汽轮发电机端部结构件涡流损耗与定子线棒环流损耗计算

论文摘要

空冷汽轮发电机以其结构简单、安全可靠等优点,越来越受到广大用户的青睐。但随着汽轮发电机单机容量的增大,由端部漏磁场引起的端部结构件涡流损耗及定子绕组的环流损耗也随之增大,成为电机设计中一个不可忽视的问题。本文以一台200 MW的空冷汽轮发电机为例,对其端部涡流损耗和绕组环流损耗进行了深入研究。首先,对汽轮发电机端部涡流场进行分析计算。建立了包括压指、铜屏蔽、压板等在内的端部物理模型。采用有效磁导率对材料的非线性进行了处理。用迭代的方式确定了额定负载下定、转子磁势的大小及空间位置关系。计算了额定负载下的端部涡流场,并在此基础上对端部结构件中涡流及涡流损耗进行了详细的计算和分析。其次,本文讨论了0 /360/0和0 /540/0两种定子绕组换位方式对定子绕组环流的影响。探讨了环流及环流损耗的解析计算方法,将端部磁场分为自感漏磁场和互感漏磁场,分别分析了其产生的环流及环流损耗的解析算法。在此基础上,为了精确计算环流和环流损耗,采用节点电压法建立了基于端部场数值计算的环流和环流损耗的数学模型,并以所研究电机为例分别用解析法和数值法对样机的环流及环流损耗进行了计算和对比。最后,对空冷汽轮发电机定子端部线棒温度场的数值计算进行了初步探讨,建立了单根定子线棒端部和一个定子铁心段的温度场有限元模型,利用传热学及流体相似理论,确定模型各表面的对流散热系数及线棒的等效导热系数,进而得出定子端部线棒的温度分布,为后续端部温度场的准确计算提供一定的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 汽轮发电机端部磁场及结构件涡流损耗计算的研究现状
• 1.3 汽轮发电机定子线棒环流损耗计算的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 汽轮发电机端部涡流场数学模型
• 2.1 汽轮发电机的端部结构
• 2.2 汽轮发电机三维端部涡流场数学模型
• 2.2.1 汽轮发电机端部实体模型
• 2.2.2 涡流场数学模型
• 2.3 非线性磁导率处理
• 2.4 激励源的处理方法
• 2.4.1 二维恒定磁场数学模型
• 2.4.2 非线性恒定磁场的求解
• 2.5 本章小结
• 第3章 汽轮发电机端部结构件涡流损耗计算
• 3.1 汽轮发电机端部涡流场计算
• 3.1.1 端部磁场及结构件涡流分析
• 3.1.2 关键点磁密比较
• 3.2 端部结构件损耗
• 3.2.1 涡流损耗的计算
• 3.2.2 计算结果与分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 定子线棒股线环流及环流损耗计算
• 4.1 定子线棒的换位
• 4.1.1 换位方式分析
• 4.1.2 股线换位设计
• 4.2 环流及环流损耗的解析计算
• 4.2.1 环流及环流损耗分析
• 4.2.2 股线阻抗计算
• 4.3 基于端部磁场数值计算的环流分析
• 4.4 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 汽轮发电机定子端部线棒的温度场计算
• 5.1 概述
• 5.2 数学模型的建立与分析
• 5.2.1 导热微分方程及边界条件
• 5.2.2 导热系数的计算
• 5.2.3 对流换热系数的计算
• 5.2.4 损耗计算
• 5.3 计算结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢