汽轮发电机电磁性能分析与温升计算方法研究

摘要

随着汽轮发电机单机容量的不断增大,发电机的发热与冷却问题日趋严重.因此,有必要对汽轮发电机内温度场分布进行研究.随着计算机技术和数值方法的不断发展,采用数值方法求解汽轮发电机内温度场分布也越来普遍.温度场的精确计算对电机安全运行,提高运行效率,优化电机结构设计都有显著的意义.在数值计算方法中,有限元法最适合应用于研究汽轮发电机的温度场.为了分析汽轮发电机内的温度场分布情况,该文对电机的温度场的有限元计算方法以及影响电机温度场计算精度的因素作了一些研究.首先,分析了汽轮发电机的三种典型通风系统结构(一进两出、两进三出、转子空内冷)的特点,应用风路理论,得出了三种通风结构的等效风路,运用工程分析方法和网络矩阵法计算了风路中气体各部分的流动情况.其次,针对当前国内外在电机温度场研究中存在的一些问题,采用拱形体单元的离散方法,推导了圆柱坐标系下的基于拱形体单元的三维温度场的有限元计算模型,并用简化算例验证了其正确性与有效性.提出了一种极坐标系下的基于扇形单元的二维温度场的有限元计算模型,并验证了该计算模型的正确性和有效性.在电机的温度场研究中,采用基于拱形体单元和扇形单元的离散方法具有剖分简单、剖分误差小、计算精度高、计算表达式简洁等优点,特别适用于研究电机中二、三维温度场问题.采用推导出的基于拱形体单元的三维温度场计算模型,研究了QF-15-2型汽轮发电机定子铁芯内的三维温度场,并对混合介质中等效导热系数以及电机中有关散热面上散热系数的计算方法作了研究,对发电机定子铁芯段内温度分布的变化规律作了分析和探讨.最后介绍该课题所开发的汽轮发电机电磁计算与温升分析软件中的电磁计算以及温升计算软件的设计流程、用户界面、数据库以及软件的帮助系统.

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及关于学位论文使用授权的说明

绪论

1.提出问题

2.研究背景

3.本论文的研究内容

第一章汽轮发电机通风系统分析与计算

1.1汽轮发电机的通风系统

1.2风扇的工作原理与外特性的计算

1.2.1离心式风扇

1.2.2轴流式风扇

1.3汽轮发电机通风系统的等效风路

1.3.1等效风路的基础理论

1.3.2三种典型通风系统的等效风路

1.4汽轮发电机通风系统计算

1.4.1通风计算的目的

1.4.2风路的等效变换和基本定律

1.4.3通风系统的工程分析法

1.4.4通风系统的网络矩阵算法

第二章温度场计算的理论基础

2.1传热学基础

2.1.1基本定律

2.1.2边界条件

2.2温度场有限元计算的理论基础

2.2.1极坐标系下的二维温度场的有限元方程

2.2.2圆柱坐标系下各向异性媒质中三维稳态温度场的计算模型

2.2.3新计算模型的优点

第三章汽轮发电机定子温度场的计算

3.1定子铁芯温度场的计算模型

3.2热传导系数的确定

3.2.1多层导热体串联导热

3.2.2多层导热体并联导热

3.2.3由矩形截面导体组成的绕组

3.3散热系数的确定

3.3.1影响散热系数的各种因素

3.3.2散热系数的确定方法

3.4热源的确定

3.5定子铁芯温度场计算结果的分析

第四章汽轮发电机电磁计算与温升分析软件的设计

4.1软件开发工具Delphi6.0的特点

4.2电磁计算与温升分析软件设计的思想

4.3程序用户界面的设计与实现

4.3.1电机结构参数的输入和计算结果输出界面

4.3.2位图与图像处理

4.3.3菜单、工具栏和状态栏设计

4.4数据库应用程序的设计

4.4.1数据库的基本概念

4.4.2 ADO组件

4.4.3数据库应用程序的设计过程

4.5联机帮助系统设计

4.5.1制作HTML HELP帮助文件

4.5.2编程使用HTML HELP帮助文件

全文总结

致谢

参考文献

附录

攻读硕士研究生期间发表论文情况