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。     

大型半速汽轮发电机转子冷却效果的计算分析

以1500MW核电半速大型发电机的转子通风系统为例,通过对副槽多段轴径向通风结构进行设计,并利用所需风量小的优势,提出了一种针对副槽多段轴径向通风结构的转子温升计算方法。     

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。     

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。     

汽轮发电机转子端部及槽内供风量分布特性

随着空冷汽轮发电机容量不断增加,线圈尺寸加长,通风系统复杂,转子通风系统属多风路冷却系统。为减小因通风不均引起的轴向温差,本文以某大型空冷汽轮发电机半转子为研究对象,建立两个槽包括径向副槽通风、轴向通风及端部通风的多风路通风结构物理模型,基于计算流体动力学(CFD)原理,运用有限体积法进行三维紊流流场的数值模拟,得出进入转子端部、轴向及副槽通风道的空气量,分析多种结构对转子上述三部分风量分配的影响。针对本体,提出单位绕组轴向长度供风量评价风量分布均匀性。本文的方法及结论对大型电机转子本体部分轴向通风与副槽通风长度优化设计提供理论依据。     

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。     

QFKN-200—2—60型空冷60Hz发电机

介绍了QFKN-200—2—60型空冷汽轮发电机电磁、通风冷却、定转子主要结构及分析计算。通过实践与分析,获得了60Hz系列空冷汽轮发电机定子和转子电流密度、定子和转子磁通密度取值范围。介绍了在结构设计上提出的带锥度配合的渐进式紧量的转轴与护环热套配合结构,解决了旋转部件高机械应力的问题。在通风设计上,采用了转子本体副槽通风＋轴向通风的转子本体复合通风结构,解决了在高热流密度下的转子温升问题,保证了设计的可靠性。     

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。     

西气东输主电机转子副槽结构对空气流量分配影响研究

针对西气东输用高速电机冷却系统的特点,对其转子副槽通风结构进行优化,并且根据流体力学理论,采用计算流体力学(CFD)方法,建立转子副槽通风结构的三维流体场物理模型,对优化设计进行了三维数值模拟与分析。通过对比计算,揭示了采用不同转子副槽通风结构的空气流量分配规律,并分析了原因。     

汽轮发电机径切两向空冷系统转子温度场的计算方法

以俄罗斯电力问题研究所生产的转子带有副槽和径向通风沟的２０ＭＷ、２极汽轮发电机为例,给出了转子求解域中的热传导方程和相应的泛函方程,并采用有限元方法计算了当转子副槽和径向通风沟沿转子轴变截面和变步长分布时的温度场。同时,根据流体相似理论计算了转子通风沟内流体速度和表面散热系数,给出了该电机计算结果。     

大型汽轮发电机转子通风系统流动特性分析

分析了大型汽轮发电机轴向-径向通风系统、槽底副槽通风系统和气隙取气斜流通风系统的特点,对这三种通风系统的转子通风进行了流动特性分析,指出了它们今后的发展和研究的方向。     

发电机入口压力及转速对转子各段风量分布影响

大型空冷汽轮发电机中风量分布直接决定电机内部的峰值温度,研究风量分布的影响因素是非常重要的。由于汽轮发电机转子旋转情形下通风测量技术复杂等原因,转子通风实验多数在低压、静态下进行,本文基于计算流体力学(CFD)原理,采用有限体积法,建立转子单槽物理模型,并数值模拟求解其三维旋转湍流流场,研究入口压力、转速变化对转子半轴向段内端部、轴向及副槽段内通风孔的风量分布影响,以弥补实验之不足。研究结果表明,入口压力对转子入口风量影响非常显著,入口压力5000Pa,转速为3000r/min运行状态下的转子端部、轴向及副槽通风孔的风量分布与低压、静态下的分量分布差异很大。结论为发电机通风实验提供参考。     

汽轮发电机副槽通风转子槽部温度场计算

本文介绍用有限元法求解电机转子槽部稳态三维温度场的方法,并对300MW汽轮发电机氢内冷转子的槽部温度进行计算。分析计算表明:有副槽的轴向-径向通风内冷转子槽部轴向温度可以分段,以一个径向通风孔段为单元进行计算和研究。本文以300MW转子槽部温度最高的一段温度分布为例进行计算。     

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。     

多风路大型空冷汽轮发电机三维流场计算

针对某大型空冷汽轮发电机,其中定子采用三进四出多风路通风冷却,转子端部采用弧段进风与直段补风,本体采用副槽通风结构,为研究定子压指、冷热风区及转子与气隙中各部分的冷却空气流量分布与内部流场特征,建立了半轴向段包括转子一个槽和与之对应的气隙及定子两个槽的物理模型。依据计算流体动力学原理,采用有限体积法,利用工程计算得到的压力入、出口边界条件,对计算域内的三维湍流流场进行了数值模拟。结果表明:转子轴径向段槽楔出风口的静压急剧增大,副槽段各出风口的压力约为3600Pa,以150Pa幅度上下波动。气隙中空气静压在3000~4000Pa之间变化,局部存在反向流,有涡流形成。     

风力发电机、高压电机定转子通风道用槽钢（片）的加工

高压电机及部分风力发电机一般都设计有径向散热通风道。通风道普遍使用定、转子通风槽板,并采用工字钢或定、转子通风槽钢（片）或转子通风槽管等作为支撑、甩风及散热。定转子端板、通风槽板加工之前有过介绍,以下作重介绍工字钢和通风槽钢（片）的制造工艺。     

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。     

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。     

四极核电汽轮发电机结构对励磁电流和磁场谐波的影响研究

为比较百万千瓦半速发电机组在不同结构时的稳态运行性能,以便为百万千瓦核电发电机设计提供参考数据,采用稳态有限元方法,针对不同转子分度数、转子不同槽型等结构对发电机运行工况进行有限元计算,得出一套百万千瓦电机在结构发生变化时的稳态运行性能对比数据。经过分析比较得出结论:大型半速核电发电机采用定子槽上下层导体不等截面积、较大的转子分度数、不同的转子槽型等结构,可以提高发电机的运行性能,改善电势波形系数,在半速核电发电机的设计中应尽可能采用这几种比较有优势的电机结构。