1000MW级大型汽轮发电机通风冷却系统的研究

摘要

本文研究内容系国家机械工业技术发展基金项目(96JF0011)的一部分,文章对1000MW级汽轮发电机的通风冷却系统,尤其是对汽轮发电机转子绕组和定子铁心的通风冷却系统进行了深入的研究,为1000MW级汽轮发电机的国产化提供了实用有效的分析计算方法. 文章首先对转子绕组采用轴向风道通风冷却系统的1000MW级汽轮发电机转子绕组和定子铁心的通风和温度进行了分析计算.建立了转子绕组节点单元热阻等效网络的准三维热模型,以及定子铁心中典型的矩形单元、扇形单元、通风孔单元和齿顶单元的等效热阻模型.给出了转子绕组各匝导体通风道的局部阻力系数和沿程阻力系数,转子各匝导体的风量、流速和各单元的温度,以及定子铁心各单元的通风和温升的计算方法.以一台930MW汽轮发电机为例,通过计算结果与试验结果的比较,验证了计算方法的正确性. 然后,对转子绕组采用副槽通风冷却系统的1000MW级汽轮发电机转子绕组和定子铁心的通风和温度进行了分析计算.依据空气动力学原理,建立了副槽通风系统的转子绕组通风计算模型,给出了副槽和转子绕组径向风道内冷却气体压力、流量和流速的计算方程,并对一台转子绕组采用副槽通风系统的1000MW汽轮发电机副槽和转子绕组径向风道内冷却气体压力、流量和流速进行了分析计算.使用节点单元热阻等效网络方法分别计算出了该电机转子绕组和定子铁心各单元的温度. 最后,对转子绕组采用气隙取气通风冷却系统的1000MW级汽轮发电机转子绕组和定子铁心的通风和温度进行了分析计算.以转子绕组采用气隙取气通风冷却系统的一台900MW汽轮发电机初步设计方案为例,分别建立了转子绕组本体部分通风道和转子绕组端部通风道的通风模型,给出了其等效热网络方程组,计算出了不同情况下相应通风道内的风速和各节点单元的温度.根据定子铁心通风回路中冷却氢气的流向,以及其与转子槽部和端部的耦合,建立了由73个通风节点构成的通风模型,给出了定子铁心的各通风支路风阻方程组,等效风路流量平衡方程组,以及等效风路压力平衡方程组. 上述研究对国产化1000MW级汽轮发电机开发设计具有重要参考价值和指导意义.

目录

文摘

英文文摘

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第一章前言

1.1论文的意义

1.2大型汽轮发电机通风冷却系统的发展概况

1.2.1空冷

1.2.2氢冷

1.2.3水冷

1.2.4蒸发冷却和超导电机

1.3本文主要研究内容

1.3.1电机温升的计算方法

1.3.2轴向风道通风转子绕组和定子铁心的通风与温升分析计算

1.3.3副槽通风转子绕组和定子铁心的通风与温度分析计算

1.3.4气隙取气转子绕组和定子铁心的通风与温升分析计算

第二章大型汽轮发电机转子绕组轴向风道冷却系统研究

2.1引言

2.2 930MW汽轮发电机轴向风道冷却系统通风分析

2.2.1风路分析

2.2.2压力计算

2.3局部阻力系数和沿程阻力系数的计算

2.3.1匝导体通风道内局部阻力分析

2.3.2阻力系数计算

2.4 930MW汽轮发电机转子绕组直线部分通风与温升计算

2.4.1通风计算

2.4.2温度计算

2.5 1100MW汽轮发电机转子绕组直线部分通风与温升计算

2.5.1通风计算

2.5.2温度计算

2.6本章小结

第三章转子端部线圈和定子铁心通风与温升的分析计算

3.1引言

3.2转子端部通风分析

3.2.1通风分析

3.2.2局部阻力与沿程阻力计算

3.3转子端部线圈温度计算

3.3.1三维热模型

3.3.2热等效电路及方程

3.4算例

3.4.1算例一

3.4.2算例二

3.5定子铁心通风和温度计算

3.5.1定子铁心轴向冷却系统分析

3.5.2热阻计算

3.5.3通风计算

3.5.4温度计算

3.5.5算例

3.6本章小结

第四章转子绕组副槽通风冷却系统的分析计算

4.1引言

4.2 1000MW汽轮发电机转子绕组副槽通风计算

4.2.1副槽通风分析

4.2.2通风计算

4.3 1000MW汽轮发电机转子绕组副槽温度计算

4.3.1温度计算的差分方程

4.3.2温度计算

4.4 1000MW汽轮发电机定子铁心通风与温度计算

4.4.1定子铁心通风与发热分析

4.4.2温度计算

4.5本章小结

第五章气隙取气氢冷却系统的研究

5.1引言

5.1.1气隙取气冷却系统的三种类型

5.1.2气隙取气斜流通风的两种方式

5.1.3冷却风沟的倾角

5.1.4转子绕组端部通风

5.1.5转子绕组通风与温升

5.2转子绕组本体部分通风与温度的分析计算

5.2.1基本假设

5.2.2等效热网络方程组

5.2.3六种情况下导体单元温度计算

5.3转子端部绕组通风与温度的分析研究

5.3.1转子端部绕组通风分析

5.3.2转子端部绕组温度分析

5.4定子铁心通风的分析

5.4.1通风回路各节点与支路的风阻

5.4.2等效风路流量与压力平衡方程组

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1本文所完成的工作

6.2研究展望

参考文献

致谢

攻读博士期间完成的学术论文