第一章 緒論

1.1 研究背景

1949 年中國(guó)大陸發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)容量?jī)H有 1.85GW，年發(fā)電量為 4.3TW·h，分別居世界第 21 位和 25 位。而到2010 年底，中國(guó)大陸發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)容量達(dá) 962.19GW，年發(fā)電量達(dá) 4141.3 TW·h，分別比 1949 年增長(zhǎng)了 520 倍和 963 倍，均居世界第 2 位。電氣化程度的提高可以降低單位產(chǎn)值能耗，提高人民生活水平和促進(jìn)環(huán)境的改善。到 2010 年底，中國(guó)大陸發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)容量中，核電總裝機(jī)容量達(dá) 10.82GW（占總裝機(jī)容量的 1.13%），年發(fā)電量 73.4TW·h，占全部發(fā)電量的 1.77%；水電裝機(jī)容量達(dá) 213.4GW（占總裝機(jī)容量的 22.18%），年發(fā)電量 662.6TW·h，占全部發(fā)電量的15.99%；風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá) 31.07GW（占總裝機(jī)容量的 3.25%），年發(fā)電量 43TW·h，占全部發(fā)電量的 1.038%；火電裝機(jī)容量達(dá) 706.63GW（占總裝機(jī)容量的 73.44%），年發(fā)電量 3325.3 TW·h，占全部發(fā)電量的 80.3%。然而電能的生產(chǎn)離不開發(fā)電機(jī)，由此可見我國(guó)年發(fā)電量中約 80%是由火電機(jī)組提供的，而火電機(jī)組絕大部分都是汽輪發(fā)電機(jī)，因此汽輪發(fā)電機(jī)特別是大型汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)展、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)對(duì)國(guó)家電能的供應(yīng)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重大的貢獻(xiàn)。

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在進(jìn)入 21 世紀(jì)的頭 20 年中，我國(guó)大型汽輪發(fā)電機(jī)組制造業(yè)遇到了世界上前所未有大發(fā)展機(jī)遇。新引進(jìn)的超超臨界火電 1000MW 級(jí)全速（3000r/min）汽輪發(fā)電機(jī)及 400MW 級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)單軸（3000r/min）汽輪發(fā)電機(jī)組的制造技術(shù)，并已逐步國(guó)產(chǎn)化和批量生產(chǎn)。2006 年，華能玉環(huán)電廠 1000MW 級(jí)超超臨界機(jī)組順利投產(chǎn)，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期效果。針對(duì)核電項(xiàng)目，上海引進(jìn)了德國(guó)西門子西屋公司1100～1300MWe 級(jí) 1500r/min 核電站起來發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)；哈爾濱、四川地區(qū)也分別引進(jìn)了三菱、阿爾斯通 1080～1300MWe 級(jí) 1500r/min 核電站起來發(fā)電機(jī)組制造技術(shù)，已分別正在制造二代堆型改進(jìn)型和第三代堆型，AP1000 和 EPR1080～1760MWe、1500r/min 核電站起來發(fā)電機(jī)組。汽輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量越大，每千瓦所用建造費(fèi)用越低，其占地面積也越小，每千瓦發(fā)電設(shè)備管理人員亦越少，且相對(duì)便于調(diào)度。針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性與其容量大小的關(guān)系，西門子公司曾做出過比較：?jiǎn)尉秃穗姍C(jī)組而言，單機(jī)容量為1000MW 的發(fā)電機(jī)組要比 600MW 的機(jī)組的單位造價(jià)低 30%[2]。大型發(fā)電機(jī)單機(jī)容量增加是通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)的：一是通過改變發(fā)電機(jī)的主要尺寸（發(fā)電機(jī)的有效長(zhǎng)度和外徑）；二是通過增加發(fā)電機(jī)的電磁負(fù)荷。但受制于實(shí)際工程和交通運(yùn)輸?shù)募s束，定轉(zhuǎn)子的主要尺寸不可能做得太大，因此提高汽輪發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量主要是借助于增大電磁負(fù)荷來實(shí)現(xiàn)。然而，隨著電磁負(fù)荷增加，大型發(fā)電機(jī)的熱負(fù)荷也隨之同步提高，由此導(dǎo)致電機(jī)各個(gè)部件的溫度增高，影響電機(jī)的使用壽命和運(yùn)行可靠性。所以發(fā)熱和冷卻設(shè)計(jì)是大型汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中的最為關(guān)心的問題之一，而研究并準(zhǔn)確計(jì)算發(fā)電機(jī)核心部件溫升分布規(guī)律是降低發(fā)電機(jī)運(yùn)行溫度和達(dá)到冷卻目的的基礎(chǔ)。

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1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
負(fù)序運(yùn)行能力對(duì)于大型汽輪發(fā)電機(jī)的制造和安全運(yùn)行都具有重要意義。長(zhǎng)久以來， 大型發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)行業(yè)共同關(guān)注著負(fù)序電流引起的損耗和發(fā)熱問題，它的研究歷程隨著其他自然科學(xué)的發(fā)展的而發(fā)展，尤其在于材料和冷卻技術(shù)的進(jìn)步。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的負(fù)序能力由轉(zhuǎn)子材料所承受的最高溫度來評(píng)價(jià)，而溫度又是由負(fù)序電磁場(chǎng)引起的渦流損耗導(dǎo)致的，所以，準(zhǔn)確計(jì)算負(fù)序電磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子本體各部件上產(chǎn)生的損耗（負(fù)序渦流場(chǎng)）和由此導(dǎo)致的溫升（負(fù)序溫度場(chǎng)）是國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直致力于研究的問題。

電磁學(xué)的研究歷史悠久，但是其繁榮發(fā)展還是最近 300 年的事情。追溯到 140多年前，麥克斯韋總結(jié)了前人的研究成果，系統(tǒng)地建立了電磁場(chǎng)理論，奠定了近代電磁學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。1953 年，E.I.Pollard 用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得了不同頻率下的護(hù)環(huán)平均溫升，以確定發(fā)電機(jī)瞬態(tài)負(fù)序能力[12]。1976 年，A.F.Armor 和 M.V.K.Chari 的兩篇文章分別描述標(biāo)量位的三維有限元解法，介紹了大型發(fā)電機(jī)定子鐵心穩(wěn)態(tài)熱流的問題，并且其計(jì)算結(jié)果與熱阻網(wǎng)格程序以及工廠測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比[13-14]。1980 年，A.G.Jack等考慮了轉(zhuǎn)子鋼的非線性，用二維數(shù)值有限差分法計(jì)算汽輪發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)負(fù)序情況下，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)及其渦流損耗[15]。1981 年，J.Weise 等人獨(dú)創(chuàng)性地提出了在有源區(qū)使用矢量磁位 A、在無(wú)源區(qū)使用標(biāo)量磁位Ω為求解變量的計(jì)算方法[16]。1989 年，長(zhǎng)野進(jìn)等學(xué)者，開發(fā)了適用于負(fù)序能力分析方面的電磁及熱分析程序，并進(jìn)行大型發(fā)電機(jī)真機(jī)測(cè)試，確定了其精確度，還分析比較了各種提高負(fù)序能力的措施和效果[17]。Bedrosian提出了一種在不建立發(fā)電機(jī)三維模型的條件下，然后結(jié)合傅里葉變換來仿真某些三維效應(yīng)的方法[18-19]。1997 年，Y.Ichida 對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)負(fù)序電流承載能力進(jìn)行了研究，通過熱分析計(jì)算了負(fù)序溫升[20]。1998 年，F(xiàn).N.Isaac 等學(xué)者計(jì)及了鐵芯材料屬性為各項(xiàng)異性情況下的鐵心渦流損耗的分布情況[21]，而 Jung Ho Lee 在不忽略鐵心損耗以及磁飽和的條件下求解了電機(jī)的動(dòng)態(tài)參數(shù)各項(xiàng)指標(biāo)[22]。國(guó)內(nèi)方面，渦流場(chǎng)的研究起步相對(duì)較晚，但針對(duì)大型發(fā)電機(jī)的負(fù)序運(yùn)行能力也做了很多有益的工作。1979 年，胡顯承討論了負(fù)序渦流場(chǎng)邊值問題及其有限元的解法，計(jì)算了轉(zhuǎn)子負(fù)序渦流分布和損耗，但是沒有考慮橫向月牙槽的存在[23]。1980 年，周德貴對(duì)負(fù)序感應(yīng)的倍頻電流在轉(zhuǎn)子表面流過的路徑、在轉(zhuǎn)子中的等價(jià)透入深度以及在端部沿軸向的分布等進(jìn)行了討論[24]。1986 年，白亞民、李德基用場(chǎng)路結(jié)合的方法計(jì)算汽輪發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)負(fù)序電流時(shí)轉(zhuǎn)子的渦流場(chǎng)、損耗分布和溫度場(chǎng)[25]。通過運(yùn)用磁帶法，1990 年周德貴測(cè)量了SQF-75-2 型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部阻尼環(huán)和轉(zhuǎn)子槽部的渦流分布，闡述了提高汽輪發(fā)電機(jī)隱極轉(zhuǎn)子負(fù)序能力主要的技術(shù)措施，例如改進(jìn)轉(zhuǎn)子槽楔，轉(zhuǎn)子增設(shè)阻尼繞組等[26]；1994 年，徐松采用差分法建立了 50MW 蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子瞬變電磁場(chǎng)及瞬變溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真的數(shù)學(xué)模型，得到部分仿真結(jié)果，通過仿真還獲得了該發(fā)電機(jī)的最大瞬態(tài)負(fù)序能力[27]；2005 年，文獻(xiàn)[28]計(jì)算了大型汽輪發(fā)電機(jī)不平衡負(fù)載情況下的渦流損耗，在有限元的基礎(chǔ)上，提出了計(jì)算三維負(fù)序渦流場(chǎng)的電流、磁場(chǎng)和渦流損耗的數(shù)學(xué)模型和方法[28]。2006 年，文獻(xiàn)[29]利用負(fù)序磁場(chǎng)透入深度的數(shù)量級(jí)相對(duì)發(fā)電機(jī)尺寸較小的特征，從而借助于復(fù)數(shù)表面阻抗的概念，提出了一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二維負(fù)序渦流場(chǎng)分析與計(jì)算的方法，并計(jì)算了穩(wěn)態(tài)負(fù)序工況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的渦流損耗分布特征和數(shù)值大小[29]。2012 年，李偉力等以 150MW 空冷汽輪發(fā)電機(jī)為例，建立了其電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)的二維數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了穩(wěn)態(tài)負(fù)序工況下運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的渦流損耗，并且求解分析了由渦流損耗引起的額外溫升，還考慮了槽楔材料不同時(shí)可能對(duì)發(fā)電機(jī)負(fù)序溫升造成的影響，得到了一些有益的結(jié)論[30]。

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第二章 汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及負(fù)序電流相關(guān)規(guī)定

大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部件較多，除了定轉(zhuǎn)子鐵心、繞組外，還包括用于固定定子的定子機(jī)座、固定轉(zhuǎn)子的護(hù)環(huán)、固定電樞繞組和阻尼繞組的槽楔等。本章主要介紹了發(fā)電機(jī)的主要部件及其結(jié)構(gòu)，同時(shí)闡述了發(fā)電機(jī)定子負(fù)序電流的分析方法及發(fā)電機(jī)承受負(fù)序運(yùn)行能力的國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為下文發(fā)電機(jī)負(fù)序運(yùn)行能力的分析提供評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 大型汽輪發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

自 20 世紀(jì) 50 年代開始，汽輪發(fā)電機(jī)最大單機(jī)容量自 150MW 迅速提高到了200MW、300MW、500MW、600 MW。而現(xiàn)如今，世界上汽輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量已達(dá)到 1000MW，甚至更高級(jí)容量的發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行。目前我國(guó)汽輪發(fā)電機(jī)的容量主要有 50MW、100MW、125MW、300MW、600MW、1000MW 等。不管汽輪發(fā)電機(jī)采用多少等級(jí)的容量，它均是由靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩部分組成。顧名思義，發(fā)電機(jī)的靜止部分是指發(fā)電機(jī)定子上的各部件，主要包括定子機(jī)座、定子鐵心、定子電樞繞組等。而轉(zhuǎn)動(dòng)部分則是指隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的各個(gè)部件，主要有轉(zhuǎn)子本體、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組、護(hù)環(huán)何中心環(huán)等[2]。圖 2-1 為典型大型汽輪發(fā)電機(jī)主要部件示意圖。

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2.2 汽輪發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)
汽輪發(fā)電機(jī)的定子與異步電機(jī)基本相同，也是由定子機(jī)座、定子鐵心、定子電樞繞組等部件組成。2.2.1 定子機(jī)座
定子機(jī)座主要起到固定和保護(hù)定子鐵心及定子電樞繞組的作用，除此之外它還同時(shí)是發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻、帶走發(fā)電機(jī)定子熱量風(fēng)路的一部分。如圖 2-2 所示。大型汽輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座尺寸比較大、外形也多變、工藝復(fù)雜。除必須滿足足夠的強(qiáng)度以承受內(nèi)外力的作用外，定子機(jī)座還要盡可能的達(dá)到方便加工、工藝性好的目的，所以定子機(jī)座一般采用比較易于焊接的低碳鋼材料。通常來說，機(jī)座由外罩板、外機(jī)壁、內(nèi)機(jī)壁、通風(fēng)管道、支撐板、吊環(huán)座等部件通過焊接形成。而由于冷卻方式（氫冷、空冷）和運(yùn)輸方式（陸路、水路）的不同，汽輪發(fā)電機(jī)的定子機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是不盡相同的。
2.2.2 定子鐵心
定子鐵心如圖 2-3 所示。它的作用主要包括兩部分：（1）定子鐵心開有軸向嵌線槽，用來固定定子繞組；（2）為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的主磁通提供較低磁阻的磁通路徑。由于定子鐵心不僅是導(dǎo)磁的而且也是良好的導(dǎo)電體，且該主磁通是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此它在定子鐵心中將產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗。為了減少鐵心中的渦流損耗，要把鐵心分成許多薄片（疊片），而且各片之間彼此絕緣，以防止各疊片之間流過電流。通常，大型汽輪發(fā)電機(jī)的定子沖片厚度有 0.35mm 或 0.5mm 兩種可選。為了通風(fēng)散熱，每疊厚度為 30～60mm，兩疊之間留有寬度為 10mm 左右的通風(fēng)溝。鐵心疊好后，用非磁性壓板壓緊，再通過螺桿拉緊后固定在機(jī)座上。當(dāng)定子鐵心直徑較大時(shí)，用扇形沖片拼成一個(gè)整圓，在疊裝時(shí)，應(yīng)把各層接縫均勻錯(cuò)開，以保證磁路的對(duì)稱。
2.2.3 定子繞組
汽輪發(fā)電機(jī)的定子繞組是發(fā)電機(jī)傳遞能量的樞紐，放置在定子鐵心內(nèi)圓的定子槽內(nèi)，如圖 2-4。它位于時(shí)刻以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng)中，能夠感應(yīng)出高電壓、大電流，并輸出到電網(wǎng)。故定子繞組是發(fā)電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換關(guān)鍵部件。通常來時(shí)，大型汽輪發(fā)電機(jī)的定子繞組的額定電流相當(dāng)大，1200MW 級(jí)的汽輪發(fā)電機(jī)其定子額定電流接近于 30000A。所以，發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組的銅耗在發(fā)電機(jī)總損耗的占比較大，是發(fā)電機(jī)兩個(gè)主要的熱源，所以對(duì)定轉(zhuǎn)子繞組的冷卻尤為重要。此外，定子繞組在運(yùn)行中受到的周期性電磁振動(dòng)，特別是突然短路、誤合閘等異常情況下，發(fā)電機(jī)定子繞組所受的沖擊力比正常運(yùn)行時(shí)大 100 倍以上。完善定子繞組的槽內(nèi)固定和端部固定的設(shè)計(jì)和制造工藝以及正確的檢查實(shí)驗(yàn)，也是保證汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性的重要部分。

一般地大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組采用疊繞組，而很少使用同心式繞組。出于加工制造的方便和絕緣考慮，把定子繞組每個(gè)線圈分成兩個(gè)線棒，分別放置在間隔一個(gè)極距的兩個(gè)槽內(nèi)的上層和下層，線棒截面圖如圖 2-5 所示。每個(gè)定子槽內(nèi)通常有兩個(gè)導(dǎo)體，定子線圈的直線部分（有效部分）放置于槽內(nèi)，而線圈端部通過并頭套或?qū)附宇^形成一個(gè)整線圈，如圖 2-4 所示。為了減少定子線圈內(nèi)的 5、7、11 次高次諧波，定子線圈通常采用短距，短距系數(shù)取 0.8～0.857 之間最合適。

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第三章 汽輪發(fā)電機(jī)二維負(fù)序渦流場(chǎng)和損耗密度計(jì)算分析................ 22
3.1 二維渦流場(chǎng)的麥克斯韋方程 ................................. 22
3.2 定子繞組負(fù)序電流的大小和相位 ............................. 25
3.3 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二維負(fù)序渦流場(chǎng)的計(jì)算與對(duì)比分析 ............. 27
第四章 汽輪發(fā)電機(jī)三維負(fù)序渦流場(chǎng)和損耗計(jì)算分析.................. 44
4.1 三維渦流場(chǎng)的麥克斯韋方程 .................................. 44
4.2 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三維負(fù)序渦流場(chǎng)的計(jì)算與對(duì)比分析 .............. 46
4.2.1 基本假定...................................................47
第五章 汽輪發(fā)電機(jī)負(fù)序溫度場(chǎng)計(jì)算與對(duì)比分析........................ 54
5.1 溫度場(chǎng)的基本理論 .............................................54
5.1.1 熱分析基礎(chǔ) ................................................ 54

5.1.2 溫度場(chǎng)邊界條件 ............................................. 55

第五章 汽輪發(fā)電機(jī)負(fù)序溫度場(chǎng)計(jì)算與對(duì)比分析

發(fā)電機(jī)的溫升是衡量發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一，它與發(fā)電機(jī)的使用壽命有著直接的關(guān)系，與此同時(shí)也對(duì)發(fā)電機(jī)的出力、效率等性能有一定的影響。因此，在發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)階段，有必要對(duì)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的溫升進(jìn)行計(jì)算。特別地，，準(zhǔn)確地計(jì)算發(fā)電機(jī)在負(fù)序工況下產(chǎn)生的溫升，對(duì)判斷發(fā)電機(jī)承受負(fù)序能力的大小、提供提高發(fā)電機(jī)負(fù)序能力的措施、保證發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行有著重要意義。

5.1 溫度場(chǎng)的基本理論
5.1.1 熱分析基礎(chǔ)
ANSYS Workbench 是目前仿真領(lǐng)域覆蓋面最廣、研究層次最深、業(yè)界最先進(jìn)的工程集成化仿真平臺(tái)。它不僅在結(jié)構(gòu)、熱、電磁場(chǎng)、流體、跌落等單一物理域具有無(wú)以倫比的技術(shù)先進(jìn)性和最廣泛的仿真功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多物理場(chǎng)的自動(dòng)耦合分析，而且將 CAD 接口和網(wǎng)格生成、優(yōu)化、數(shù)據(jù)管理等功能完全集成在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)環(huán)境中，大大提高了復(fù)雜問題的仿真效率。ANSYS Workbench 仿真平臺(tái)具有多物理場(chǎng)的耦合分析能力，其中包括：1）流體-結(jié)構(gòu)耦合（CFX 與 Mechanical 或者 FLUENT 與Mechanical）；2）流體-熱耦合（CFX 與 Mechanical 或者 FLUENT 與 Mechanical）；3）流體-電磁耦合（FLUENT 與 ANSOFT Maxwell）；4）熱-結(jié)構(gòu)耦合（Mechanical）；5）靜電-結(jié)構(gòu)耦合（Mechanical）；6）電磁-熱耦合（ANSOFT Maxwell 與 Mechanical）；7）電磁-結(jié)構(gòu)-噪聲耦合（ANSOFT Maxwell 與 Mechanical 與 ACTRAN）。

針對(duì)以上的多物理場(chǎng)仿真分析，ANSYS Workbench 具有以下的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)：1）在統(tǒng)一的圖形化（GUI）界面下，實(shí)現(xiàn)從建模、網(wǎng)格生成、仿真分析、結(jié)果后處理的所有仿真過程；2）結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格、仿真結(jié)果等數(shù)據(jù)自動(dòng)映射和數(shù)據(jù)交換，不同仿真工具之間數(shù)據(jù)保真?zhèn)鬟f；3）統(tǒng)一管理所有仿真流程；4）自動(dòng)化網(wǎng)格生成、集成多域優(yōu)化工具和數(shù)據(jù)管理工具，流程固化和定制功能，提高仿真效率。擁有這些優(yōu)點(diǎn)，使得利用 ANSYS Workbench 平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)的協(xié)同仿真分析變得簡(jiǎn)單直觀，用戶不需要考慮耦合過程到底是如何實(shí)現(xiàn)的，只需要通過簡(jiǎn)單的拖曳即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和共享，從而不僅節(jié)約時(shí)間，而且通俗易懂有利于工程技術(shù)的學(xué)習(xí)和傳承。

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第六章 總結(jié)與展望

6.1 總結(jié)
本文以上海電氣電站設(shè)備有限公司發(fā)電機(jī)廠所設(shè)計(jì)的 1200MW 級(jí)水氫氫冷卻型汽輪發(fā)電機(jī)為研究對(duì)象，建立了發(fā)電機(jī)二維（三維）電磁場(chǎng)模型以及轉(zhuǎn)子三維溫度場(chǎng)模型，考慮了定子槽楔、轉(zhuǎn)子槽楔及轉(zhuǎn)子阻尼槽楔的存在與否的影響，對(duì)其在不對(duì)稱運(yùn)行工況下產(chǎn)生的負(fù)序電流引起的渦流損耗進(jìn)行了理論闡述和數(shù)值計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上得到了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體各部件的負(fù)序磁場(chǎng)和損耗分布，再以這些損耗為熱源耦合到負(fù)序溫度場(chǎng)，求解分析了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)負(fù)序和瞬態(tài)負(fù)序溫度場(chǎng)。在對(duì)1200MW 級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子負(fù)序渦流場(chǎng)場(chǎng)及溫度場(chǎng)的求解計(jì)算中，主要獲得以下結(jié)論：
（1）考慮到定子槽楔、轉(zhuǎn)子槽楔及轉(zhuǎn)子阻尼槽楔的存在與否，計(jì)算了發(fā)電機(jī)二維齒段和牙槽段負(fù)序渦流場(chǎng)的渦流損耗密度，由計(jì)算結(jié)果可知：1）負(fù)序渦流損耗密度主要集中在大齒的極面上，而小齒上則較小，且以月牙槽尖角處最大，沿月牙槽圓弧向其底部運(yùn)動(dòng)，損耗密度逐漸減�。�2）轉(zhuǎn)子槽楔的存在使得大小齒上的損耗密度明顯的減��；3）阻尼槽楔承擔(dān)著較大的損耗密度，且能夠降低大小齒上的損耗密度。因此，槽楔的存在，特別是阻尼槽楔的存在，對(duì)負(fù)序磁場(chǎng)有較大的阻尼作用，能夠有效地降低轉(zhuǎn)子表面負(fù)序渦流損耗的最大值；

（2）在發(fā)電機(jī)二維負(fù)序渦流場(chǎng)損耗密度計(jì)算的基礎(chǔ)上，分析了發(fā)電機(jī)三維渦流損耗值的大小和分布情況。從計(jì)算結(jié)果可知：1）渦流損耗集中在轉(zhuǎn)子大齒表面，月牙槽處損耗密度最大，是渦流集中點(diǎn)；2）高導(dǎo)電率的槽楔對(duì)減弱負(fù)序磁場(chǎng)渦流效應(yīng)有積極的作用，能夠有效地降低轉(zhuǎn)子本體上的負(fù)序渦流損耗，且轉(zhuǎn)設(shè)阻尼槽楔的效果尤為明顯，轉(zhuǎn)子損耗值大幅減��；

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：37785