大型汽輪發(fā)電機(jī)端部區(qū)域流體流動(dòng)狀態(tài)與熱交換機(jī)理的研究.pdf

1、電能的生產(chǎn)通常是利用發(fā)電裝置將各種一次能源或其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能，發(fā)電方式主要有風(fēng)力發(fā)電、核能發(fā)電、水力發(fā)電、火力發(fā)電、燃料電池發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電以及太陽能發(fā)電等，其中核能發(fā)電和火力發(fā)電是通過汽輪發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能提供給電網(wǎng)使用。汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了我國大約80％的電力能源，可見其在電力系統(tǒng)中占有很重要的地位，汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用前景越來越廣泛。然而，隨著大容量汽輪發(fā)電機(jī)的容量不斷地增加，汽輪發(fā)電機(jī)端部區(qū)域磁密和端部結(jié)構(gòu)件的渦流

2、損耗將會隨之增大，這將導(dǎo)致端部構(gòu)件溫升明顯增加，造成端部區(qū)域局部過熱，嚴(yán)重影響到汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性。因此，研究汽輪發(fā)電機(jī)不同復(fù)雜結(jié)構(gòu)和材料特性對端部區(qū)域流體流動(dòng)狀態(tài)和溫度分布的影響規(guī)律，揭示汽輪發(fā)電機(jī)端部區(qū)域多級風(fēng)扇內(nèi)流體的演變機(jī)理，對提高汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要的意義。
　　本文對大容量汽輪發(fā)電機(jī)定子端部采用不同通風(fēng)結(jié)構(gòu)、不同材料特性對端部區(qū)域內(nèi)流體速度分布和端部構(gòu)件溫度分布的影響開展了研究，對端部區(qū)域內(nèi)多級高

3、效風(fēng)扇內(nèi)的流體分布規(guī)律進(jìn)行了分析，通過實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了三維端部流體與傳熱耦合場計(jì)算方法和計(jì)算結(jié)果的可靠性和正確性。
　　針對汽輪發(fā)電機(jī)復(fù)雜通風(fēng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，建立了多風(fēng)路通風(fēng)系統(tǒng)半個(gè)軸向段汽輪發(fā)電機(jī)的流體網(wǎng)路模型，揭示了汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部各位置流量、壓力以及通風(fēng)損耗的分布情況。在充分考慮三維籃式端部繞組和復(fù)雜端部結(jié)構(gòu)件的基礎(chǔ)上，建立了汽輪發(fā)電機(jī)端部區(qū)域內(nèi)三維流體與傳熱耦合的計(jì)算模型，將流體網(wǎng)絡(luò)計(jì)算得到的端部區(qū)域風(fēng)扇入口速度值和端部各出口壓力

4、值作為汽輪發(fā)電機(jī)三維端部流體與傳熱耦合計(jì)算模型的邊界條件以及汽輪發(fā)電機(jī)端部三維瞬態(tài)電磁場計(jì)算得到的端部各構(gòu)件損耗值作為熱源，對端部區(qū)域三維復(fù)雜流體場和溫度場進(jìn)行了耦合計(jì)算。揭示了汽輪發(fā)電機(jī)端部區(qū)域內(nèi)復(fù)雜流體速度、流體溫度、端部各構(gòu)件表面流體速度分布情況以及端部各構(gòu)件的溫度分布規(guī)律。將發(fā)電機(jī)端部區(qū)域內(nèi)耦合場計(jì)算得到的銅屏蔽溫度結(jié)果與銅屏蔽的實(shí)測值進(jìn)行了比較，誤差滿足工程要求，驗(yàn)證了邊界條件的合理性和計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。
　　基于數(shù)值傳

5、熱學(xué)以及計(jì)算流體力學(xué)理論，研究了汽輪發(fā)電機(jī)端部區(qū)域內(nèi)定子端部繞組絕緣和端部各構(gòu)件表面散熱系數(shù)的分布規(guī)律。揭示了定子端部繞組水管入口冷卻水參數(shù)的變化對端部區(qū)域各構(gòu)件溫度的影響，給出了定子端部繞組水管內(nèi)水速的合理取值。探究了汽輪發(fā)電機(jī)端部區(qū)域風(fēng)扇入口流量和風(fēng)扇入口溫度變化對端部區(qū)域流體速度、端部構(gòu)件最高溫度和平均溫度的影響。
　　研究了汽輪發(fā)電機(jī)端部通風(fēng)結(jié)構(gòu)的變化對發(fā)電機(jī)端部區(qū)域各進(jìn)出口流量、出口壓力、端部區(qū)域內(nèi)流體速度以及端部各構(gòu)件

6、溫度的影響，揭示了端部通風(fēng)構(gòu)件氣隙隔板高度的變化對銅屏蔽內(nèi)圓區(qū)域表面散熱系數(shù)分布規(guī)律的影響，給出了有效降低端部構(gòu)件溫度的合理氣隙隔板高度和擋風(fēng)隔板寬度的尺寸。研究了不同空實(shí)心銅屏蔽結(jié)構(gòu)對端部區(qū)域內(nèi)流體速度和端部各構(gòu)件溫度的影響，給出了優(yōu)化的空實(shí)心銅屏蔽結(jié)構(gòu)對降低銅屏蔽溫升的貢獻(xiàn)程度。探究了不同壓圈磁導(dǎo)率下銅屏蔽、壓圈、壓指和定子端部繞組等端部構(gòu)件的溫度變化規(guī)律。
　　基于計(jì)算流體力學(xué)理論，建立了汽輪發(fā)電機(jī)端部區(qū)域內(nèi)多級風(fēng)扇的數(shù)學(xué)模