水轮发电机通风系统试验及数值研究

摘要

通风冷却系统的改进为水轮发电机具有更高的输出功率和在不同工况下运行提供了条件。电磁损耗、摩擦损耗以及通风损耗产生热量。这些热量通过风扇和／或转子自身旋转产生的风量带走。冷却空气流经定子通风沟以限制电气绝缘的温度。该温度应在时间和空间上保持在限定值以内，并且分布均匀，从而避免过热应力和过热点出现。因此，控制冷却空气的均匀分布、减小气体的分流和旋涡至关重要。冷却空气流动特性的改善也会提高电机的总体效率。定子通风沟人口处冷却空气突然从切向变为径向，此处的通风损耗占总通风损耗的很大部分。本文研究对象是发电机模型中的冷却空气，特别是定子通风沟中的冷却空气。本文中的发电机模型设计以先前研究的发电机真机为基础。该模型的设计同时考虑了试验和数值研究方法的需要。在试验装置的设计过程中，使用了计算流体力学（CFD）的计算结果。转子和定子制造采用了快速成形技术和有机玻璃材料，得到较高的几何精度和光学试验接口。为精确地测量风量和进口风速设计了独特的进口部件。试验测量包括粒子图像测速（PIV）和发电机内的总压力测量。cFD模拟是基于OpenFOAMcFD工具箱和稳态冻结转子的方法来实现的。通过模型具体研究了通风槽钢添加入口导风弧的影响以及风扇叶片人口对风量的影响。CFD计算结果捕捉了试验流场细节，达到了准确合理的水平。