計(jì)及旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的全空冷水輪發(fā)電機(jī)多物理場耦合計(jì)算與分析.pdf

1、隨著對可再生清潔能源的深入開發(fā)利用，水力發(fā)電的發(fā)電容量一直呈增長趨勢。作為將能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵電力設(shè)備—水輪發(fā)電機(jī)，其單機(jī)容量正處于上升趨勢。隨著單機(jī)容量的不斷增大，大容量水輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)冷卻與傳熱問題成為其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題之一。
　　本文以五強(qiáng)溪電站中的一臺250MW全空冷水輪發(fā)電機(jī)為例，根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸及電磁場理論，建立了發(fā)電機(jī)的二維電磁場數(shù)學(xué)模型。采用有限元計(jì)算方法對發(fā)電機(jī)的電磁場模型進(jìn)行求解計(jì)算，計(jì)算分析了發(fā)電機(jī)的磁場

2、分布、阻尼繞組中的渦流分布及氣隙磁場的分布。基于此，確定出阻尼繞組的渦流損耗和氣隙磁場的各次諧波幅值的大小。并通過數(shù)值解析方法計(jì)算出轉(zhuǎn)子內(nèi)的附加損耗。
　　基于以上的理論分析，根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部傳熱、冷空氣流動及特殊的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，在計(jì)及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的條件下，建立了250MW水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子求解域內(nèi)的三維流體-溫度耦合場的物理和計(jì)算模型，并利用有限體積數(shù)值計(jì)算方法對轉(zhuǎn)子求解域內(nèi)的耦合場進(jìn)行了計(jì)算。首先，分析了轉(zhuǎn)子內(nèi)熱源構(gòu)件的溫

3、度隨時間的變化規(guī)律和熱源構(gòu)件的穩(wěn)態(tài)溫度分布情況，進(jìn)一步研究了熱源構(gòu)件的穩(wěn)態(tài)溫度沿軸向的變化規(guī)律。并將計(jì)算得到的勵磁繞組平均溫度與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了方法的正確性。其次，對比分析了非熱源構(gòu)件和轉(zhuǎn)子求解域內(nèi)冷空氣的最高溫度和平均溫度，研究了溫度分布不均勻的極身絕緣、磁極壓板、上下托板、端部流體以及極間流體的溫度分布。在此基礎(chǔ)上，研究了支架入口空氣溫度變化對勵磁繞組表面散熱系數(shù)的影響。最后，對求解域內(nèi)流體流動進(jìn)行了研究，計(jì)算分析了極間流體

4、迎、背風(fēng)側(cè)的速度分布、極間流體在磁軛通風(fēng)道處和相鄰磁軛通風(fēng)道之間的軸向截面速度分布以及轉(zhuǎn)子熱源附近流體的動壓分布。
　　針對轉(zhuǎn)子磁軛通風(fēng)道結(jié)構(gòu)改變的情況，研究了相鄰磁軛通風(fēng)道距離的增大對勵磁繞組溫度分布和勵磁繞組迎、背風(fēng)側(cè)附近流體的速度分布情況的影響。并分析了磁軛通風(fēng)道出口寬度變小的程度對勵磁繞組迎、背風(fēng)側(cè)外表面的溫度分布、極間流體在周向和軸向的截面流速分布以及極間流體迎、背風(fēng)側(cè)的溫度分布的影響。對于轉(zhuǎn)子磁軛通風(fēng)道發(fā)生堵塞故障時，