大型同步发电机通风冷却系统与定子温度场的研究

摘要

开发高参数、大容量同步发电机组已成为我国电力工业发展的趋势，当发电机容量不断增大的同时，发电机各部分的损耗也明显增加。这样，加强发电机的通风冷却系统，有效地带走各种损耗产生的热量，降低发电机正常运行时的最高温升，是开发和设计大容量同步发电机的重要因素。
　　本文以一台330MW水-氢-氢冷汽轮发电机为例，根据发电机复杂的通风系统特点和实际结构尺寸，建立了半个轴向段电机的通风网络模型，采用流体网络方法计算得到了电机正常运行时的总风量、各通风沟和进风室的风量和节点压力。从计算结果可以看出，各通风沟的的冷却风量分配较合理，通过发电机端部铜屏蔽的温度可以有效的验证通风系统计算的准确性。在此基础上，对电机端部区域内气隙隔板与转子护环之间径向距离、挡风隔板与压圈之间轴向距离、铜屏蔽和压圈之间的通风流道面积进行调整，比较了调整前后电机通风系统内冷却气体的流量和节点压力的变化情况，分析了调整前后对电机通风系统特性和端部结构件冷却效果的影响，为大型汽轮发电机通风系统结构设计提供了可靠的依据。
　　此外，以一台250MW、68.2rpm的全空冷水轮发电机为例，采用等效热网络法和有限体积法对定子沿轴向半个铁心段、周向一齿一槽情况下的三维温度场进行了计算。在不计及转子旋转效应下，考虑定子上、下层线棒中每根股线的涡流损耗，通过气隙内温升和定子通风沟风量的计算确定定子一齿一槽求解区域内的边界条件。比较了由两种方法确定电机结构件中局部最高温度位置和温度分布，分析了两种方法计算的解算规模和解算时间，并将计算结果与实验数据对比，证明了两种方法计算的准确性和有效性，为大容量同步发电机的开发设计提供了重要的工程实际意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题的主要研究内容

第2章 330MW水-氢-氢冷汽轮发电机的通风系统计算

2．1 330MW水-氢-氢冷汽轮发电机的通风系统特点

2．2 通风系统计算的基本假设和基本条件

2．2．1 通风系统计算的基本假设

2．2．2 通风系统计算的基本条件

2．2．3 局部阻力系数的计算

2．3 流体网络计算方法

2．4 流体网络模型的建立

2．5 通风系统的计算结果与分析

2．6 本章小结

第3章 通风系统内流道过流面积的变化对电机通风冷却系统特性的影响

3．1 调整铜屏蔽和压圈之间通风沟对通风冷却系统的影响

3．2 调整气隙隔板与转子护环径向距离对电机通风系统的影响

3．3 调整挡风隔板与压图之间的轴向距离对电机通风系统的影响

3．4 本章小结

第4章 大型全空冷水轮发电机的定子三维温度场计算与分析

4．1 定子三维温度场求解区域的确定

4．2 等效热网络方法

4．2．1 等效热网络法的基本假设

4．2．2 等效热网络的形成

4．2．3 集中参数的确定

4．2．4 等效热网络方程的求解

4．3 基于流-固耦合的定子温度场

4．3．1 定子求解区域的数学模型

4．3．2 定子流体与传热耦合的物理模型

4．4 定子三维温度场的边界条件和损耗计算

4．4．1 电机一齿一槽求解区域内的边界条件

4．4．2 损耗计算

4．5 基于两种不同方法的计算结果与分析

4．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢