隐极电机转子端部通风结构对热流场影响研究

本文以空冷隐极同步电动机为研究对象,建立了包括6个转子槽的流体和固体域的物理模型,基于流体力学和传热学理论,采用有限体积法,对转子端部采用一路和一路半通风结构的流体场和温度场进行数值求解。最后将仿真结果与实验数据和其他方法仿真数据进行对比分析,验证了计算结果的准确性以及求解方法的合理性。

大型空冷汽轮发电机转子温度场数值模拟

随着空冷汽轮发电机容量增加,其组件的可靠性依赖于冷却系统散热能力。因而,了解关于发电机中各空气区域内的速度及温度分布是非常重要的。为了能够数值模拟出较详细和较准确的大型汽轮发电机转子温升分布,该文以150MW空冷汽轮发电机转子作为研究对象,建立了模拟转子本体及通风道内空气的传热及紊流流动二维数学模型及边界条件,并利用CFD原理,采用有限体积法进行求解,得出了转子周期截面较准确的不对称温度分布。并将计算结果与实验测量结果相比较,证明计算结果较准确。分析了副槽入口风速等参数对转子温度分布的影响。结论对汽轮发电机转子通风道优化设计及转子安全运行具有指导意义。

某新型空冷汽轮发电机转子通风方式的流场分析

某空冷汽轮发电机转子冷却风道采用了新型通风方式。为得到该新型通风方式流场特性,建立了该汽轮发电机转子半轴向段单槽通风道整体结构模型;依据计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)原理,采用有限体积法,计算得到转子端部、轴向及副槽通风道内速度、压力与流量分布特点;利用单节距副槽三维温度场模型计算转子温升,计算结果与实验数据相符,验证了模拟计算的准确性。结果表明,弧段风道流动阻力由风扇压头克服,副槽风道流动阻力由旋转科氏力克服,该新型通风方式有利于减小轴向温差。

大型汽轮发电机转子风道结构对空气流量分配影响

为使大型空冷汽轮发电机转子通风道中轴向分布的各径向风沟通风均匀,本文在150MW空冷汽轮发电机转子实验研究基础上,通过减小轴向中心处截面的面积、改变槽楔出风口沿轴向的直径大小等几何量,根据计算流体力学(CFD)原理,应用有限体积法求解转子通风道内空气的紊流流动等三维离散方程组,研究了转子风道几何结构等几何量变化对轴向各径向风沟通风均匀性的影响。研究结果表明,在相同的入口风速下,副槽通道中心处截面的高度越小,进入前部风沟内的空气流量越多,最小流量对应的出风口位置随着末端截面积减小向后移动。

多风路大型空冷汽轮发电机三维流场计算

针对某大型空冷汽轮发电机,其中定子采用三进四出多风路通风冷却,转子端部采用弧段进风与直段补风,本体采用副槽通风结构,为研究定子压指、冷热风区及转子与气隙中各部分的冷却空气流量分布与内部流场特征,建立了半轴向段包括转子一个槽和与之对应的气隙及定子两个槽的物理模型。依据计算流体动力学原理,采用有限体积法,利用工程计算得到的压力入、出口边界条件,对计算域内的三维湍流流场进行了数值模拟。结果表明：转子轴径向段槽楔出风口的静压急剧增大,副槽段各出风口的压力约为3600Pa,以150Pa幅度上下波动。气隙中空气静压在3000~4000Pa之间变化,局部存在反向流,有涡流形成。

汽轮发电机转子端部及槽内绕组温升

为了在多风路通风冷却结构下,得到转子线圈长度方向较完整的温度分布,结合某大型空冷汽轮发电机转子,在研究转子半轴向段空气流量分布的基础上,建立转子端部、半轴向段本体及绕组的三维传热及紊流流动物理模型,基于计算流体动力学原理,运用有限体积法进行转子初始通风结构的温度场求解,在此基础上,调整副槽通风段通风孔数量及端部进风孔位置,增加进入端部空气量,降低转子端部绕组高温及本体段绕组轴向温差。研究结果表明,转子端部最大温升位于端部弧段顶匝绕组中心区域,本体绕组最高温度在轴向通风段。结论为空冷汽轮发电机转子通风优化设计提供理论指导。

同步电机定子三维温度场数值模拟

为保证某同步电机定子通风系统设计合理,对其温度场进行了研究。建立了包括端部绕组、气隙、铁心段的定子通风系统三维实体模型,选取三维湍流流动和传热数学模型,并给出求解域相应的边界条件和假设条件,应用计算流体动力学软件,对控制方程进行数值模拟计算。计算得到两种额定转速时,原始结构及改进结构——减少端部上层绕组间绑扎和垫块后的定子三维温度场,并着重分析了端部绕组、压指等部件的温度分布特点。结果表明,定子的最高温度点位于端部绕组内部;减少绑扎、缩小垫块尺寸,可使端部绕组的工作温度低于对应绝缘等级耐热的极限温度。

空内冷汽轮发电机的转子多路通风均匀性

建立110MW空内冷汽轮发电机转子冷却通风道一个槽(包括端部、轴径向及副槽)的半轴向段三维物理模型,并基于有限体积法对该物理模型进行旋转湍流流场数值模拟,分析了端部、轴向段和副槽通风段的空气速度、流量分布特点。采用绕组轴向单位长度供风量等概念评价冷却风量分布均匀性,分析了轴向及副槽通风段长度、副槽中心截面高度、出风口直径变化对转子各通风道风量分布的影响。结论可为空内冷汽轮发电机转子风道优化设计提供理论参考。

同步电机定子与气隙流场数值计算与分析

为了分析高速隐极同步电机定子通风系统内流体流动特点,建立包括定子端部及铁心的通风系统的三维流动数学模型和物理模型,并给出求解域相应的边界条件和假设条件,应用计算流体动力学软件Fluent对流体场控制方程进行求解计算。在额定负荷下,通过数值模拟得到定子通风系统内流体流动速度的分布特点,并着重分析了端部绕组、压指、压圈周围及径向通风沟内流体流动特点。结果表明,在压指间空隙内,空气的速度相对较高,对于实际运行中处于高温区的压指和附近的铁心等构件有较好的冷却作用,定子内各部分流量分配较合理。

等温圆柱型空腔表面辐射传递方向分布特性

用蒙特卡罗法计算了圆柱型空腔底面与管内壁面单元之间的辐射传递系数,研究了底面为黑体表面、管内壁面为等温灰体、漫发射、漫反射时,管内壁发射率、管长与半径比的变化对管口表面定向发射率的影响,结果表明:管长与半径比增加,管口表面定向发射率极值点向小角度的天顶角方向移动,管长与半径比超过30,管口表面最大定向发射率对应天顶角<2°;管内壁发射率为变量时,距离管出口1倍管内直径处的发射率对管口表面最大定向发射率的影响较大;管内壁的发射率越小,管口表面定向辐射集中特性越好.

一种新型无刷励磁机的三维热流场分析

为了研究无刷励磁机内部定子、转子、旋转整流盘、外罩中的流场、温度场的特点,确保设备安全稳定运行,以某新型无刷励磁机相对地面结构的1/2为物理模型,基于流体动力学原理,采用有限体积法对计算域内的三维热流场进行了数值模拟与分析。分析结果表明,整流盘与定转子之间的空气区以负压为主,整流盘区空气不能顺利流出,空气温度接近二极管许用上限。与实验测量值相比,温度与流量的计算误差均小于5.9%,结果较准确,为进一步优化该励磁机风路结构提供理论基础。

空冷汽轮发电机转子端部风口布置对温度场的影响

在某端部弧段进风加直线段补风的空冷汽轮发电机转子通风设计中,当端部、轴径向段与副槽通风段长度确定后,为研究端部进、补风口布置方式对转子流场及温度场的影响,建立该转子风路最长的8号槽半轴向段整体结构模型。依据CFD原理,采用有限体积法,数值模拟得到转子内部空气、绕组温度场分布特点。结果表明:端部进、补风口布置方式对温度分布影响非常显著,采用不同的布置方式既可调节峰值温度的大小,又可调节峰值温度所在位置,还可以改变轴向温差的大小。

汽轮发电机转子三维温度场耦合计算

空冷汽轮发电机转子最大温升计算准确性直接关系到转子运行的可靠性.为了得到实验法无法测得的详细的温度分布,结合某空冷汽轮发电机转子,建立三维稳态紊流流动、传热模型,采用有限体积法进行求解,并与实验数据比较,证明计算结果较准确.反演出额定励磁电流下的转子本体及内部空气较详细的温度分布,同时分析了相关参数变化对转子本体峰值温度的影响.该计算方法对汽轮发电机转子设计及安全运行具有重要指导意义.

某新型通风方式空冷汽轮发电机转子三维温度场

某空冷汽轮发电机转子冷却风道采用新型通风方式,为了分析该转子内部温度分布特点,建立了该汽轮发电机转子8号槽半轴向段整体结构模型。依据计算流体动力学(CFD)原理,采用有限体积法,对转子三维温度场进行了计算。得到了冷却空气、绕组、绝缘材料、槽楔、铁心的温度分布,以及副槽段径向风孔内表面传热系数。结果表明:该种通风方式下,绕组温度沿轴向逐渐升高;转子端部绕组温度较低,绕组峰值温度位于副槽段转子中心对称面处。该结论为大型空冷汽轮发电机转子热设计提供理论参考。

大型空冷汽轮发电机转子多种通风方案比较

为分析转子不同通风方案的冷却效果,以某大型空冷汽轮发电机转子为例,建立其端部绕组最长的单个线圈的物理模型,在各个通风段长度确定的情况下,改变进、出风口大小、位置及挡块布置。根据计算流体力学原理模拟额定工况转子内部流场及温度场,比较不同通风方案转子内部冷却介质流量分布、转子绕组最高温度以及温度分布的均匀性。研究结果表明,转子端部绕组风口位置决定了绕组内冷风路的长短、冷却风量大小、冷却介质温度分布及绕组温度分布。合理布置风口可增加进入转子绕组的冷却风量并调节进入各段绕组的进风百分比,保证转子在最高容许工作温度以下工作,并使转子温度分布较均匀。

副槽及出风口结构尺寸对汽轮发电机转子三维温度场的影响

以某大型空冷汽轮发电机转子为例,建立了护环以及风路最长的半个转子线圈的三维物理模型,采用计算流体动力学方法,研究本体部分的风道结构,如副槽中心截面高度、槽楔出风口直径大小分布对转子三维温度场的影响。结果表明:根据流量分布情况预测温度分布会使设计值与实际存在偏差,应根据具体的仿真计算结果确定风道结构。针对该文电机采用的风路布置方法,副槽采用直槽、槽楔采用等出风口直径更加合理。结论可为大型空冷汽轮发电机转子的通风冷却设计提供理论参考。

隐极同步电动机冷却空气流场特性研究

为了研究在相应通风道结构下某变频调速隐极同步电动机冷却空气流场的特点,建立了包括定子和转子风道的电机1/8结构的三维流场物理模型,基于有限体积法,对三维湍流流动控制方程进行数值求解,得到了两种额定转速时电机内各部分空气流速、空气流量分布的特点。结果表明,在计算条件下,转子转速分别为3120r/min、4800r/min时,定子部分流过定子端部、压指间、定子铁心段径向通风沟及转子部分的冷却空气流量分配百分比基本不变,转子端部未布置补风口的3号槽与布置补风口的6号槽冷却风量较小。所得结论可为通风道结构设计提供参考。

湍流模型变化对汽轮发电机转子热流场影响

以某大型空冷汽轮发电机转子为例,建立了包括护环在内的半转子风路最长的线圈整槽三维物理模型,基于计算流体动力学原理,采用有限体积法,在相同的计算条件、网格划分前提下,研究了3种不同的湍流两方程模型——Standard k-ε模型、Realizable k-ε模型和RNG k-ε模型对转子三维流场和温度场的影响。结果表明:采用不同湍流模型对转子温度分布及峰值位置计算结果影响显著,RNG k-ε模型计算的温度结果偏高,Standard k-ε模型计算的温度结果偏低,Realizable k-ε模型计算出的温度结果更接近实际情况。结论可为大型空冷汽轮发电机转子数值模拟提供理论参考。

CFD设置对凸极同步电动机转子温度场影响

电机绝缘材料温升直接影响其运行的安全性和寿命.基于一种较大容量的空冷凸极同步电动机,采用计算流体动力学(CFD)方法,建立了三维湍流流场及转子温度场计算模型,对电动机转子磁极上铜与绝缘组成的绕组主体的间隔层叠结构进行简化,研究了转子磁极上铜绕组主体的间隔层叠结构等效热导率的计算方法以及端部肋片间周期性边界对凸极同步电动机温度场结果的影响,并与实验结果比较,验证了数值模拟结果的准确性.结果表明:凸极电动机转子磁极的等效热导率算法及端部肋片间边界设置直接影响温度场计算结果准确性.

变频调速同步电机转子三维温度场数值模拟

为使所研发的某变频调速同步电机转子通风结构合理,温度场分布较均匀,且安全运行,建立该电机转子风路最长的6号槽半轴向段整体结构模型,根据CFD原理,基于Fluent软件,数值模拟额定负荷和护环下部分顶匝风路堵塞时转子内部冷却空气以及绕组温度场分布,并分析其特点。结果表明:转速不同时,绕组峰值温度及位置均发生变化。结果对变频调速同步电机的强度计算及风道结构设计提供理论依据。