300MW大型汽轮发电机流体场及温度场分析计算

摘要

大型汽轮发电机作为电力系统中的关键部分更是与电力系统的稳定性、电能质量以及电力需求有着密切的关系。在提高汽轮发电机单机容量的同时又要保持其输出电能的稳定性，运行时的电磁负荷必然提高，要保证电机的运行可靠，需要控制电机整体的通风及温度分布，因此准确计算汽轮发电机转子和定子通风流体分布以及温度场分布对大型发电机稳定运行有着重要的指导意义。
　　本文对一台300MW水-氢-氢大型汽轮发电机的转子与定子流体场及温度场进行研究，主要工作如下:
　　首先，利用UG软件建立300MW汽轮发电机转子通风模型，引入流体力学原理并结合Fluent软件计算出大型汽轮发电机在额定运行、且整个转子两侧通风时的流体场分布;模拟单侧通风的流体场分布以及不同旋转速度时转子径向通风道内流体分布，并对风道中通入氢气与空气时，计算并比较了风道压力，证明转子两侧通氢气时散热效果更优。
　　其次，利用UG软件建立3D转子温度场模型，根据转子流体场计算结果得到转子温度场计算的初始入口风速，将转子绕组热量作为体热源加载到Fluent中，根据传热学理论以及大型电机冷却的经验知识，利用有限元体积法计算得到大型汽轮发电机额定运行时转子温度场分布，从径向角度看，靠近转子大齿的转子槽位温度较低，从轴向角度看，半轴长转子整体温度呈现先升高后降低的趋势，之后分析转子表面损耗对转子各部件温度变化的影响。
　　最后，建立3D定子通风冷却模型，根据Maxwell软件计算得到定子铁芯热源——铁耗，再将定子绕组铜耗作为总热源加载到Fluent中，将流体场与温度场进行耦合计算，得到大型汽轮发电机额定运行时定子通风流体及温度场分布，证明水-氢-氢冷却系统的优越性;然后模拟分析定子内水管堵塞对定子绕组以及定子主绝缘温度的影响，发现下层两根水管堵塞对下层绕组和绝缘温度影响较大。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题背景与意义

1．2 大型汽轮发电机冷却方式发展概况

1．3 国内外研究现状

1．3．1 流体场求解计算

1．3．2 温度场求解计算

1．4 本文主要研究内容

2 转子通风系统研究分析

2．1 大型汽轮发电机有限元模型

2．2 转子流体场模型及网格建立

2．3 fluent流体场仿真

2．3．1 流体场计算数学原理

2．3．2 转子旋转副槽两侧通风流体场计算

2．3．3 转子静止副槽两侧通风流体场计算

2．3．4 转子旋转副槽单侧通风稳态流体场计算

2．3．5 静止转子副槽单侧通风稳态流体场计算

2．4 本章小结

3 转子流体场与温度场耦合仿真

3．1 温度场计算相关理论

3．1．1 对流热交换和牛顿放热定律

3．1．2 导热基本定律及方程

3．1．3 热传导的边值条件

3．2 转子温度场模型及网格建立

3．2．1 转子温度场模型建立

3．2．2 网格划分

3．3 Fluent计算条件设定

3．3．1 边界条件设定

3．3．2 体热源计算

3．4 转子温度场与流体场耦合仿真分析

3．4．1 忽略转子表面损耗仿真分析

3．4．2 考虑转子表面损耗仿真分析

3．4．3 转子各槽位温度对比分析

3．5 本章小结

4 定子流体场及温度场耦合仿真

4．1 定子通风冷却模型及网格建立

4．2 Fluent计算条件设定

4．2．1 边界条件设定

4．2．2 体热源计算

4．3 定子流体场与温度场耦合仿真分析

4．4 定子水管堵塞温度场对比仿真分析

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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