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大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)研究

文檔作者：王超廖毅剛張海波文檔來(lái)源：東方電氣東方電機(jī)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月23日
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方氣評(píng)01.02第29卷Vol.29總第114期
大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)研究
王超廖毅剛張海波
東方電氣東方電機(jī)有限公司,四川德陽(yáng)18000
摘要:大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、體積緊湊、散熱困難、要求正反轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。本文介紹了整體通風(fēng)系統(tǒng)的選擇和計(jì)算,
分析了通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的CFD仿真、轉(zhuǎn)子磁極冷卻結(jié)構(gòu)和定子溫升特性,最后給出了動(dòng)態(tài)通風(fēng)模型試驗(yàn)和靜態(tài)轉(zhuǎn)子通風(fēng)模型
試驗(yàn)結(jié)果。
關(guān)鍵詞:發(fā)電電動(dòng)機(jī);通風(fēng)結(jié)構(gòu);整體通風(fēng)計(jì)算;CFD;模型試驗(yàn)
中圖分類(lèi)號(hào):TM31:TM3
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1001-9006(2015)02-0041-06
 Research on Ventilation and Cooling System of Large Generator-motor
 WANG Chao, LIAO Yigang, ZHANG Haibo
 Abstract: Large revisible generator-motor has such characteristics as high rotating speed, compact structure, difficulties in heat
 dissipation and revisible running. In this paper selection and calculation of global ventilation system is introduced, and CFD
 simulation for the ventilation and cooling system, rotor pole cooling structure and stator temperature-rise characteristics are analyzed, and
 at the end of the paper, dynamic ventilation model test and static rotor ventilation model test are presented.
 Key words: generator-motor, ventilation structure: global ventilation caculation: CFD simulation; model test
與常規(guī)混流式水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)相比,要求改進(jìn)的或新的通風(fēng)系統(tǒng)與之匹配。由于常規(guī)
發(fā)電電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn):
混流式水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)結(jié)構(gòu)已被大量工程實(shí)踐證
(1)電機(jī)轉(zhuǎn)速高,可達(dá)到300r/min-500r/min,明是合理、可靠的,所以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行局部結(jié)
高轉(zhuǎn)速意味著通風(fēng)損耗增加和散熱難度增大。
構(gòu)改型,以滿(mǎn)足大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)冷卻要求,是值
(2)電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)和電動(dòng)狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)向不得采用的技術(shù)路線(xiàn)。
同,需要分析該變化給通風(fēng)系統(tǒng)帶來(lái)的影響,且
本文簡(jiǎn)要介紹了東方電機(jī)在大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)
常規(guī)軸流風(fēng)機(jī)葉片翼型不能被使用
通風(fēng)冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化和系統(tǒng)研究方面開(kāi)展的工作。
(3)轉(zhuǎn)子磁極線(xiàn)圈每極熱容量大,分析表明:這些工作主要包括:針對(duì)某300MW發(fā)電電動(dòng)機(jī)對(duì)
該發(fā)電電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)單位體積損耗和單位面不同通風(fēng)方案進(jìn)行對(duì)比、分析,初步確定適應(yīng)于
積的散熱強(qiáng)度會(huì)達(dá)到常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)的1.5倍以該大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)的整體通型式及局部特
上。如何在保證電機(jī)總風(fēng)量滿(mǎn)足要求的前提下有殊冷卻結(jié)構(gòu);然后利用整體通風(fēng)計(jì)算、局部CFD
效解決勵(lì)磁繞組的散熱問(wèn)題,面臨巨大挑戰(zhàn)。
仿真、1:2.5整體旋轉(zhuǎn)通風(fēng)模型試驗(yàn)和轉(zhuǎn)子磁極特
其異于常規(guī)混流式水輪發(fā)電機(jī)的這些特點(diǎn),殊冷卻結(jié)構(gòu)靜態(tài)模型試驗(yàn)等手段相結(jié)合的方式,
收稿日期:2015-01-15
作者簡(jiǎn)介:王超(1982),男2006年畢業(yè)于華中科技大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè),本科,工程師?，F(xiàn)在東方電機(jī)從事大型發(fā)電機(jī)通風(fēng)
冷卻分析與試驗(yàn)工作
廖毅剛(1963-),男,1983年畢業(yè)于湖南大學(xué)電氣工程專(zhuān)業(yè)本科,教授級(jí)高級(jí)工程師?，F(xiàn)在東方電機(jī)從事大型發(fā)電機(jī)研發(fā)及
科研管理工作。
張海波(1985),男,2008年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè),本科,工程師?，F(xiàn)在東方電機(jī)從事大型發(fā)電機(jī)通
風(fēng)冷卻分析與試驗(yàn)工作。
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方評(píng)論205.06.2第2卷Vol.29總第114期
 DONGFANG ELCTRIC RVIEW
對(duì)已被選擇的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)研究,
基于一元流動(dòng)理論的整體通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算被廣
以獲得包括電機(jī)總風(fēng)量、定轉(zhuǎn)子溫升水平及分布泛采用,其計(jì)算基礎(chǔ)是考慮能量損失的伯努利方
規(guī)律、通風(fēng)損耗大小等在內(nèi)的整體通風(fēng)系統(tǒng)性能。程建模2):
本文所論述工作的價(jià)值在于:開(kāi)發(fā)了適應(yīng)于
 P.
 P:
z1++=x2+++h(1)
大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)的通風(fēng)結(jié)構(gòu),積累了一定的
 pg2g
設(shè)計(jì)、計(jì)算和分析研究經(jīng)驗(yàn),為后續(xù)更大容量、式中:z、Ppg、2g分別表示位置水頭、壓力
更高參數(shù)發(fā)電電動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。相對(duì)于水頭和流速水頭;h表示沿程損失和局部損失
以前工作的改進(jìn)或創(chuàng)新之處如下:
水頭。
(1)確定了磁軛端部增加徑向葉片的軸徑向混
此外,流體在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中流動(dòng)時(shí)受到離心力
合通風(fēng)+轉(zhuǎn)子磁極特殊冷卻結(jié)構(gòu)整體通風(fēng)型式,作用,其運(yùn)動(dòng)微分方程可表達(dá)為
實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)結(jié)構(gòu)在發(fā)電電動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的創(chuàng)新。
(2)-(
1aP=0
(2)設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)子磁極特殊冷卻結(jié)構(gòu),即除常規(guī)
 p
(2)
的極間流道外,其勵(lì)磁繞組背后還采用了架空結(jié)
22(-=0
構(gòu),形成又一空氣流道,從而可以進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)
通風(fēng)元件的阻力特性對(duì)應(yīng)于式(1),壓力特性
子溫升,以滿(mǎn)足大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極高強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于式(2),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)法建模和計(jì)算,可得到發(fā)
散熱的要求。
(3)對(duì)轉(zhuǎn)子磁極特殊冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)相應(yīng)的流量、風(fēng)速、壓降等重要
計(jì)算,改進(jìn)后的方案可以有效降低勵(lì)磁繞組平均參數(shù)。
通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算利用通用流體、傳熱一維計(jì)算軟
溫升達(dá)30%
件 Flowmaster完成。通過(guò)計(jì)算分析與對(duì)比選擇,確
(4)通過(guò)對(duì)相似比1:2.5的整體旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)模型定了圖1所示的該發(fā)電電動(dòng)機(jī)整體通風(fēng)結(jié)構(gòu)方案。
和1:1的轉(zhuǎn)子磁極特殊冷卻結(jié)構(gòu)靜態(tài)通風(fēng)模型試
風(fēng)路優(yōu)化措施包括:
驗(yàn),全面研究了該發(fā)電電動(dòng)機(jī)的實(shí)際通風(fēng)性能。
(1)轉(zhuǎn)子磁軛上下端部配置一定高度的徑向葉
1整體通風(fēng)方案的選擇與計(jì)算
片與電機(jī)主要徑向過(guò)流通道相配合,保證電機(jī)實(shí)
際運(yùn)行時(shí)總風(fēng)量滿(mǎn)足要求的同時(shí),各部位風(fēng)量、
整體通風(fēng)方案的選擇是發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)風(fēng)速分
設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。基于不同的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),不同的
(2)磁極線(xiàn)圈特殊冷卻結(jié)構(gòu)和極間擋風(fēng)板布置
生產(chǎn)廠(chǎng)家對(duì)相同轉(zhuǎn)速和容量等級(jí)的電機(jī)可能選擇
的優(yōu)化,使轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈獲得最佳冷卻效果。
不同的通風(fēng)型式,如在300MW等級(jí)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)
設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,自循環(huán)通風(fēng)結(jié)構(gòu)、外加風(fēng)機(jī)通
風(fēng)結(jié)構(gòu)、軸向或徑向通風(fēng)為主的通風(fēng)結(jié)構(gòu)都被采
用過(guò),見(jiàn)表1
表1通風(fēng)結(jié)構(gòu)對(duì)比
電站轉(zhuǎn)速/(rmin-1)
通風(fēng)結(jié)構(gòu)
黑峰
300
自循環(huán)、全徑向通風(fēng)
白蓮河
300
自循環(huán)、全徑向通風(fēng)
寶泉
500
軸套風(fēng)扇、軸向?yàn)橹?
惠州
500
軸套風(fēng)扇、軸向?yàn)橹?
天荒坪500
磁軛端部外加風(fēng)扇、軸向?yàn)橹?
一熱
廣蓄期
500
外加鼓風(fēng)機(jī),軸向?yàn)橹?
圖1發(fā)電電動(dòng)機(jī)整體通風(fēng)型式
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方評(píng)論201.06.2第2卷Vol.29總第114期
采用此通風(fēng)方案,該發(fā)電電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)根氣流靜壓,使繞組背部風(fēng)隙內(nèi)的空氣風(fēng)量、風(fēng)
產(chǎn)生的總風(fēng)量比實(shí)際需求留有接近15%的裕度,速增大,進(jìn)一步提高散熱效率。
流經(jīng)上下端部風(fēng)扇風(fēng)量比例占40%左右,內(nèi)部壓3.2對(duì)比計(jì)算
降最大部位主要集中在定子風(fēng)溝入口和轉(zhuǎn)子支架3.2.1計(jì)算模型及邊界
入口處。
對(duì)常規(guī)磁極線(xiàn)圈冷卻方案及改進(jìn)方案進(jìn)行溫
度場(chǎng)、流場(chǎng)耦合對(duì)比計(jì)算。計(jì)算采用流體力學(xué)計(jì)
2電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?qū)νL(fēng)系統(tǒng)的影響
算軟件 Fluent完成,求解方程滿(mǎn)足質(zhì)量、動(dòng)量及能
發(fā)電電動(dòng)機(jī)采用密閉自循環(huán)的全徑向通風(fēng)結(jié)量守恒定律和湍流運(yùn)輸條件,統(tǒng)一表達(dá)為:
構(gòu),驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)的壓頭由轉(zhuǎn)子和端部離心扇葉
 V()=()+S.(3)
旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。由于轉(zhuǎn)子支架為全徑向星型結(jié)構(gòu)磁式中:中為通用變量,u為絕對(duì)速度矢量,為擴(kuò)
軛和磁極的風(fēng)道均為徑向通道,轉(zhuǎn)子端部的離心散系數(shù),S為源項(xiàng)。
扇葉亦采用徑向設(shè)計(jì),所以這些特點(diǎn)保證了轉(zhuǎn)子計(jì)算模型包括了轉(zhuǎn)子磁軛環(huán)隙、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組、
順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心壓力相同。同樣,通風(fēng)磁極鐵心、磁極上托板、端部固定擋風(fēng)板以及所述
結(jié)構(gòu)的阻力特性也不會(huì)隨電機(jī)轉(zhuǎn)向的變化而發(fā)生結(jié)構(gòu)件周?chē)睦鋮s空氣區(qū)域,計(jì)算模型見(jiàn)圖3。
變化,因此,發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向改變時(shí),通風(fēng)系統(tǒng)
總風(fēng)量及風(fēng)量分布規(guī)律相同,電機(jī)在發(fā)電機(jī)和電
動(dòng)機(jī)兩種工作狀態(tài)下,冷卻效果也基本相同。這
一結(jié)論也被1:2.5旋轉(zhuǎn)通風(fēng)模型試驗(yàn)證實(shí),該模型
圖示
在正反轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)量測(cè)量值的變化不超過(guò)1%。
冷卻空氣
轉(zhuǎn)子端部和極周氣流
■磁燒組風(fēng)口出風(fēng)
3轉(zhuǎn)子磁極冷卻結(jié)構(gòu)的研究與改進(jìn)
轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
3.1設(shè)計(jì)改進(jìn)
口板擋風(fēng)板
結(jié)合工程實(shí)際對(duì)該發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極線(xiàn)圈
磁繞組
■磁極上托
冷卻方式進(jìn)行了以下改進(jìn):
■磁輪及磁輪環(huán)
■鐵心和極
(1)繞組與鐵心間布置散熱風(fēng)隙,局部位置用
絕緣撐塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)固定。相應(yīng)冷卻風(fēng)路見(jiàn)圖2。
圖3CD計(jì)算模型
計(jì)算采用的邊界條件包括:
(1)繞組損耗采用用戶(hù)自定義編程函數(shù)功能
UDF實(shí)現(xiàn)損耗密度隨溫度變化,這與以往通常采
用一個(gè)恒定的損耗進(jìn)行溫升計(jì)算是明顯改進(jìn)7。
(2)考慮轉(zhuǎn)子鐵心及繞組傳熱的各向異性。
圖2改進(jìn)的磁極冷卻結(jié)構(gòu)
(3)考慮高速旋轉(zhuǎn)時(shí)氣體的粘性作用。
3.2.2計(jì)算結(jié)果
這種冷卻結(jié)構(gòu)將明顯增大勵(lì)磁繞組的有效散改進(jìn)方案對(duì)磁極繞組溫升降低效果明顯,并
熱面積,為磁極線(xiàn)圈提供更好的冷卻條件。
被選擇用于該發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)設(shè)計(jì)方案。
(2)在上述措施基礎(chǔ)上,磁極極間布置一定高當(dāng)電機(jī)作發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí),磁極區(qū)域的流
度擋風(fēng)板,增大極間氣流通風(fēng)阻力,提高磁極極場(chǎng)及溫度分布見(jiàn)圖4和圖5
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方氣評(píng)2015.06.2第29卷Vol.29總第114期
 Velocity
00000
速度ms
2592693
05443
30
圖4磁極表面流場(chǎng)分布/(ms)
25
15
Max(℃)
圖7徑向通風(fēng)溝內(nèi)速度分布
 Max(C)
圖5勵(lì)磁繞組溫度分布
4定子溫升特性分析
定子溫升計(jì)算主要關(guān)注定子發(fā)熱部件最熱點(diǎn)
位置及軸向溫度分布是否均勻。轉(zhuǎn)子溫升計(jì)算得
Max(℃)
出的氣隙內(nèi)速度、溫度分布將被用作定子溫升計(jì)
圖8定子溫度徑向分布規(guī)律
算的邊界條件,其他傳熱介質(zhì)物性及發(fā)熱部件損
耗設(shè)置方法與轉(zhuǎn)子溫升計(jì)算所采用的類(lèi)似,如鐵
心導(dǎo)熱率的各項(xiàng)異性、上下層線(xiàn)圈損耗的不同及
隨溫度變化等。計(jì)算所采用的模型見(jiàn)圖6
軸向位置(端部一中間)
圖9繞組RTD溫度的軸向分布規(guī)律
5動(dòng)態(tài)通風(fēng)模型試驗(yàn)研究
5.1模型設(shè)計(jì)
通風(fēng)模型設(shè)計(jì)及試驗(yàn)以相似理論為依據(jù),針
對(duì)該發(fā)電電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn),充分考慮制造和安裝條
件,最終模型與真機(jī)比例確定為1:2.5。模型由定
子、轉(zhuǎn)子、軸承系統(tǒng)、上機(jī)架、下機(jī)架、基礎(chǔ)板
等組成,見(jiàn)圖10和圖11
圖6定子溫升計(jì)算模型
為保證模型流態(tài)與真機(jī)的相似性,通風(fēng)模型
風(fēng)溝流場(chǎng)和定子溫升的計(jì)算特征見(jiàn)圖7~圖9。設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)研究采取的措施包括:
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南方零氣評(píng)20.06.25第29卷Vol.29總第114期
確定為300r/min~500r/min并進(jìn)行多個(gè)轉(zhuǎn)速組合
的上升、下降等重復(fù)性試驗(yàn),以減小試驗(yàn)結(jié)果的
離散性,確保試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)可信。
當(dāng)模型與真機(jī)間滿(mǎn)足相似條件時(shí),在不同轉(zhuǎn)
速情況下各參數(shù)應(yīng)用量綱分析的方法找出各物理
量之間的聯(lián)系,可推導(dǎo)出其通風(fēng)系統(tǒng)的基本參數(shù)
應(yīng)符合下列規(guī)律,見(jiàn)(4)~(6):
v/Vn=(lln)(nn)(4)
H/H=(l/ln)2·(n/n)2(5)
/ =(L /Lu) ' (ny/ )(6)
/=(L,/.(/)(7)
圖10模型轉(zhuǎn)子
式中:L一特征長(zhǎng)度(mm),n一特征轉(zhuǎn)速(r/min)
H壓差(Pa),Q一流量(m3s),P一通風(fēng)
損耗(kW)。
5.2模型試驗(yàn)
開(kāi)展的試驗(yàn)工作包括:
(1)測(cè)量冷卻器出口風(fēng)速以計(jì)算模型總風(fēng)量,
獲得真機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的總風(fēng)量。
(2)測(cè)量定子各風(fēng)溝出口風(fēng)速大小,以獲得真
機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)風(fēng)溝風(fēng)速軸向分布規(guī)律。
(3)測(cè)量定子風(fēng)溝進(jìn)出口壓力,結(jié)合定子出口
風(fēng)速測(cè)量值,獲得真機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)定子風(fēng)溝的阻
力特性。
圖模型總裝
(4)測(cè)量上下風(fēng)道風(fēng)量,以獲得真機(jī)實(shí)際運(yùn)行
時(shí)上下端部風(fēng)量分配比例。
(1)采用先進(jìn)的模型加工技術(shù),如在轉(zhuǎn)子磁軛(5)測(cè)量通風(fēng)損耗以檢驗(yàn)真機(jī)實(shí)際通風(fēng)結(jié)構(gòu)的
疊片、定子沖片和通風(fēng)槽片采用激光切割,以保效率。
證模型空氣流經(jīng)主要部位邊界面的粗糙度與真機(jī)(6)測(cè)量定子繞組端部、匯流銅排、主引線(xiàn)及
相同。
中性點(diǎn)引線(xiàn)等,以檢驗(yàn)真機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)端部冷卻
(2)嚴(yán)格保證模型與真機(jī)之間對(duì)應(yīng)各部位過(guò)流條件的好壞。
面積的相似關(guān)系,并對(duì)定子風(fēng)溝、轉(zhuǎn)子磁軛環(huán)隙試驗(yàn)總共采用近150個(gè)風(fēng)速、壓力測(cè)點(diǎn)和1臺(tái)
等部位作合理等效,而非簡(jiǎn)單的將過(guò)流通道的高高速多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相配合,以獲得模型整體
度比例縮小,以減小制造和安裝過(guò)程中帶來(lái)的的通風(fēng)特性。測(cè)點(diǎn)埋設(shè)及采集系統(tǒng)見(jiàn)圖12和
誤差。
圖13。
(3)根據(jù)確定的模型試驗(yàn)研究比例計(jì)算模型進(jìn)5.3試驗(yàn)結(jié)果
入自模區(qū)的臨界轉(zhuǎn)速,模型試驗(yàn)時(shí)確保其轉(zhuǎn)速位根據(jù)通風(fēng)模型試驗(yàn)結(jié)果分析,得出的主要結(jié)
于大于臨界轉(zhuǎn)速的一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi),使通風(fēng)論如下:
模型試驗(yàn)時(shí)工作在自模區(qū)內(nèi),達(dá)到流體流動(dòng)狀態(tài)(1)發(fā)電電動(dòng)機(jī)風(fēng)路順暢,空氣流動(dòng)情況符合
與真機(jī)相同。經(jīng)計(jì)算,該發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)模型進(jìn)設(shè)計(jì)要求,風(fēng)量風(fēng)速分布合理,能夠滿(mǎn)足發(fā)電電
入自模區(qū)的臨界轉(zhuǎn)速為62.7r/min,試驗(yàn)轉(zhuǎn)速區(qū)間動(dòng)機(jī)各發(fā)熱部件冷卻需求
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束方氣評(píng)2015.06.25第29卷Vol.29總第114期
銅環(huán)、主引線(xiàn)及中性點(diǎn)處風(fēng)速為3.0m/s,滿(mǎn)足端部
發(fā)熱部件的冷卻需要。
6轉(zhuǎn)子靜態(tài)通風(fēng)模型研究
發(fā)電電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子處于高速旋轉(zhuǎn)狀
態(tài),極間流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜,在旋轉(zhuǎn)模型上進(jìn)行轉(zhuǎn)子特
殊磁極極間流態(tài)測(cè)量存在一定困難。分析表明:用
靜態(tài)模型進(jìn)行發(fā)電電動(dòng)機(jī)特殊磁極通風(fēng)試驗(yàn)與真實(shí)
情況的主要區(qū)別在于前者不存在離心力和科里奧里
加速力的影響,離心力作用于光滑的表面時(shí)可能在
圖12風(fēng)速測(cè)點(diǎn)
流道中產(chǎn)生次環(huán)流,而實(shí)際上轉(zhuǎn)子磁極內(nèi)外表面是
粗糙的,因此實(shí)際電機(jī)運(yùn)行時(shí)離心力引起的次環(huán)流
并不存在。由科里奧里力作用引起截面上二次流需
要相當(dāng)長(zhǎng)的通道(L/D>200),而電機(jī)中實(shí)際空氣
流道并不滿(mǎn)足這一條件(通常L/D<20),同樣可以
認(rèn)為由科里奧里力作用引起截面的二次流也不存
在。另一方面,當(dāng)流體處于素流區(qū)時(shí),由旋轉(zhuǎn)引
起的沿程阻力變化幾乎可以忽略,局部阻力實(shí)際
上與旋轉(zhuǎn)與否無(wú)關(guān),由此可以忽略旋轉(zhuǎn)引起的附
加阻力,即可以用靜止模型模擬真機(jī)。
基于上述考慮,采用圖15靜態(tài)模型開(kāi)展了磁
極特殊通風(fēng)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究。
圖13采集系統(tǒng)
(2)電機(jī)在正反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的總風(fēng)量比較接近,
相差不到1%,各部位風(fēng)速、風(fēng)量分布相似。
(3)模型折算風(fēng)量值與真機(jī)計(jì)算風(fēng)量值偏差為
5.1%,真機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)量能夠滿(mǎn)足冷卻
需要。
(4)發(fā)電電動(dòng)機(jī)上下風(fēng)道風(fēng)量分配比例為
57.3%:42.7%,與端部損耗分布相適應(yīng)。
(5)定子風(fēng)溝軸向風(fēng)速分布表現(xiàn)為兩端低、中
圖15轉(zhuǎn)子靜態(tài)模型試驗(yàn)研究
間高的規(guī)律,見(jiàn)圖14。
模型上下2個(gè)風(fēng)機(jī)分別用于模擬流經(jīng)磁極端部
300mi
氣流和極間氣流,通過(guò)改變2個(gè)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,可實(shí)
 +350 rmin
 400 rimin
現(xiàn)流經(jīng)磁極極間軸向風(fēng)量和徑向風(fēng)量大小和分配
 -450 rmin
比例的調(diào)節(jié)。
0481216202428
通過(guò)試驗(yàn),得到的主要結(jié)論包括:
定子風(fēng)溝編號(hào)(自上而下
(1)極間設(shè)置擋風(fēng)板后,流經(jīng)磁極背部出風(fēng)孔
圖14定子風(fēng)溝風(fēng)速分布
風(fēng)量、風(fēng)速會(huì)較沒(méi)有擋風(fēng)板增加2倍以上。
(6)端部繞組風(fēng)速折算至真機(jī)為2m/s-7m/s,
(下轉(zhuǎn)第52頁(yè))
46
方零氣評(píng)205.06.2第29卷Vol.29總第114期
件下的抗氣蝕和磨損能力,也可以選擇一次回火,銹鋼的研究,即在13-4鋼基礎(chǔ)上,通過(guò)提高M(jìn)n含
以提高材料的硬度。但材料的硬度太高,對(duì)焊接量并調(diào)整熱處理工藝來(lái)提高材料的硬度。但目前這
性能不利,因此在具體應(yīng)用時(shí)需根據(jù)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)2種方案在成分設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)上都還不能滿(mǎn)足實(shí)
和服役環(huán)境來(lái)綜合考慮。
際應(yīng)用要求,需要進(jìn)一步研究。
3轉(zhuǎn)輪材料的繼續(xù)探索
參考文獻(xiàn):
r-ni-mo馬氏體不銹鋼的出現(xiàn),將水輪機(jī)轉(zhuǎn)【柳偉,等清水和含沙水中2siMn和rl3M鋼的空
輪材料帶入一個(gè)新的紀(jì)元,為大水電的開(kāi)發(fā)奠定【2]立3N5M銹鋼鑄件微觀(guān)組織的數(shù)值模擬
鋼鐵研究學(xué)報(bào),2003,15(4):51-69
電設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的進(jìn)步。盡管如此,Cr-ni-o馬氏體3]李殿忠,等三峽700MW級(jí)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪不銹鋼鑄件材料及
不銹鋼在應(yīng)用中還是面臨一些問(wèn)題,其中主要是
熱加工工藝研究與標(biāo)準(zhǔn)化
抗磨蝕問(wèn)題。雖然比普通碳鋼有了飛躍進(jìn)步,但【4劉曉婷,鋼的馬氏體相變]西安航空技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)
報(bào),2002,20(3):57-59
磨蝕依然存在,導(dǎo)致水電機(jī)組在運(yùn)行數(shù)年左右就[5]歌承偉,等 ZGOCRI3NI4MO馬氏體不銹鋼研制[]物理測(cè)
必須對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行停機(jī)修整。因此,進(jìn)一步提高材
試,1992(4):13-25
料的抗磨蝕能力是今后研究的方向。目前的研究【6]王長(zhǎng)娃多泥沙高水頭電站水輪機(jī)生產(chǎn)技術(shù)措施和材料選擇
集中在2個(gè)方面:
].西北水力發(fā)電,2005(1):7-10
(1)表面改性技術(shù)。在原有材料基礎(chǔ)上,通過(guò)【7]慧仙國(guó)外大型混流式轉(zhuǎn)輪的制造],大型件,199
(21):96-
10
表面改性,例如通過(guò)表面噴涂高硬度的耐磨層8]馬熱處理對(duì)OC3 3N4 MOMO馬氏體不銹鋼組織和性能的
提高表面硬度,從而提高磨蝕能力。但是表面硬
影響[J]特殊鋼,1995.16(5):19-2
化層與基體的結(jié)合強(qiáng)度上目前還不是很令人滿(mǎn)意,【9]馬貴興,等大型水輪機(jī)用16NI5MO不銹鋼的性能研
長(zhǎng)期沖蝕下存在脫落現(xiàn)象,還需進(jìn)一步改進(jìn)。
究[]大電機(jī)技術(shù)19973):33-40(+47)
(2)基體強(qiáng)化技術(shù)。進(jìn)一步增強(qiáng)材料基體的抗10]馬貴興,等16-5不銹鋼的成分和組織性能及應(yīng)用,大
磨蝕能力,基本的思路是提高材料的硬度,并保持
電機(jī)技術(shù),199):34用
較好的塑形和韌性。目前的研究方向有2個(gè):一
]李新亞,等我國(guó)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪用不銹鋼材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨
勢(shì)[C],第九屆中國(guó)鑄造學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,沈陽(yáng):東北大學(xué)
是16-5PH鋼的研究,在16-5鋼基礎(chǔ)上,添加V和
出版社,1997
N形成沉淀硬化型不銹鋼;另一個(gè)是Cr-i-Mn不
→→→→
(上接第47頁(yè))
(2)增加極間擋板后,定子風(fēng)溝風(fēng)速軸向分布
均勻性會(huì)略有下降,主要是由于增加極間擋風(fēng)板參考文獻(xiàn):
后,流經(jīng)極間中部風(fēng)量有所增加,導(dǎo)致定子風(fēng)溝]吳玉林,陳慶光,劉樹(shù)紅通風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)[M]北京:清
中部風(fēng)速有所增大,中間高、兩端低分布現(xiàn)象更華大學(xué)出版社,201
加明顯。
[2]舜年,大型電機(jī)的發(fā)熱與冷卻[M].北京:科學(xué)出版社,1992
3]汪小芳水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)阻網(wǎng)絡(luò)解析法[J]浙江水
7結(jié)語(yǔ)
利科技,2011(6):21-22
 [4] FLUENT Doc
 ation[ M]. FLUENT Ine 2006
東方電機(jī)在某大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)[5]付敏,李偉力,張東,水輪發(fā)電機(jī)氣隙內(nèi)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)
和冷卻系統(tǒng)研究方面所開(kāi)展的工作,使通風(fēng)結(jié)構(gòu)
計(jì)算[]哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,35(9):1131-1132
和冷卻系統(tǒng)較以前有了較大改進(jìn)與完善。通過(guò)這[6孟大偉,周美蘭,郭海訓(xùn)大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三維溫度場(chǎng)
些工作,開(kāi)發(fā)了適應(yīng)于大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)的通
計(jì)算[]大電機(jī)技術(shù)。2001(4):5-8
機(jī)轉(zhuǎn)子流
風(fēng)冷卻系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子磁極繞組特殊冷卻結(jié)構(gòu),并為(7]路義大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子流場(chǎng)與溫度場(chǎng)數(shù)值模
后續(xù)更大容量發(fā)電電動(dòng)機(jī)研制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
擬[R],哈爾濱理工大學(xué)博士后研究工作報(bào)告2007:41-45
文中所述的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)已成功應(yīng)用于該8](日)江守一郎模型試驗(yàn)的理論和應(yīng)用M],北京:科學(xué)出版
社,1984
300MW發(fā)電電動(dòng)機(jī)上,機(jī)組通過(guò)了滿(mǎn)負(fù)荷熱穩(wěn)定9]V、 Kotrba.電機(jī)徑向通風(fēng)溝的氣流和傳熱[J]國(guó)外大電機(jī)
運(yùn)行的考驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:該發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)1992(2)
冷卻系統(tǒng)性能良好。
52

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