汽轮发电机转子轴向-径向通风冷却系统流动特性研究

转子--轴承--密封系统动力学特性研究的开题报告一、研究背景转子传动系统是机械传动系统的重要组成部分，广泛应用于机械工业中的泵、风机、压缩机、发电机等设备中。

转子传动系统的动力学特性对整个机械系统的稳定性和可靠性有着重要影响。

因此，对转子传动系统的动力学特性研究具有重要意义。

转子传动系统的核心是转子、轴承和密封系统。

转子的旋转会带来离心力和振动，而轴承则负责支撑转子并通过摩擦来消耗转子的能量。

密封系统则针对液体、气体等流体环境，对工作环境起到防尘、防水、防油等保护作用。

因此，转子、轴承和密封系统的动力学特性研究对于机械系统稳定性和可靠性的提升具有极其重要的意义。

二、研究目的本研究旨在深入了解转子、轴承和密封系统的动力学特性，探究它们之间的相互关系，为机械系统的稳定性、可靠性提升提供理论基础和应用参考。

具体目的如下：1.分析转子在不同转速下的振动特性与离心力特性，并研究不同轴承对转子的支撑效果；2.研究不同类型的轴承在转子传动系统中的摩擦特性和磨损特性，并对轴承的寿命进行分析；3.研究不同类型的密封系统在液体、气体等流体环境中的防止泄漏、防尘和防水等特性，并分析密封系统对转子传动系统的影响；4.综合分析转子、轴承和密封系统之间的相互影响与作用，探究机械系统的优化方法。

三、研究内容1. 转子的动力学分析（1）转子运动学模型的建立；（2）转子振动特性的研究与分析；（3）转子离心力的研究与分析。

2. 轴承的动力学研究（1）不同类型的轴承模型的建立；（2）轴承的摩擦特性和磨损特性分析；（3）轴承寿命分析。

3. 密封系统的动力学研究（1）不同类型的密封系统模型的建立；（2）密封系统的防止泄漏、防尘和防水等特性分析；（3）密封系统对转子传动系统的影响分析。

4. 转子、轴承和密封系统综合分析与优化（1）结合转子传动系统特点，综合分析转子、轴承和密封系统之间的相互影响；（2）从理论和实践出发，探索机械系统的优化方法。

径向通风电机流体流动及传热特性分析作者：丁树业夏之慧李海玲仵程程隋宇来源：《哈尔滨理工大学学报》2019年第01期摘要：为研究径向通风电机内部流体分布、传热性能及温升特性，根据径向通风电机通风结构及传热特点，建立三维流动及传热耦合的物理模型和数学模型，结合工程实际给出基本假设和边界条件，采用有限体积法对流体场及温度场进行求解，得出电机内部冷却介质流动性能、传热特性及电机各部件的温升分布情况。

最后，对电机定转子股线、绝缘及铁心温升分布做了详细分析，获得电机温升分布趋势及温升最大值的位置。

为径向通风电机综合物理场的准确计算以及通风结构的优化提供了理论依据。

关键词：径向通风电机;流体流动;传热特性;耦合DOI：10;15938/j;jhust;2019;01;006中图分类号： TM315文献标志码： A文章编号： 1007-2683（2019）01-0034-07Analysis of Fluid Flow and Heat Transfer Characteristics;for Radial Ventilation GeneratorDING Shu;ye，XIA Zhi;hui，LI Hai;ling，WU Cheng;cheng，SUI Yu（School of Electrical and Electronic Engineering， Harbin University of Science and Technology，Harbin，150080，China）Abstract：In order to study distribution of fluid flow， the characteristic of heat transfer，and temperature rise characteristics of radial ventilation generator，a mathematical and physical model of 3D fluid flow and heat transfer coupled was established according to structure characteristic of radial ventilation generator;Flow fluid and field was calculated coupled using finite volume method by giving fundamental assumptions and corresponding boundary conditions;From the research，the performance of fluid flow characteristic of heat transfer，and temperature rise distribution of generator were obtained;Finally，the temperature rise distribution of the strand， insulation and iron core of stator and rotor are analyzed respectively， the maximum temperature rise position of each parts of the motor are obtained;The theory gist for accurate calculation of synthetic physical fields and structure optimization for the radial ventilation generator is providedKeywords：radial ventilated generator; fluid flow; heat transfer characteristics; coupling0前言隨着电机单机容量的增加，势必增加电机尺寸、结构的复杂性以及电机内电磁负荷的强度，即大大增加了电机研究的难度。

流场分析轴向通风冷却电机的转子温度l2流场分析轴向通风冷却电机的转子温度2005.№4,JIL场分析轴向通风冷却电机的转子温度陈琳,刘长红,姚若萍(上海交通大学,上海200030)[摘要]异步电机定子采用全浸式蒸发冷却,转子采用轴向通风冷却时,有效地分析电机的转子温度分布是一个难点,其主要困难在于气隙中的散热系数与复杂的气流状态关系很大,因此很难确定.本文提出一种不需要考虑气隙散热系数,用流场和温度场耦合分析转子温升的方法.该方法应用到一台315kW电机的分析中,结果令人满意.[关键词]异步电机;流场;温度场;有限元法[中图分类号]TM343[文献标识码]A[文章编号]1000—3983(2005)04—0012—04 TemperatureAnalysisofAxialV entilationCoolingMotorRotorwithFlowFieldAnalysisM ethodCHENLin,LIUChang—hong,YAORuo—ping (ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:Inaninductionmotor,whenstatorusesfull—soakedevaporationcooling,andtherotorcoolingfactorisaxialventilation,it'Sdifficulttoaccuratelyanalyzethetemperatureriseofind uctionmotorrotorinelectricalmachinedesign.Themostdifficultpointisthevalueofairgapconvecti oncoefficient,whichhasmuchtodowiththeflowstateoftheairinthegap.Thispaperproposedan ewmethod:aflow—temperaturecoupledanalysistocalculatetherotortemperature.Theresultsfromthe analysisofa315kWinductionaresatisfactory~KeyWOrds:inductionmotor;flowfield;temperaturefield;finiteelementmethod 1引言电机内的各种物理场是一个相互影响,相互制约,具有一定耦合关系的综合场.就电机部件温度及其分布而言,除了与其自身的材料性质有关之外,主要取决于热源和电机的通风情况.转子温度场的计算难点,在于必须先进行流体场分析以确定各种工况下蒸汽对转子表面的散热系数,也就是确定转子换热的边界条件.但计算转子和气隙之问的散热系数时,需要大量的参数,计算复杂,难以确定,不同的冷却方式下气流流动状态不同,当气隙内的空气产生复杂的运动时,这个散热系数就更加难以用解析式来描述.本文提出了一种分析轴向通风冷却情况下转子温升的新方法,即在对整个转子进行温度场分析时,只需利用通风冷却的空气入口速度,进行流体场分析,两种分析同时进行,耦合计算,这样就无需单独计算气隙的散热系数.对一台315kW蒸发冷却异步电机进行计算后,获得了令人满意的结果.2流体场分析2.1流体场基本方程流体问题可由质量,动量和能量的守恒定理来描述.这些定理的偏微分表达式如下所示.连续性方程:一ap+++:0aaavaz,仃,●-,,●_,卜,Z[●/¨/\\,__,,,广D一广D一a一++}厂÷,厂广D—广D—广D—+++++,●,一\●.,,一,●,一一—一,l●,一,l●,一,●/一,√一,一,_,I——一+++,●.,,一\●.,,一,●.,,一广D一广D一广D一2oo5.№4大电机技术能量方程:昙+未刊+毒7j+刊=未+式中:y,,——,,Y,Z方r~i-_的速度分量; 体密度;g,gy,——三个方r~i-_的重力产生的加速度分量;IX——有效粘度;尺,,——三个方r~i-_的分布阻力; ,,——三个方向上的粘滞损失项;——停滞温度;卜热导率;Q——体积热源.在求解流体场时,首先获得动量方程的近似解,在质量守恒的基础上,再将动量方程的解作为强迫函数来求解压力方程,最后用压力解来更新速度,以使速度场保持质量守恒.一般来说,这个过程要执行多次,直到求解的各个自由度的变化率在规定的范围之内为止.2.2标准k一￡紊流模型标准k一￡模型是一个基于紊流动能和扩散率的半经验公式,k方程为精确方程,而￡方程则是由经验公式推导得出的:+击音+)考]+G+G一一+妄+击=啬+)考1+c.cGk+C3EGb一c:+紊流速度由下式确定:3温度场分析_pC模型常量:C=1.44,C2=1.92,C=0.09,o'-k=1.0,=1.32-3密度的BOUSSINESQ假设对于自然对流流动,为了得到更好的收敛速度,可以用BOUSSINESQ模型对密度进行假设,这要比设定密度为温度的函数来解决问题收敛得更快.除了动力方程的浮力项之外,该模型在所有解决的方程中,将密度视为常数,则动量方程为6o—Po)g兰-po一7"0)g式中;P.——流动的常数密度;——操作温度;——热扩散系数.根据以上分析,本文的数值计算限定为二维,稳态,不可压缩紊流流动,对密度采用BOUSSINESQ假设.在这些假定和限制条件的约束下,计算采用k一￡两方程紊流模型,紊流时各物理量遵循如下规律:流体场计算需要质量守恒,动量守恒和能量守恒,此外还要满足k方程和￡方程.3.1计算区域的确定浸渍式蒸发冷却异步电机具有特殊的冷却结构.该电机的定子采用蒸发冷却液浸渍冷却,可在不通风的情况下完全满足定子侧的安全温升要求,从而降低了通风损耗和噪声等级.同时在气隙内放置玻璃钢隔离套筒,将冷却液与转子完全隔离.这样转子只能通过气隙轴向通风冷却方式,在气隙内形成一个轴向通风道,冷空气从转子一端的端环下进入转子轴向风道, 从另一端的端环排出,带走因转子损耗所产生的热量. 本文考虑了轴对称二维区域内的情况,故将温度场求解区域确定为整个轴长,从转轴到定子外表面的范围, 求解区域如图1所示.图1求解域(SI:转子及端环s2:空气域s3:转轴s4:气隙及套筒)基本假设:(1)忽略端环的作用;(2)转子损耗为热激励源,且分布均匀;14流场分析轴向通风冷却电机的转子温度2005.№4一苎定子侧,根据实际运行情况,其中:可以设置其温度为定值;…' (4)认为转轴内表面为绝热面.3.2三维稳态热传导方程及其等价变分问题由傅立叶热传尊定律及热力学能量守恒定律可知,电机内稳态三维温度场可用如下的边值问题来描述:式中:(]+专(]+妄]=一gQl:T=Q::q.Q:一一)——温度,℃;,,一一三个方向上的导热系数,W/mm'℃:q——热源求解区域,W/mm3;——表面散热系数.用变分原理将所要求解的混和边值问题转化为相应条件的变分形式:=L2~.0x)+鲁(+鲁㈢+一=rnin然后利用剖分插值将变分问题离散化为普通多元函数的极值问题,归结为一组多元代数方程,解之即得原问题的数值解.3.3表面散热系数的确定散热系数是温度场计算的难点和重点,通常散热系数由经验公式给定,例如对径向通风电机,转子表面的散热系数通常认为是一个常数,但根据文献【5】可知,散热系数可由下式计算:一-oo38们×4老一38×"n×『1+2_4..×云P妒.——圆周向的雷诺数,P妒.=—u~1Deq;P∞——轴向的雷诺数,尺P∞=UzDeq;P——总的雷诺数,P:—uD—eq;pl——转子圆周线速度,m/s,=(OzDoa/2;092——_转子转速,rad/s;D.2——转子外径,m;uz——轴向风速,m/s,"z=QIsg;s——气隙截面积,m2;u——等效速度,m/s,——空气的运动粘度;——形状系数;——空气的热导率;D叼——气隙水力直径,m,D叼=4;LgL.——气隙湿周.文献【5】中的经验公式并不能直接应用于轴向通风电机,这是因为气隙内的轴向风速,气隙表面的环境温度都是变化的.因此,本文在求解过程中,没有直接给定散热系数,只是直接将轴向风速与损耗一起加入到模型中.两者耦合计算,得到了转子的温度场分布,简化了散热系数的计算过程.4计算实例采用上述方法,对一台315kW蒸发冷却异步电机的转子进行了分析.该电机使用装在气隙中的套筒将定转子分离,定子完全浸在氟利昂溶液中,转子是轴向通风冷却.转子轴向通风入口风速为0.75m/s,总损耗为15kW.计算模型基本数据如表1所示.表1计算模型基本数据4.1气流速度矢量分布对于求解域生成矩形网格,通过有限元分析可以得到整个区域的气流分布,气隙内沿轴向的风速变化如图2所示.20o5.№4大电机技术153O0.+o12.50c~12.00c+0111趟区100cIO10.50c+00O.OOc'+O001002003004005006o0700800900lc+0位置(mm)图2气隙内的风速变化4.2转子温度场的计算结果整个求解域的温度场分布如图3所示.图3温度场分布图从图中可以看出,温度场分布与实际情况相符,转子绕组最热点温度在转轴处,这是因为转轴设定为绝热面,没有热量传递,致使该部分的温度达到最高; 人口和出口处的温度最低,这是由于通人的空气的冷却作用所致.入口处通入的是常温空气,经气隙到达出口处,温度稍有回升,但是,由于出口处有一部分空气流人,从而降低了该部分的温度.另外,人口风速的变化对转轴的最高温度有影响.转子表面温度计算值与测量值的比较见表2.表2温度计算值与测量值的比较计算值(℃)ll0一ll3试验值(℃)ll6由表2可见,计算结果与实际温度相差较小.转子表面轴向的温度分布曲线如图4所示.两端通风域中的温度比中心转子的实心部分温度低,在转子表面.可以看出,温度有明显的跳跃.这是由于从整个轴向部分来看,转子的实心区域是200～750mm,这部分由于转子的损耗,使得温度上升; 而在O~200mm,750～950mm部分,由于冷却气体的作用,温度明显下降.37cb+023.6(L'-g)2350c-gr23.40c+02霸3.30怕稚3.20c-4~23.1(L-'+023O+0200200300400500600700800900lc-t03位置(nln)图4转子表面的温度曲线图5结论本文提出了一种用流体场和温度场耦合,分析异步电机转子温度的方法,即在对整个转子进行温度场分析时,只需通风冷却的空气入口速度,便可进行流体场分析.两种分析同时进行,耦合计算,无需计算气隙的散热系数,对气隙内气流发生复杂流动的情况特别有效.此方法在对一台315kW蒸发冷却异步电机的分析应用中,取得了很好的成果.[参考文献]【1]佩敏,杨平西.采用径,轴向混和通风发电机定转子绕组温度分布[J].中小型电机,2002,29(1).【2]丁舜年.大型电机的发热与冷却【M】.北京:科学出版社,1992.【3]胡俊辉,许承千.大中型异步电机通风的研究和计算[J].大电机技术,1992(1).【4]HouYunpeng,LiWeili,ZhouFeng,ChengShukang. AnalysisandCalculationofNonlinearFlowField andStatorTemperatureFieldinStatorRadialV entilatingGroovesforLargeHydro-generatorin theCaseofInsulationAging[J].HarbinInstituteof Technology,2003.【5]鲍里先科,丹科和亚科夫列夫.电机中的空气动力学和热传递【M].北京:机械工业出版社,1985.【收稿日期]2004-07.19[作者简介]陈琳(1982.),女,安徽安庆人,上海交通大学在读硕士,主要研究电机的蒸发冷却.(编辑:冷晓梅)。

第28卷㊀第2期2024年2月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.28No.2Feb.2024㊀㊀㊀㊀㊀㊀汽轮发电机带有交替径向风道的转子流体与传热耦合分析李伟力1,㊀乔田怀1,㊀李亚磊1,㊀李程昊2,㊀刘明洋2,㊀李志强3(1.北京交通大学电气工程学院,北京100044;2.国网河南省电力公司电力科学研究院,河南郑州450015;3.中国电力科学研究院有限公司,北京100192)摘㊀要:针对汽轮发电机带有交替径向通风道的转子发热冷却问题,以一台350MW 水氢氢冷汽轮发电机为研究对象,依据流体力学和传热学的基本理论,首先建立计及旋转的电机全域通风网络模型,采用逐次迭代法计算得到各支路流量和节点压力㊂其次,建立了带有交替径向风道的发电机转子流体-传热三维物理模型和数学模型,给出了基本假设和相应的边界条件,同时将通风网络计算得到的风速和压力作为转子求解域的耦合边界,采用有限体积法进行求解,计算结果与实测值吻合㊂然后分析了交替径向风道内流量分配和氢气流动情况,研究了转子内部氢气温度分布和槽楔出风口风温变化规律,探明了转子绕组和铁心轴向温度分布特性,讨论了副槽入口流量和槽楔出口直径对转子流体和温度的影响㊂得出副槽入口流量应控制在0.1~0.16m 3/s 范围内,且选择较小的槽楔出口直径,可以提高通风系统的效率与风量分配均匀性,降低转子轴向热不平衡㊂关键词:水氢氢冷汽轮发电机;交替径向风道;通风网络;流体流动与传热;有限体积法DOI :10.15938/j.emc.2024.02.002中图分类号:TM311文献标志码:A文章编号:1007-449X(2024)02-0011-10㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2023-04-12基金项目:国家电网有限公司总部管理科技项目(5100-202224023A -1-1-ZN )作者简介:李伟力(1962 ),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为大型电机综合物理场和特种电机理论;乔田怀(1996 ),男,博士研究生,研究方向为大型汽轮发电机多物理场计算;李亚磊(1998 ),男,硕士研究生,研究方向为大型汽轮发电机流体场与温度场;李程昊(1988 ),男,博士,高级工程师,研究方向为电力系统稳定性分析;刘明洋(1991 ),男,博士,工程师,研究方向为电力系统稳定性分析;李志强(1978 ),男,博士,高级工程师,研究方向为调相机设计㊁运行及稳定性分析㊂通信作者:李伟力Coupling analysis of fluid flow and heat transfer in turbogeneratorrotor with alternate radial ventilation ductsLI Weili 1,㊀QIAO Tianhuai 1,㊀LI Yalei 1,㊀LI Chenghao 2,㊀LIU Mingyang 2,㊀LI Zhiqiang 3(1.School of Electrical Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China;2.Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Company,Zhengzhou 450015,China;3.China Electric Power Research Institute Company Ltd.,State Grid Corporation of China,Beijing 100192,China)Abstract :Regarding the issue of rotor heating and cooling in a turbogenerator rotor with alternate radial ventilation ducts,a 350MW water-hydrogen-hydrogen-cooled turbogenerator was selected as the research object.Based on the basic theories of fluid mechanics and heat transfer,a global ventilation fluid network model was firstly established,taking into account the rotation.The branch flow and node pressure were calculated using a successive iteration method.Then,a three-dimensional physical and mathematical model of fluid-heat transfer in a generator rotor with alternate radial ducts was established,and the basic assumptions and corresponding boundary conditions were given.At the same time,the results from theventilation network were used as the coupling boundary of the rotor solution domain,and the finite volume method was used for coupling calculation.The calculated results match well with the measured values. Then,the flow distribution and hydrogen flow in the alternate radial ducts were analyzed,and the hydro-gen temperature distribution inside the rotor and the temperature variation at the slot wedge outlet were studied.The axial temperature distribution characteristics of the rotor winding and iron core were ex-plored.Furthermore,the effects of the inlet flow rate of the sub-slot and the outlet diameter on the rotor fluid and temperature were discussed.The inlet flow rate of the sub-slot should be controlled within the range of0.1m3/s-0.16m3/s,and a smaller slot wedge outlet diameter should be selected to improve the efficiency of the ventilation system and the uniformity of air volume distribution,and reduce the axial thermal imbalance.Keywords:water-hydrogen-hydrogen-cooled turbogenerator;alternate radial ducts;ventilation fluid net-work;fluid flow and heat transfer;finite volume method0㊀引㊀言大型汽轮发电机在运行中由于转子匝间发生绝缘故障引起发电机转子匝间短路问题时有发生,危及电机运行安全[1-2]㊂转子通风系统作为发电机重要通风系统组成部分,它的风路设计的合理性以及氢气流动规律是设计和运维人员非常关心的问题之一㊂同时,转子内部氢气流动状态不仅影响转子体温度分布,而且影响轴向转子铜排的热应力分布㊂转子铜排和匝间绝缘因热膨胀系数的不同,会导致绝缘在热应力的作用下失效,导致发电机出现故障㊂因此,研究发电机转子温度分布,是非常重要的㊂国内外专家学者对大型汽轮发电机的通风系统和定㊁转子温度场进行了许多研究㊂国外M.Fuku-shima等[3]根据流体相似理论对一台300MW空冷汽轮发电机的风路进行建模与计算,得到了各节点压力值和各支路流量值㊂G.Traxler-Samerk等[4]利用通风网络和等效热网络耦合的方法对一台315MW发电机关键构件温度进行了计算㊂国内李伟力教授等[5]采用流体网络法对一台330MW水氢氢冷汽轮发电机的通风系统模型进行了计算,分析了各支路流量分布情况㊂以上基于 路 的方法具有计算速度快㊁参数可变的优点,其精度依赖于节点数量㊂为了提高计算准确度,学者们普遍采用有限体积法对汽轮发电机的定㊁转子温度场进行研究㊂文献[6-7]采用有限体积法分别研究了空冷汽轮发电机定子径向通风沟和定子端部的空气流动状态和温度分布规律㊂李俊卿等采用一种混合单元的网格划分[8],研究了水路堵塞对定子流体场和温度场的影响[9-10]㊂路义萍等人对双径向直风道的空冷汽轮发电机转子流体场和温度场进行了全面的研究,采用有限体积法计算了转子的二维温度场[11];分析了变结构和副槽入口风速变化等对内部风道流量分配的影响[12];探明了副槽形状变化㊁槽楔出口直径变化㊁通风沟数量变化对转子内部传热的影响机制[13]㊂以上基于 场 的计算方法可以获得较高的精度,但计算时间相对较长㊂目前大部分文献主要对水氢氢冷汽轮发电机定子温度场和空冷汽轮发电机带有双径向直风道的转子流体-温度场进行了较多的研究,而对水氢氢冷汽轮发电机的转子流体-传热耦合计算研究较少,尤其是对一种交替径向风道的转子热计算更是鲜有报道㊂此外,目前汽轮发电机转子流体-传热耦合计算大多采用场算的方法,其边界条件(如入口速度)的给定大多依赖于实测值,而这显然不是一种通用的方式㊂而且在发电机风路计算中,转子的旋转效应很少被考虑,这容易带来计算误差㊂针对上述问题,本文以一台350MW水氢氢冷汽轮发电机为研究对象,将场算与路算方式有机结合,提出以计及转子旋转的全域风路作为前置边界的发电机转子三维流体与传热场路耦合计算方法,对具有新型交替径向风道的转子进行流体-传热研究,旨在揭示转子内部氢气流动状态和关键部件温度分布规律㊂首先,根据电机通风系统特点与结构参数,建立计及旋转的全域通风流体网络,基于流体力学基本理论对其求解,结果作为转子计算模型的边界条件㊂其次,采用有限体积法对带有交替径向风道的转子模型进行流体-传热耦合计算,研究内部风道流量分配规律与流体速度分布情况,总结转子内部流体与固体关键截面温度变化,揭示副槽入21电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀口流量和槽楔出口直径变化对转子内流量分配和结构件温度的影响㊂最后,得出一些有益的结论,为该类型汽轮发电机转子结构设计与准确计算提供参考㊂1㊀计及旋转的汽轮发电机全域通风流体网络1.1㊀电机结构参数与通风系统本文所研究的350MW 水氢氢冷汽轮发电机主要结构参数如表1所示㊂采用密闭式定子全径向单路通风和转子副槽通风的冷却方式,由于发电机本体沿轴向呈对称结构,因此仅对轴向半个电机进行研究㊂其通风系统如图1所示,电机关键部件以及流体路径已重点标出㊂表1㊀350MW 水氢氢冷发电机主要结构参数Table 1㊀Parameters of a 350MW water-hydrogen-hydro-gen cooled turbo-generator㊀㊀发电机参数数值额定功率/MW 350额定电压/V 24000额定电流/A 9905.5额定频率/Hz 50额定励磁电流/A 2600定子内径/mm 1300铁心长度/mm 4600转子外径/mm 1100额定转速/(r /min)3000图1㊀350MW 水氢氢冷汽轮发电机通风系统示意图Fig.1㊀Ventilation system of a 350MW water-hydro-gen-hydrogen cooled turbo-generator冷却氢气经轴流式风扇加压后,分为三路进入发电机:1)一路流经发电机定子绕组端部区域,冷却发电机端部绕组和压指㊁压板㊁铜屏蔽等,进入发电机轭背部;2)一路进入发电机转子护环下通风道,一部分冷却转子端部绕组,另一部分进入转子副槽,经由转子绕组内部的径向通风沟对绕组进行冷却后,从转子槽楔的出风口流入气隙;3)一路直接进入气隙,与转子槽楔出来的氢气汇合,进入定子径向通风沟,流向定子轭背部,与定子端部区域的冷却氢气会合后共同进入氢冷却器,最后通过机壳通风道进入轴流式风扇,实现冷却氢气的流动循环㊂1.2㊀计及旋转的发电机全域通风网络为了简化计算,根据电机通风系统的特点,做出如下假设:1)发电机关于轴中心是对称的,因此仅建立半个电机的通风网络模型;2)认为电机内的冷却氢气处于连续㊁稳定的循环流动状态,流量和压力连续变化;3)认为电机内冷却氢气为不可压缩气体,忽略温度变化对氢气密度的影响,忽略氢气的重力㊂冷却气体在流经通风道时受到沿程阻力或局部阻力会产生压力损失,其表达式[5]为ΔH =ζ12ρv 2H =ζ(12ρQ 2S 2)=(ζρ2S2)Q 2=ZQ 2㊂(1)式中:ρ为冷却氢气密度;Q 为各支路的流量;S 为风道特征截面的面积;v H 为冷却氢气流速;Z 为各支路风阻;ζ为阻力系数㊂根据质量守恒定律,流入和流出通风网络中任一横截面的冷却氢气的流量应相同㊂因此对于网络中任何一个节点都应有ðQ m=0㊂(2)其中Q m 为与该节点相连各支路的冷却氢气流量㊂根据伯努利方程和能量守恒定律,对于通风网络中任一闭合回路,冷却氢气的流动压力变化总和为0,即ðH n=0㊂(3)其中H n 为第n 条闭合回路的冷却氢气压降㊂结合上述基本假设与流体力学基本理论,所建立的计及转子旋转的汽轮发电机(半个电机)通风网络模型如图2所示㊂通风网络模型中的风阻Z 1㊁Z 2㊁ ㊁Z 26与图1中的数字1㊁2㊁ ㊁26一一对应㊂Z 0㊁Z 1㊁Z 2为风扇前端的风阻;Z 3为轴流式风扇到护环前的风阻;Z 4为护环到气隙入口前的风阻;Z 5为气隙入口风阻;Z 6为气隙内沿程风阻;Z 7~Z 10为定子径向通风沟风阻;Z 11~Z 14为定子端部绕组风阻;Z 15~Z 17为定子压指间及压板风阻;Z 18~31第2期李伟力等:汽轮发电机带有交替径向风道的转子流体与传热耦合分析Z 20为定子铜屏蔽风阻;Z 21为风扇到转子护环下方风阻;Z 22为转子副槽入口风阻;Z 23~Z 24为转子径向通风沟风阻;Z 25为转子端部绕组风阻;Z 26为氢冷却器风阻㊂轴流式风扇旋转产生的压力用P f 来表示㊂转子旋转产生的离心压力也是冷却氢气流动的压力源之一,本文考虑了转子旋转带来的离心压升P r ,其表达式[14]为P r =12ρω2(R 22-R 21)㊂(4)其中:ω为电机转子角速度;R 2为转子外表面半径;R 1为转子径向通风沟底部半径㊂图2㊀汽轮发电机通风网络模型(半个电机)Fig.2㊀Ventilation network model of half a turbo-generator1.3㊀发电机通风网络计算结果根据式(1)~式(3),采用逐次迭代法对通风网络模型进行求解,得到了发电机内部关键区域流量分布,如表2所示㊂表2㊀汽轮发电机通风网络计算结果(半个电机)Table 2㊀Calculation results of ventilation network in ahalf turbo-generator单位:m 3/s㊀支路计算值总流量㊀18.986定子端部 2.817压指㊀㊀ 1.325铜屏蔽㊀ 1.492气隙入口11.68副槽入口 3.955转子端部绕组0.534从表2中可以看出,半个轴向段电机通风系统总体积风量为18.986m 3/s,实测值为18m 3/s,误差为5.47%,证明通风网络计算的准确性㊂定子端部支路流量占总流量的14.8%,其中压指和铜屏蔽的流量比较接近,这保证了电机端部结构件良好的通风以及风量分配的均匀性㊂气隙支路流量占总流量的61.5%,副槽支路流量占总流量的20.8%,转子端部绕组支路流量占总流量的2.8%㊂从整体来看,各支路风量分配较为合理㊂电机通风系统关键位置风压:风扇工作点压力P f 为15204Pa,转子旋转产生的离心压力P r 为3456Pa,转子槽楔出口压力为8028Pa㊂由副槽入口流量除以副槽截面积可以得到副槽入口的平均风速为107.5m /s,这将作为转子计算模型的边界条件㊂2㊀带有交替径向风道的转子流体流动与传热的物理模型和数学描述2.1㊀物理模型由于发电机转子通风系统关于轴向中心对称,因此为减少计算负担,仅对半轴长转子进行研究㊂汽轮发电机转子求解域如图3所示,为双半齿㊁一个整槽㊁半个轴向段的物理模型㊂转子的求解域分为固体域和流体域㊂固体域主要包括转子铁心㊁转子绕组㊁槽楔㊁楔下垫条㊁槽底垫条㊂流体域主要包括副槽通风道㊁槽底垫条通风道㊁转子绕组交替径向通风道㊁楔下垫条通风道和槽楔通风道㊂求解域边界包括转子副槽入口和52个转子槽楔出口(出口编号如图3所示)㊂图3㊀转子求解域物理模型Fig.3㊀Physical model of rotor solution domain与传统的转子双径向通风道结构不同,本文所研究的转子通风道为单径向风道与双径向风道交替排列的,称之为交替径向风道㊂由于采用了变支路数的结构,可以利用不稳定的热边界条件,提高匝导体对氢气的表面散热系数,增强转子匝导体的散热能力㊂2.2㊀数学模型由于转子交替径向通风道内的氢气随发电机作旋转运动,具有径向加速效果㊂本文采用以角速度Ω旋转的相对坐标系来代替静止的直角坐标系㊂在相对坐标系下,旋转的固体及其边界处于相对静止状态,转速为0㊂氢气的绝对速度矢量用u 表示,相41电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀对速度矢量用u r 表示㊂针对稳态流动,在相对坐标系中,列出质量守恒方程㊁动量守恒方程㊁能量守恒方程[15-17]分别为:▽(ρu r )=0;(5)▽(ρu r u r )+ρ(2Ωˑu r +ΩˑΩˑr )=-▽p +▽τ+F ;(6)▽(ρu T )=▽(Γgrad T )+S T ㊂(7)其中:▽表示散度,即▽(ρu r )=div(ρu r );Ω为旋转角速度矢量;r 为转动坐标系微元体的位置矢量;p 为作用于微元体上的静压力;τ为微元体表面的粘性应力;F 表示微元体上的体积力;ρ(2Ωˑu r +ΩˑΩˑr )为科里奥里力;Γ表示扩散系数㊂本文采用RNG k -ε模型模拟流体运动状态,可以更好地处理氢气流动高应变率及流线弯曲程度较大的流动,有利于提高运算精度㊂2.3㊀基本假设和边界条件计算过程中做出如下基本假设与设置:1)转子内氢气雷诺数较大(Re >2300),通风道内氢气处于湍流状态,因此用湍流模型进行计算;2)转子内氢气流速小于声速,即马赫数很小,故将氢气看作不可压缩气体;3)由于压力源较大,忽略电机内热氢气的浮力和重力对流体流动的影响;4)转子求解域内,转子绕组是主要的发热部件,转子绕组内热密为1751830W /m 3,计算过程中考虑了转子表面附加电场热损耗㊂经计算,电磁透入深度为5.6mm,热密值为1298787W /m 3;5)在计算过程中,认为材料物性参数不随温度变化㊂其中:匝间绝缘㊁主绝缘与楔下垫条㊁槽底垫条均为绝缘材料;槽楔材料为铝;绕组材料为铜㊂此处转子绕组匝间绝缘和绕组看作一体,采用等效导热系数进行等效处理㊂由于主绝缘厚度较小,对其建立物理模型会导致网格数量急剧增加,且计算难度变大㊂此处采用等效壁面的方式,忽略主绝缘的物理结构,保留其传热特性㊂下面求解域边界条件设置㊂在模型中,固体与固体㊁固体与流体的接触面均满足三维传热方程[18],即1r r λr r T r ()+1r 2rλθ T θ()+ r λz T z ()=-q +ρcTt㊂(8)式中:λr ㊁λθ㊁λz 分别为r ㊁θ㊁z 方向导热系数;q 为单位时间内单位体积发热量㊂由图3所示的求解域,可以确定如下边界条件:1)散热面㊂S 1为转子的一个端面,S 2为转子外表面,受到转子旋转或气隙内氢气运动的作用,S 1和S 2为散热面,满足:-λT nS 1,S 2=α(T -T f )㊂(9)式中:n 为边界法向量;λ为导热系数;α为散热系数;T f 为氢气温度㊂2)绝热面㊂S 5为转子铁心内圆表面,其与转轴之间的传热很小可被忽略,因此对其施加绝热边界条件为T nS 5=0㊂(10)3)周期性边界和对称边界㊂S 3和S 4为转子齿中心切面,根据周向结构周期对称性,设置为周期性边界;S 6为转子结构轴中心切面,根据轴向风路对称性,S 6设置为对称边界㊂4)与通风网络模型的耦合边界条件㊂发电机转子求解域的副槽入口为速度入口,槽楔出口设置为压力出口,对应速度值和压力值从通风网络模型计算所得,入口氢气温度设置为45ħ㊂3㊀计算结果与分析3.1㊀转子径向通风道内流量分布与速度分布沿着轴向从转子端部至转子中心处对径向通风道进行编号,分别为1,2,3, ,52㊂交替径向风道与传统双径向风道结构下各风道内质量流量分布结果如图4所示㊂图4㊀交替径向风道与传统双径向风道的质量流量分布Fig.4㊀Mass flow distribution in alternating radial ducts and traditional double radial ducts可以看出,对于交替径向风道,转子内部前3个51第2期李伟力等:汽轮发电机带有交替径向风道的转子流体与传热耦合分析径向风道的风量较大,且流量几乎相等,这主要是因为前3个风道的尺寸较大,进风量大㊂4号通风沟内流量急剧下降,从4号通风沟开始,沿轴向从端部区域到中心区域开始缓慢增加,且最大风量在靠近转子中心区域的径向风道内㊂这主要是因为4号通风沟通风面积小,且其对应位置的副槽风道内氢气流速较高,静压较小,导致进入风道内的流量较小,而后随着副槽内氢气流速的逐渐降低,各通风道内流量逐渐增加㊂此外,传统双径向风道的流量分布规律与交替径向风道基本一致,但是后者整体流量分布趋势更加平缓,这主要得益于变支路数的交替径向风道结构㊂为了分析交替径向风道内部氢气速度分布,选取1号㊁26号㊁52号通风道进行研究㊂采样截面以及3条通风道截面处x ㊁y ㊁z 三向速度分量分布如图5所示,其中:x 为周向;y 为轴向;z 为径向㊂图5㊀交替径向风道关键截面xyz 三向氢气速度分布Fig.5㊀Distribution of velocity components in key sections of hydrogen in alternating radial ducts61电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀㊀㊀在计算时考虑了转子旋转,随着氢气所在位置直径的增大,其旋转的线速度越大㊂由x 速度分布可知,随着径向高度的不断增加,v x 值不断增大,在转子槽楔出口处达到最大值,约为170m /s㊂由y 速度分布可知,靠近副槽入口处v y 值较大,约为100m /s,随着轴向长度的增加,v y 值逐渐减小㊂在交替径向风道内,v y 值均很小㊂由z 速度分布可知,由于转子高速旋转,在1号风道内左右两支路氢气速度分布不对称,在右侧支路出现v z 值小于0的情况,说明此处有氢气回流,而左侧支路回流现象不明显㊂在槽楔通风道内v z 值剧增,出口处v z 值约为75m /s㊂同时,转子的旋转也导致了副槽内氢气速度的不均匀分布,靠近风道左侧v z 值较大,右侧v z 值很小㊂综合上述分析可知,在副槽通风道内,v x 和v z 变化不大,v y 为主要变化量;在交替径向通风道内,v x 和v z 为主要变化量,v y 变化不大,其中受转子风道结构和旋转的影响,v z 在风道内分布不均匀,且有不同程度的回流现象,转子交替径向风道内氢气流动状态较为复杂㊂3.2㊀转子内部流体温度分布与出口风温变化仍然选取1号㊁26号㊁52号通风道,对其内部氢气温度分布进行研究㊂采样截面以及3条通风道截面处温度如图6所示㊂图6㊀交替径向风道内氢气关键截面温度分布Fig.6㊀Distribution of temperature in key sections of hydrogen in alternating radial ducts㊀㊀可以看出,随着径向高度的增加,3条通风道内氢气温度不断上升㊂这是因为冷氢气流经转子匝导体,不断吸热,导致气体温度升高㊂同时如图中虚线所示,1号交替径向风道下部的左㊁右支路氢气温度略有差异,这是由于转子高速旋转导致左右两支路氢气径向速度不同㊂而26号和52号交替径向风道内左右支路的氢气温度分布比较均匀㊂由于副槽内氢气不断流向转子中间位置,其与槽底垫条之间也有热交换,导致52号通风道副槽位置温度略高㊂图7为交替径向风道转子52个槽楔出口氢气的温度变化㊂可以看出,靠近端部的前3个风道出口的氢气温度较高,且由图4可知其出口流量也较大㊂这说明前3个风道内的冷却氢气带走了较多的热量,对于端部的散热有利㊂从4号至40号风道,出口风温缓慢下降,从70ħ降至65ħ,此时风道内流量的逐渐增加(见图4)是导致风温降低的主要因71第2期李伟力等:汽轮发电机带有交替径向风道的转子流体与传热耦合分析素㊂从41号至52号风道,出口风温又逐渐升高,从65ħ升至67.5ħ,虽然风道内流量还在缓慢增加,但是副槽内氢气在流动过程中不断吸热,自身温度逐渐升高,氢气风温成为主要因素,热交换变差,导致出口温度增大㊂图7㊀交替径向风道转子出风温度Fig.7㊀Hydrogen temperature of outlet in alternatingradial ducts3.3㊀转子绕组和铁心轴向温度分布图8所示为发电机转子绕组偏右侧截面A -Aᶄ和转子齿部截面B -Bᶄ的温度分布情况㊂可以看出,转子绕组靠近端部顶匝区域的温度较高,最热点温度约为120ħ㊂这是由于冷却氢气流经转子匝导体,不断吸热,在顶匝区域气体温度升高,导致热交换变差㊂除端部区域以外的转子绕组和转子铁心在轴向上温度分布比较均匀,各部分温差较小,这主要是由于交替径向风道结构使得各通风沟内流量分配相对均匀㊂在径向方向的转子绕组和铁心的温度梯度较大,尤其是靠近端部区域的温差较大,跨度分别为96~120ħ㊁46~90ħ㊂由于考虑了转子主绝缘的传热,主绝缘有一定的温度降,转子铁心截面温度低于转子绕组㊂转子绕组平均温升计算值为51.3ħ,在额定状态下采用电阻法得到的实测值为48ħ,误差约为6.8%,满足工程精度要求,也验证了计算方法与结果的准确性㊂图8㊀转子绕组与转子铁心关键截面温度分布Fig.8㊀Temperature distribution of key sections of rotor winding and rotor core3.4㊀不同副槽入口流量对转子流体和温度的影响副槽入口流量的大小对于发电机转子内流体运动㊁各部件温度分布有着重要的影响㊂因此,本节主要研究不同副槽入口流量对转子内部风量分配和温度的影响规律,此处流量为体积流量,流量值从0.04m 3/s 至0.2m 3/s 变化,步长为0.02m 3/s㊂图9为不同副槽入口流量下各径向通风沟内流量分布㊂可以看出,沿着轴向从转子端部至转子中心处,流量分配的变化趋势与图4中基本一致㊂随着副槽入口流量的不断增加,转子径向通风沟内流量分布逐渐变得陡峭,即流量分布逐渐不均匀,这可能会导致转子绕组轴向热不平衡系数的增大㊂图9㊀不同副槽入口流量下转子通风沟内流量分配Fig.9㊀Flow distribution in rotor ventilation ducts un-der different inlet flow rates of the sub-slot不同副槽入口流量下转子铁心和转子绕组的平81电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀均温度和最高温度列于表3中㊂可以看出,转子铁心和转子绕组的平均温度和最高温度随着入口流量的增加而显著减小,当流量大于0.16m3/s以后,平均温度和最高温度的降低效果变弱㊂当入口流量为0.04m3/s时,转子绕组的最高温度超过155ħ,超过了B级绝缘的最大耐受温度㊂入口流量为0.08m3/s时,转子绕组和铁心的最高和平均温度均不超过135ħ,这一温度是F级绝缘㊁B级考核的标准㊂因此,通过上述的研究方案,发现转子副槽入口流量不能低于0.08m3/s,也尽量不高于0.16m3/s㊂这样在能保证发电机正常运行的情况下优化汽轮发电机的风扇和转子通风系统的利用率,以实现更好的冷却效果㊂表3㊀不同入口流量下转子铁心和转子绕组的温度Table3㊀Temperature of rotor core and rotor winding un-der different inlet flow rates转子副槽入口流量/(m3/s)转子绕组转子铁心平均温度/ħ最高温度/ħ平均温度/ħ最高温度/ħ0.04127.6161.695.8122.2 0.06112.814488.0110.1 0.08104.9134.283.7103.6 0.1099.9127.880.899.3 0.1296.3123.178.896.2 0.1493.5119.477.093.6 0.1691.4116.775.891.8 0.1889.6114.374.790.1 0.2088.0112.273.788.6 3.5㊀不同槽楔出口直径对转子流体和温度的影响为了研究槽楔出口直径的大小对转子通风道内流量分配以及结构件温度分布的影响,本节将槽楔出口直径从2mm至10mm变化,步长为2mm㊂图10为不同槽楔出口直径下各径向通风沟内流量分布㊂可以看出,随着槽楔出口直径的减小,径向通风沟内流量分布的均匀性逐渐增强㊂当出口直径为2mm时,流量分布最为均匀,这有利于降低绕组的轴向热不平衡㊂此外,对于每一种方案,通风沟内流量最大位置均位于端部位置和转子中心位置㊂不同槽楔出口直径下转子铁心和转子绕组的平均温度和最高温度列于表4中㊂可以看出,转子铁心和转子绕组的平均温度和最高温度随着出口直径的减小而逐渐降低㊂但当出口直径过小(即2mm)时,绕组和铁心的平均温度和最高温度反而升高,不利于转子的散热㊂因此,应当在保证结构件温度不高的情况下,尽可能选择较小的出口直径㊂图10㊀不同槽楔出口直径下转子通风沟内流量分配Fig.10㊀Flow distribution in rotor ventilation ducts un-der different outlet diameter表4㊀不同槽楔出口直径转子铁心和转子绕组的温度Table4㊀Temperature of rotor core and rotor winding un-der different outlet diameter槽楔出口直径/mm转子绕组转子铁心平均温度/ħ最高温度/ħ平均温度/ħ最高温度/ħ296.5124.279.297.6 495.8120.578.394.3 696.0121.878.595.0 896.3123.078.896.2 1096.4124.179.097.44㊀结㊀论1)求解350MW水氢氢冷汽轮发电机通风网络模型,得到总体积流量(半个电机)为18.986m3/s,与实测值相比误差较小,验证了通风网络模型计算的准确性㊂电机内部各区域风量分布较为合理,计算出的流量和压力值作为转子流-热计算的耦合边界条件㊂2)在交替径向通风道内,氢气速度的周向和径向分量为主要变化量㊂随着径向高度的不断增加,周向分量值几乎呈线性增大㊂受转子旋转和风道结构的影响,副槽和径向风道内氢气径向速度分布呈不均匀性㊂尤其1号风道底部左右两支路氢气径向速度分布差异较大,右侧支路有较大回流,这也导致两侧氢气温度略有差异㊂3)交替径向风道结构相比于传统双径向直风道,其内部氢气流量分布更加均匀,这使得转子绕组和铁心在轴向上温差较小㊂端部前3个风道较大的通风面积导致其流量大,有利于端部的散热;从4号91第2期李伟力等:汽轮发电机带有交替径向风道的转子流体与传热耦合分析。

汽轮发电机新型径切两向空冷系统的研究及应用概述说明1. 引言1.1 概述本文对汽轮发电机的新型径切两向空冷系统进行了研究和应用探索。

传统的汽轮发电机采用冷却剂进行冷却，但这种方式存在高能耗、负荷调节困难等问题。

为了解决这些问题，本文提出了一种新型径切两向空冷系统，并进行了深入研究。

1.2 文章结构本文分为五个部分进行叙述。

引言部分概述了文章的研究目的以及结构安排。

正文部分将详细介绍新型径切两向空冷系统的设计原理与组成，并通过实验方法与结果分析验证其性能优势与应用前景。

最后，在结论中总结了主要研究结果，并指出存在问题和未来展望。

1.3 目的本文旨在通过对汽轮发电机新型径切两向空冷系统的研究，探索一种替代传统冷却方式的可行方案，以提高汽轮发电机的工作效率、降低其能耗和环境污染。

此外，本研究还旨在揭示该系统在其他领域中的可能应用前景并指出存在的问题，为相关领域的研究提供参考依据。

通过本文的研究，我们将进一步推动汽轮发电机技术的发展和应用。

2. 正文在传统的汽轮发电机中，发电机产生的热量主要通过冷却介质带走，然后通过空气或水进行散热。

然而，这种方式存在一些问题，如冷却效果差、能耗高以及环境污染等。

为了解决这些问题，新型径切两向空冷系统应运而生。

2.1 新型径切两向空冷系统原理新型径切两向空冷系统是基于对汽轮发电机结构的改进设计而得出的。

该系统采用了一种双层结构，即内圆形通道和外方形通道相互交织排列。

内部圆形通道用于流动的高温烟气，并且通过环形散热片使其获得较大的表面积，从而提高了散热效率。

外部方形通道主要用于涡轮内部低温端的流动介质（如空气）吹扫加速直到室外。

2.2 新型径切两向空冷系统组成新型径切两向空冷系统由以下几个主要组成部分构成：首先是管路布置模块，包括高温端和低温段各自的管路设计和布局。

高温端管路主要是通过环形散热片将烟气散热，并通过多级冷却系统进一步冷却。

而低温端管路则通过外方形通道将空气吹扫至室外。

大型汽轮发电机转子通风冷却研究摘要：近年来，我国国民对电力的需求量随着经济的发展而不断增加，目前发电厂发电的主要设备是汽轮发电机，它是电能的直接生产者，我国大五分之四的电量是来源于汽轮发电机产生的电量，那么保证汽轮机正常运转对我国电能的正常供应起着关键性作用，在汽轮机长期运作过程中，机体本身会产生大量的热，如果这些热量不能被有效散失掉，就会给汽轮机的正常运转带来威胁，针对此问题，本文就大型汽轮发电机转子通风冷却进行了一些技术探讨和分析研究。

关键词：汽轮发电机转子通风冷却研究引言:目前，我国国民的用电量逐渐上升，汽轮发电是机是我国的主要发电设施，这也使得汽轮发电机吸引了更多的关注，而在对汽轮机负荷进行提升时，往往会带来设备内部温度提升加快且高温无法有效消散的问题，那么如何对汽轮发电机的转子进行有效冷却成为越来越多研究者关注的问题，由于在发电机中转子和定子是相互影响的，所以本文对定子和转子进行了综合分析，对影响其冷却效果的因素进行了研究分析，希望可以为相关研究者提供一定的帮助。

1.汽轮发电机通风冷却的研究状况1.1汽轮发电机通风冷却研究背景我国目前绝大部分的电能是由汽轮机产生的，因此汽轮机的发电设施在电力发展中有着不可替代的作用，近年来，汽轮发电机的技术和工艺在不断改进中，这主要体现在转子和定子的通风冷却设备上。

传统的汽轮发电机定子和转子冷却是依靠空气介质进行汽轮机表面冷却，在19世纪末期，汽轮发电机的空气冷却装置诞生于欧洲，当时的空气冷却技术还不够完善，直到20世纪40年代，空气冷却技术逐渐趋于成熟，人们逐渐发现如果空冷装置容量大约某一个值时，空冷装置不仅会升温，随着而来的是效率的降低，所以，伴随着我国电力系统的不断发展，受空冷技术的限制，其工作能力已经达到临界值，这将无法为更大型的汽轮发电机的转子和定子进行冷却。

随着研究的不断深入，市面上出现了利用氢气进行冷却的电机，这种电机比空气冷却电机有更好的冷却效果，突破了空冷装置的局限，工作效率更高，因此氢冷设备得到了广泛普及。

径向通风电机流体流动及传热特性分析丁树业;夏之慧;李海玲;仵程程;隋宇【摘要】为研究径向通风电机内部流体分布、传热性能及温升特性,根据径向通风电机通风结构及传热特点,建立三维流动及传热耦合的物理模型和数学模型,结合工程实际给出基本假设和边界条件,采用有限体积法对流体场及温度场进行求解,得出电机内部冷却介质流动性能、传热特性及电机各部件的温升分布情况.最后,对电机定转子股线、绝缘及铁心温升分布做了详细分析,获得电机温升分布趋势及温升最大值的位置.为径向通风电机综合物理场的准确计算以及通风结构的优化提供了理论依据.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2019(024)001【总页数】7页(P34-40)【关键词】径向通风电机;流体流动;传热特性;耦合【作者】丁树业;夏之慧;李海玲;仵程程;隋宇【作者单位】哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TM3150 前言随着电机单机容量的增加，势必增加电机尺寸、结构的复杂性以及电机内电磁负荷的强度，即大大增加了电机研究的难度。

电机电磁负荷增加，电机内各部件温度随之升高，而电机温升分布作为衡量电机运行状态的重要指标之一，在电机的综合性能评价中占据重要的指导地位[1-3]。

因此,对电机的温升计算及通风结构优化尤为重要。

目前国内外专家对电机流-热耦合场计算方面的研究，通常以一个槽为研究对象，且假设冷却气体垂直进入径向通风沟，但事实并非如此。

本文从流-热耦合角度采用有限体积法对径向通风电机进行全面透彻的研究，不仅可以弥补电机温度场传统计算方法的缺陷，而且提高径向通风电机数值计算的精度，该求解方法充分考虑电机内部各种因素的影响，使仿真过程更加贴近实际运行环境，具有重要的理论意义及工程实际价值。

大型水氢氢汽轮发电机通风系统特点及性能分析胡磊;袁益超【摘要】At present,the cooling method for the large-scale turbo generators with capacity of 600 MW or more is mainly in the form of water-hydrogen-hydrogen,which means that the stator winding is cooled by water while the stator core and rotor winding are cooled by hydrogen. Different combination between the stator core and rotor winding can form many types of ventilation system.However,there is still no general mathematical model to quantify the efficiency of the ventilation system.The concept of the efficiency of ventilation system (EVS)for the large-scale water-hydrogen-hydrogen turbo generator is proposed in this paper.The corresponding equation is given.In terms of EVS,the performance of different ventilation systems can be conveniently evaluated.It also provides the reference for the selection of the suitable ventilation system during the turbo generator design.%目前功率在600 MW 及以上的大型汽轮发电机多采用水氢氢冷却方式，即定子线圈采用水冷，定子铁芯及转子线圈采用氢冷。