【摘要】：燈泡貫流式水輪發(fā)電機是燈泡貫流式水電站的主體設備，它具有結(jié)構尺寸大、電磁負荷高等特點，是目前水電站大中型水輪發(fā)電機的首選。然而，水輪發(fā)電機發(fā)熱一直是影響水輪發(fā)電機組安全運行的一個主要因素，發(fā)電機通風冷卻系統(tǒng)結(jié)構的設計是否合理，能否滿足發(fā)電機實際運行的需要，成為要研究和解決的重點問題之一。 本文基于流體力學與傳熱學的基本理論，針對流場和溫度場多場共同作用下的燈泡貫流式水輪發(fā)電機通風結(jié)構開展了理論研究工作。通過對燈泡貫流式水輪發(fā)電機軸徑向通風結(jié)構在冷卻介質(zhì)是空氣的情況下的溫度場和流場，進行了全三維數(shù)值模擬及分析，研究了傳統(tǒng)結(jié)構下的各場量分布情況以及耦合相關性。并探究了發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架軸徑向安放角對流場和溫度場的影響，以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架安放位置的變化對發(fā)電機軸功率的影響，揭示了轉(zhuǎn)子支架軸徑向安放角變化，冷卻氣體流量變化時定子和轉(zhuǎn)子及鐵心和繞組上的溫度分布特性。 通過對傳統(tǒng)結(jié)構燈泡貫流式水輪發(fā)電機軸徑向通風結(jié)構的數(shù)值計算結(jié)果與實際運行機組測點數(shù)據(jù)的比較表明，采用熱場（溫度場）、流場之間相互耦合的數(shù)值計算方法所得結(jié)果是可靠的。同時研究結(jié)果也揭示了傳統(tǒng)設計軸徑向通風冷卻結(jié)構在定子及繞組之間通風孔間隙處存在有明顯局部高溫的原因。 本文提出了發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架軸徑向安放角的概念，利用風機的設計方法，采用基于渦流理論、葉素理論的Wilson方法對傳統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架進行了重新設計，并以MATLAB語言為工具編寫葉片設計的計算程序；為便于葉片加工制造，又對葉片徑向安放角與軸向安放角進行修正，，輸出各參數(shù)的計算結(jié)果。 通過對葉片徑向安放角與軸向安放角的單相匹配的數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)，當葉片軸向安放角=0時，隨著徑向安放角的增加發(fā)電機內(nèi)部最高溫度有所下降，但數(shù)值較��；當葉片徑向安放角=0時，隨著軸向安放角增加，發(fā)電機內(nèi)部最高溫度有所下降，較僅僅改變徑向安放角時下降的數(shù)值有所增加，但整體的溫度下降仍然不夠明顯。 通過對葉片徑向安放角與軸向安放角的雙向匹配的數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)，在不采用風機強制通風時軸徑向支架安放角=6，=6°時通風冷卻結(jié)構的流場流動更為順暢、流場分布更加合理，冷卻介質(zhì)的軸向流速和徑向速度有最佳匹配值。發(fā)電機轉(zhuǎn)子在相同轉(zhuǎn)速下，優(yōu)化后徑向通風結(jié)構使得定子及周圍流體所傳遞與輻射的能量有所減小，最終使得溫度場內(nèi)最高溫度與高溫區(qū)域均有所減小，最高溫度較傳統(tǒng)結(jié)構在通風量相同時降低約15℃-18℃，冷卻效果明顯；而葉片優(yōu)化設計后，發(fā)電機軸功率的消耗不超過1‰。 通過對最優(yōu)轉(zhuǎn)子支架軸徑向安放角組合方案，非定常模式下多場耦合的研究，更加深入揭示了發(fā)電機內(nèi)部流場壓力、溫度場及轉(zhuǎn)子軸功率的時域特性。從各個監(jiān)測點上參數(shù)變化規(guī)律，再一次驗證了添加軸徑向安放角要比傳統(tǒng)無安放角通風結(jié)構的冷卻效果要好，這種后彎式通風支架結(jié)構更有利于冷卻空氣在軸向和徑向的流動，在保證水輪發(fā)電機正常運行情況下能減少風機的使用數(shù)量；由軸功率和支架監(jiān)測點的振動特性可知，優(yōu)化后的結(jié)構對支架材料并未提出更高要求，更符合通風結(jié)構的使用。
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【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM312

【引證文獻】

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1 姜志鵬;干式空心電抗器我物理場分析及應用研究[D];武漢大學;2014年

本文編號：2463637