汽轮发电机转子轴径向导线温度场分析与研究

某大型空冷汽轮发电机转子采用导线双侧进风的冷却方式。为了研究轴径向绕组导线数量、中空导线的通流面积差异、导线位置(径向与周向)对导线内流量、进出口温度、进出口温度差、平均温度的影响,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,对计算域内的三维热流场进行了数值模拟。结果表明:位于绕组L1、圆周R12的导线具有的最大流量为0.0189 m^3/s;温度最高导线位于绕组T5、圆周R 2处,达129.10℃,在电机正常工作范围内;通过方差分析发现径向、周向位置分布对导线平均温度不均性的影响差异较小,而导线通流面积对其的影响较大。     

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。     

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。     

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。     

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。     

电机内推力轴承泵送流体循环的数值研究

本文采用ANSYS开展了推力轴承泵送流体在电机内循环流动的流场-多孔介质场的耦合数值研究。其中,湍流流动采用Navier-Stokes控制方程和RNG k-ε湍流模型,多孔介质内流动采用基于Ergun方程的数学模型。研究发现,转子与多孔介质两者间隙流体成螺旋形流动,此间隙流量约为多孔介质区域内流量的0.071%;预测到了推力轴承泵径向流道间的进口处的轴对称漩涡,其旋向与轴转向相同。同时,结果表明推力轴承外流场存在强环流;也很好地预测了两处滑动轴承前后的Taylor涡,以及电机动静转子间隙流入口处的失紊湍流Taylor涡对。预测结果表明,复杂几何结构内的漩涡比较复杂,相应引起的耗散比较大,尤其,推力轴承与滑动轴承间的压力损失很大,可考虑这些相关几何参数和结构的优化。     

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。     

一种新型立式鼠笼电机流场数值计算与分析

为了保证电机的可靠性,对电机内流场进行仿真计算十分必要。该文以一台四进两出新型通风方式的鼠笼异步电动机为例,研究气隙及定子三维流场的分布规律。建立了计算域物理模型并给定相应边界条件,基于计算流体动力学原理(computational fluid dynamics,CFD),采用有限体积法进行三维湍流流动数值模拟求解,分析了速度场和压力场的分布规律。结果表明:在压力及旋转剪切力作用下,沿径向气隙、定子风沟齿、轭部界面处空气速度梯度较大;在气隙中、定子风沟齿部空气迎、背风面的静压与速度分布趋势相同,沿周向均呈现周期性变化,周期数等于定子槽数。     

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。     

空冷岛内部流场的建模分析和试验对比

空冷岛作为一个空冷电厂的大型换热器,其性能与内外流场密切相关。对空冷岛内部流场进行了系统建模分析,并结合试验进行对比,对空冷岛内部流场的分布规律有了较为深入的理解,为进一步的优化提供了基础。给出了对应于试验结果的空冷岛凝结温度分布的原因及凝结压力分布、凝结流量分配计算结果。     

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。     

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...     

轴向通风内置式永磁同步电机流固耦合传热计算分析

压缩机用内置式永磁同步电机(IPMSM)由于工作场合空间的限制,需要满足更高的功率密度要求,其温升成为亟待解决的问题。以一台7.5 kW IPMSM为例,基于计算流体力学和流固耦合传热理论,设计并分析了一种轴向通风式的冷却结构。在机壳开有通风槽、转子安装风刺并开有通风孔的情况下,研究了电机内部的流体流动特性,分析了进风口数目对流体流动的影响。得出了电机各部件温升分布规律,并比较了有无风刺以及增加进风口数目对电机散热的影响。最后制作了一台12极54槽轴向通风IPMSM,通过样机试验数据验证了此冷却结构的有效性。     

三维气隙偏心对同步发电机转子铁芯温度特性的影响

对同步发电机正常运行、气隙径向偏心、气隙轴向偏心及气隙轴向-径向复合偏心故障前后转子铁芯的损耗和温度的变化进行分析.首先对正常运行以及3种气隙偏心故障下的磁滞损耗和涡流损耗进行了解析,推导得到了各工况对应的损耗表达式;然后建立了CS-5型发电机的三维有限元模型,计算得到了不同工况下转子铁芯的损耗和温度变化数据.研究发现:气隙径向偏心故障下,转子铁芯的温度高于正常情况,随着偏心量的增加,损耗与温度均呈现升高趋势;气隙轴向偏心故障下,转子铁芯的损耗和温度将低于正常情况,偏移量的增加会使损耗和温度均呈现下降趋势;气隙轴向-径向复合偏心故障下,转子铁芯的损耗和温度相对正常情况变化较小,但整体仍呈现升高趋势.最后对CS-5型故障模拟发电机进行仿真和实验,仿真和实验结果与理论分析结论基本一致.     

高速永磁电机定转子小间隙三维流场计算

为了考察高速、超高速下这种"定转子环形间隙+定子槽"并联冷却结构的流场特性,针对一台额定转速120 000 r/min的超高速永磁电机,采用计算流体动力学方法对定转子小间隙三维流场进行了研究,分别考虑了定子槽、轴向冷却流,以及转速对电机定转子小间隙流场的影响。结果表明:定子开槽后,原先存在于定转子环形间隙内的泰勒涡消失了,另外高转速、轴向流加强了环形间隙区气流与定子槽区气流的混合程度。研究结果为高速永磁电机转子热设计提供了重要参考依据。     

凸极电机定子风路变化对热流场影响

随电动机单机容量不断增大,电磁负荷随之提高,电机内部发热量增长显著,通风方案设计将影响峰值温度的数值,对冷却效果起决定性作用。为降低峰值温度,确保电机安全稳定运行,本文以某空冷凸极同步电动机为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)原理,采用有限体积法,求解三维湍流流动控制方程组,得出定子绕组不同冷却风路布置方案设计情况下的三维流场及温度场的分布特点,分析了定转子各部分风路中空气流量分布特点以及定转子固体部件温度分布情况,得出冷却效果较好的定子空气冷却风路布置。结果表明,凸极电机定子铁心段绕组空气冷却风路布置影响定子绕组峰值区域及数值大小。结果可为大容量凸极电动机通风系统结构设计提供参考。     

旋转气冷涡轮三维流场的实验与数值研究

采用k-e湍流模型对气冷涡轮在静止和旋转2种工况下三维流场进行数值计算,并与PIV测量结果进行对比。计算得到射流和主流的掺混区域三维速度以及射流尾迹区二次流动,k-e湍流模型的计算结果与实验基本吻合。与静止涡轮流场相比,旋转状态下涡轮内部流场中存在的离心力、哥氏力的作用使射流与主流掺混流场三维速度发生改变,其中径向速度的改变明显。计算和实验结果表明,旋转对气冷涡轮叶片压力面侧流场的影响大于吸力面。同时,吹风比增大使射流与主流掺混流场区域以及射流尾迹区的范围扩大。     

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.