汽轮发电机定子流体和温度场的耦合计算

论文摘要

大型发电机作为电网的重要设备,是电能的直接生产者。汽轮发电机容量的提高则会导致绕组铜损耗的增加,从而使得绕组温度升高,为了将电机温升控制在容许范围内,必须采用更有效的冷却技术。提高冷却介质流量分布及温升计算的准确性,可以准确的预测汽轮发电机各部分温升,将其控制在允许范围内,保证电机安全可靠的运行。因此,汽轮发电机通风及发热耦合计算研究就成为越来越重要的研究课题。水路堵塞故障是水氢氢冷却汽轮发电机中常见的故障之一,掌握其温度变化规律有利于及早发现水路堵塞故障。由于水氢氢冷却汽轮发电机的定子铁心采用多路通风系统进行冷却,定子绕组采用通水冷却,其热传递过程比较复杂。鉴于此,根据大型汽轮发电机冷却系统内流体流动和传热的特点,建立了汽轮发电机定子三维流体场与温度场的物理模型和数学模型,并给出求解域的相应的边界条件及假设条件。通过计算汽轮发电机的二维电磁场,得到定子铁心损耗的分布,进而采用有限体积法对定子半个轴长的三维流体场和温度场进行耦合计算。采用上述物理场的耦合模型,研究了定子线棒空心股线在不同堵塞故障下定子中的温度分布规律。最后,以220MW水氢氢汽轮发电机为例进行了计算,将计算结果与实测值进行了比较分析,证明该方法的准确性。本文所得到的结论可用于大型汽轮发电机的设计和热故障分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 大型电机温度场计算方法分析
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 汽轮发电机的冷却系统
• 2.1 汽轮发电机的构成
• 2.1.1 定子结构
• 2.1.2 转子结构
• 2.2 汽轮发电机定子的冷却系统
• 2.2.1 汽轮发电机定子线棒水冷系统的构成
• 2.2.2 汽轮发电机定子铁心冷热风区的构成
• 2.3 定子水冷系统故障
• 2.4 本章小结
• 第3章 传热学的基本理论与有限体积法
• 3.1 传热的基本方式
• 3.2 稳态导热微分方程的建立
• 3.2.1 温度场、等温面与温度梯度
• 3.2.2 导热微分方程及其边界条件
• 3.3 有限体积法
• 3.4 本章小结
• 第4章 汽轮发电机定子流体场和温度场的计算与分析
• 4.1 汽轮发电机定子流体场和温度场的物理模型
• 4.2 汽轮发电机定子流体场和温度场的数学模型
• 4.3 相关参数的计算
• 4.3.1 水速和风速的求取
• 4.3.2 表面散热系数的确定
• 4.3.3 热源损耗的计算
• 4.4 汽轮发电机定子线棒温度场计算与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 定子绕组不同堵塞情况下的流体场和温度场
• 5.1 汽轮发电机正常运行时定子流体场和温度场
• 5.2 单根空心股线堵塞时的温度场
• 5.3 两根空心股线堵塞时的温度场
• 5.4 三根空心股线堵塞时的温度场
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
• 致谢
• 详细摘要