汽轮发电机定子流体场和温度场耦合计算与分析

掌握汽轮发电机中的温度分布对电机冷却系统的优化设计和可靠运行都是非常必要的。在水氢氢冷却的大型汽轮发电机中,存在两种冷却介质和两套冷却系统,其流体流动与传热较复杂。根据其冷却系统内流体流动与传热的特点,建立了定子整个轴向长度范围内流体流动与传热耦合计算的物理模型和数学模型,采用有限体积法对流体场和温度场进行耦合计算,得到了定子本体中详细的温度分布数值及过热点的位置,给出了流体的速度分布图以及定子各部分的温度分布图。详细分析了氢气、冷却水、定子铁心、定子绕组等各部分的温度分布情况。将耦合场计算结果与现场实测数据进行比较,表明了模型和计算方法的正确性。其结论可对水氢氢冷却汽轮发电机的冷却系统设计与实际运行提供理论依据。     

汽轮发电机定子冷却水路堵塞时的温度场分析与计算

水氢氢汽轮发电机定子冷却水系统发生堵塞的事故时有发生,对定子温度进行监测是诊断冷却系统故障的重要手段之一,因此掌握冷却系统的故障状态和电机中温度分布的对应规律是非常必要的.为此,根据流体力学和传热学的基本原理,结合水氢氢汽轮发电机的结构特点,提出了汽轮发电机定子线棒冷却水路发生堵塞时定子温度场的数学模型.采用热平衡方程对定子温度场的偏微分方程进行离散化处理,与冷却系统中水温及氢温的计算相耦合,形成联立方程组.在此基础上研究了定子线棒冷却水路发生堵塞时对发电机定子温度场的影响,分析总结了空心股线堵塞的严重程度与定子线棒出水口温度以及定子槽检温计温度之间的变化规律,为发电机发生水路堵塞时的故障诊断提供了理论依据.     

汽轮发电机定子冷却水的温度场分析

采用有限元法对三维流体场和温度场控制方程进行了耦合计算。在保证液体总流量不变的情况下,分析在不同堵塞情况下定子空心股线中流体速度、绕组温度分布的特性。结果表明,空心股线堵塞情况的不同,直接影响定子线棒的温度分布,并且还会影响定子线棒最高温度和最低温度的温差。计算了一台QFSN-220-2型汽轮发电机在不同堵塞情况下定子线棒的三维温度场,与实测值比较,结果表明该模型以及计算方法是正确的。     

特殊绕组结构的空冷汽轮发电机定子三维温度场计算与分析

对于具有特殊股线结构的大型空冷汽轮发电机温度场计算具有一定的难度。文中推导了大型空冷汽轮发电机定子上、下层线棒的股线数和截面不等时绕组涡流损耗的表达式,求解出发电机额定运行时定子股线沿径向分布的菲尔德系数;建立了定子径向通风沟内二维流体场的物理模型和数学模型,采用有限体积法对其进行了数值计算;建立定子三维温度场的物理模型和数学模型。以1台大型空冷汽轮发电机为例,在先前推导的基础上,采用有限元法对定子三维温度场进行数值计算,给出了在发电机温度场求解域中的温度分布规律。将计算结果与实测结果进行比较,得出了一些有益的结论。     

汽轮发电机定子压圈损耗解析计算

本文用解析方法分析和计算了汽轮发电机的端部磁场和端板上的损耗。与数值方法相比,本方法得到的结果能明显看出各种设计因素的影响,具有一定优点。文中还提供了试验结果。计算结果与试验比较符合。     

浸润式与强迫内冷结合的蒸发冷却汽轮发电机定子三维温度场计算

汽轮发电机定子采用浸润式与强迫内冷结合的新型蒸发冷却技术优越于传统的其它冷却方式,可以为电机的运行提供安全、可靠和高效的绝缘及冷却效果,相应地有必要对定子温度场进行准确的计算分析以满足进一步应用的要求。该文以1台应用该冷却系统运行的50MW汽轮发电机的定子为研究对象,首次建立了较完整的定子三维温度场的仿真数学模型,采用数值模拟与试验对比分析的方法,对定子绕组内冷、负荷变化以及冷凝器工况等因素对电机温度场的影响进行了研究,得到了新型蒸发冷却电机定子温度场的分布规律。仿真结果与试验数据吻合较好,为蒸发冷却技术在大型汽轮发电机中的进一步应用提供了理论依据。     

用热网络法计算大型水轮发电机定子温度场

本文采用节点数不多的热网络计算大型水轮发电机定子温度场，在电机设计或机组改造阶段，只要将数据输入微型计算机进行运算，便可预知发电机运行时定子内部的温度。本计算方法的优点是简单易行，内存少，运算时间短，具有足够的准确度通用性。     

1100MW级核电水氢氢汽轮发电机定子铁心温度场研究

以定子铁心采用轴向通风型式的1 100 MW核电水氢氢汽轮发电机为研究对象,运用流体网络等效回路法对风扇与通风系统进行了耦合计算,为温度场计算提供了准确的流动边界条件;运用热平衡法对定子铁心建立等效热网络并予以求解,得到了整个计算域内的温度分布;在发电机型式试验阶段利用间接法验证了上述计算结果的准确性。     

600MW汽轮发电机负序温度场计算结果的分析

本文根据产品设计的实际需要，在分析诸多物理参数影响的基础上，通过应用程序的计算，为６００ＭＷ汽发电的结构设计提供了数值依据。     

汽轮发电机空心股线堵塞时定子温度场的数值仿真

水–氢–氢汽轮发电机定子线棒中空心股线的堵塞能导致线棒过热,甚至会造成对地绝缘的击穿。掌握空心股线的堵塞程度和电机中温度分布的对应规律有助于正确诊断空心股线的堵塞位置和严重程度。该文根据电机学、流体力学和传热学的基本原理,研究汽轮发电机定子线棒中空心股线发生堵塞时水的流动状态,应用等效热网络法研究定子空心股线发生不同程度堵塞时的定子温度场。提出当空心股线发生部分堵塞时在堵塞部位应用孔板原理的方法,确定了定子线棒堵塞后各空心股线中冷却水的流量,并用堵塞系数表示空心股线堵塞的严重程度。分析计算不同堵塞系数下的定子温度场,总结了空心股线堵塞程度与定子温度场之间的对应规律。     

防爆型高功率密度电机温度场与流体场综合计算

根据对防爆型高功率密度电机额定运行状态的分析,建立其传热数学物理模型。通过电机气隙流体场计算给出了气隙换热面的表面散热系数,借此用有限元法对电机温度场进行了模拟;模拟结果与实验结果对比,两者能够很好地吻合,说明该传热模型可以真实有效地反映实际传热过程。根据计算结果分析电机的温度场分布规律,找出额定工作时温升最大的位置作为监控点,其结果可以为电机热控制的优化提供理论依据。     

地下电缆温度场的场路结合算法

精确模拟地下电缆的散热特性,对电缆的安全、稳定运行具有重要意义。文章基于有限容积法和等值热路法,提出了场路结合的地下电缆温度场计算方法和计算模型。该算法仅对土壤区域进行数值计算,将电缆等效为点热源,电缆各层的温度由热路法求得,包围电缆的土壤层的温度由数值计算后经插值求得,有效解决了土壤区域与电缆区域边界不一致给计算带来的困难,且减少了计算工作量、提高了计算速度。通过试验验证了该算法的正确性。     

异步电动机转子断条故障运行时定转子温度场数值计算与分析

针对传统的单一求解电机定子温度场或转子温度场强加边界条件难以确定的问题,建立了笼型异步电动机转子有无断条故障运行情况下的定、转子全域温度场二维数学模型和温度场二维有限元计算模型。分别计算了额定负载情况下,转子正常和转子一根断条以及转子相邻两根断条时的定、转子全域稳态温度场。实验结果验证了三种情况下该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的正确性。比较了三种情况下电机的温升分布,分析了电机转子断条根数对电机温度场的影响。温度场计算模型可以应用到其他无轴向通风冷却异步电动机转子正常或转子断条故障时的温度场计算与分析,并且可以从电机温度场变化的角度为电机断条故障提供诊断依据。     

紧凑型高压异步电机三维流体场分析及温度场仿真计算

为研究10 kV紧凑型异步电机额定工况运行时,内、外双风扇作用下电机内的流体流动状况以及电机各部件的温度分布情况,采用流体场与温度场耦合的方法建立电机三维散热模型,并对内外风扇以及转子自力性扇叶周围空气建立旋转气域模型。将电磁场有限元仿真计算得到的绕组铜耗、定子铁心损耗、转子铝耗等作为热源,在计算流体力学理论分析的基础上,对电机温度场作出合理的基本假设并给出相应的边界条件,通过流热耦合仿真计算得到电机在双风扇随轴转动情况下电机内外流体场中流体流动及电机各部件温度的空间分布特征。仿真结果表明,电机温度最大值位于转子绕组中部,定子绕组温度最大值为113 ℃,满足F级绝缘要求;内风扇工作时可以有效降低定、转子温度。     

复合笼条转子感应电动机温度场计算及相关性分析

建立电机定子绕组等效热模型,通过对电机定转子之间气隙热传递关系的确定,给出了定转子之间的热交换问题的解决方法。以此为基础,建立复合笼条转子感应电动机(induction motor with compound cage rotor,IMCCR)电磁场和全域温度场二维有限元模型,通过电磁场与温度场的单向弱耦合,计算电机额定负载和不同负载时电机定转子全域稳态温度场,分析定子绕组温度及转子槽的温度,通过与实验结果的对比,验证了该电机温度场计算模型的合理性以及计算结果的正确性。研究转子槽中使用不同电阻率和磁导率材料时的电机温度场,分析不同材料特性对电机温度场分布的影响,对指导电机的优化设计具有重要意义。     

干式空心电抗器温度场计算与试验分析

基于电磁学和传热学理论,建立干式空心电抗器三维温升计算模型,首次考虑了星形支架损耗对包封热点温度的影响。应用损耗分离方式计算包封和星形支架的热源,采用有限容积法直接求解电抗器流体场与温度场,获得电抗器温度场分布特性,分析并总结包封轴向及径向温度分布规律。计算结果表明:星形支架损耗为包封损耗的3.7%,对包封热点温度的影响约为3 K。最后,通过电抗器温升试验验证了温度场计算的准确性,为干式空心电抗器温升计算以及温升监测提供了理论基础和参考依据。     

定子槽部温度场计算

随着电机容量的不断增大，电机的温升计算越来越重要，传统的温升计算公式已不相适应，本文给出温度场的计算方法，已是多次使用的成熟方法，与实验结果比较一致。     

屏蔽电机定子端部氮气腔温度场计算方法分析

核主泵屏蔽电机的热设计是涉及核电发展的一个关键因素,直接关系到电机能否安全运行60年。针对某屏蔽电机结构紧凑、内部损耗大,特别是氮气腔内散热条件差,定子绕组容易超温等特点,本文基于有限体积法,根据计算流体动力学(CFD)原理,分别进行了常规不考虑与考虑辐射换热两种算法时的电机内温度场数值模拟,获得了电机内的三维温度分布,并分析了定子端部氮气腔内的自然对流换热系数和热流密度等传热特性。此外,还对比了两种计算方法电机内温度分布的差异。计算结果表明,两种计算方法的峰值数值模拟结果与实验数据的相对误差分别是+3.6%、-4.2%。所得结论为对我国开发具有自主知识产权的同类电机产品具有重要参考价值。