风温变化规律,探明了转子绕组和铁心轴向温度分布特性,讨论了副槽入口流量和槽楔出口直径对转子流体和温度的影响。得出副槽入口流量应控制在0.1～0.16 m³/s范围内,且选择较小的槽楔出口直径,可以提高通风系统的效率与风量分配均匀性,降低转子轴向热不平衡。     

中小型电机通风冷却系统

通过对中小型电机通风系统结构的分析,阐述了径向式通风系统和混合式通风系统的结构原理、技术的关键点以及转子径向风道结构中风路的分析,论证了与运用流体场有限元仿真软件进行分析相近,为技术人员在设计时提供参考。     

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.     

轴向通风双馈异步发电机的温度场计算

为了实现双馈异步发电机通风冷却的优化设计,根据电机内通风系统流体流动的特点及电机定转子热量产生与传递的规律,建立了全域通风与温度的三维等效物理模型,给出了模型的边界条件,并利用有限体积法对方程进行求解,得到了额定运行情况下各风道内流量与流速的分布情况,以及定子、转子、机座水套等各截面的温度场分布,将计算结果与试验值进行了对比分析,证明了计算方法的合理性。结果表明,机座水套能够有效降低定子轭及绕组的温度,相比之下,转子绕组温度偏高,应进一步优化提高机座冷却器换热能力及系统通风能力。     

隐极同步电动机冷却空气流场特性研究

为了研究在相应通风道结构下某变频调速隐极同步电动机冷却空气流场的特点,建立了包括定子和转子风道的电机1/8结构的三维流场物理模型,基于有限体积法,对三维湍流流动控制方程进行数值求解,得到了两种额定转速时电机内各部分空气流速、空气流量分布的特点。结果表明,在计算条件下,转子转速分别为3120r/min、4800r/min时,定子部分流过定子端部、压指间、定子铁心段径向通风沟及转子部分的冷却空气流量分配百分比基本不变,转子端部未布置补风口的3号槽与布置补风口的6号槽冷却风量较小。所得结论可为通风道结构设计提供参考。     

汽轮发电机定子通风沟中三维流体场的分析和计算

电机的通风冷却是电机设计的关键技术之一,对电机的尺寸和性能都有重要的影响和意义。大型同步发电机的结构和运行是复杂的,定子径向通风沟内氢气的流动状态对电机定子温度场的分布有明显的影响。本文采用有限元法对汽轮发电机定子的流体场进行了计算和分析,得到了流体场的分布情况。分析结果证明了提出的模型和计算方法是正确的。     

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。     

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。     

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.     

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。     

低速大转矩永磁电机的转子散热问题

对一台低速大转矩永磁电机进行有限元温升计算,并在保证电机性能参数基本不变的情况下对电机进行改进设计,缩短了铁心长度,提高了转矩密度,节省了材料。但改进后电机的转子和永磁体温度过高,易使永磁体退磁。结合fluent流固耦合计算方法,首先理论分析影响对流换热强弱的因素,然后研究加装散热风刺的不同尺寸对永磁体散热效果的影响规律,以及开设转子轴向、径向通风道对永磁体散热效果和温升分布的影响。最后进行样机试验,与理论分析结果进行对比,验证了所提转子散热方法的有效性及计算的准确性。该方法对低速大扭矩永磁电机的设计有借鉴意义。     

Double-fed induction generator control for variable speed wind power generation

Vector control of a doubly fed induction generator drive for variable speed wind power generation is described. A wound rotor induction machine with back-to-back three phase power converter bridges between its rotor and the grid forms the electrical system. The control scheme uses stator flux-oriented control for the rotor side converter bridge control and grid voltage vector control for the grid side converter bridge. A complete simulation model is developed for the control of the active and reactive powers of the doubly fed generator under variable speed operation. Several studies are performed to test its operation under different wind conditions. A laboratory test setup consisting of a wound rotor induction machine driven by a variable speed dc motor is used to validate the software simulations.