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大型汽轮发电机转子通风冷却研究

作　者: 赵飞飞
导　师: 李隆键
学　校: 重庆大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 汽轮发电机转子定子耦合传热数值模拟
分类号: TM311
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着我国国民经济的快速增长和科学技术的迅速发展，电力需求在不断增加，发电站的建设规模也在不断扩大。因此我国电力工业自二十世纪八十年代起进入大机组、高参数、大电网的阶段。汽轮发电机是发电厂的主要设备之一，是电能的直接生产者，我国约有80%的发电量来自汽轮发电机，所以汽轮发电机的发展在电力工业的发展中占有重要地位。随着汽轮发电机容量的增大和能量密度的提高，转子、定子线圈损耗也在增加，因此会导致绕组的温度升高，甚至会超过允许温度，其组件的可靠性会受到很大的威胁。为此，对发电机冷却系统的研究具有重要意义。本文以某1000MW级大型氢冷汽轮发电机转子、定子为研究对象，建立了一个半轴长转子、定子模型以及定子、转子单元模型。基于计算流体力学原理，运用有限体积法进行三维紊流流-固耦合传热的数值模拟。分析得到了发电机定子风沟的流场结构以及流动阻力性能，得到了相应的阻力系数变化规律，为发电机转子通风冷却模型的建立以及数值分析奠定了基础。同时分析得到了发电机转子内冷却流体沿轴向流动及在转子径向风沟的阻力特性和流量分配情况及同工况下转子内的传热特性和温度场特征，最终为发电机设计和优化提供理论指导依据。研究表明：定子单元阻力特性系数随速度的增大而减小，且几乎随速度二次方关系变化；对于转子单元的单双桥风沟结构，在计算的流量范围内，双桥风沟内壁面平均换热系数比单桥风沟内壁面平均换热系数大100W/(m2.K)左右；半轴长转子的绕组、副槽、气隙温度沿轴向逐渐升高；绕组温度沿径向逐渐升高。本文研究结果最终将为1450MW核能发电机开发设计提供理论指导依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
主要符号说明  8-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究状况  10-12
    1.2.1 国内外汽轮发电机技术现状  10-11
    1.2.2 汽轮发电机通风冷却技术研究现状  11-12
  1.3 汽轮发电机通风冷却系统尚待解决的问题  12
  1.4 研究目的及内容  12-15
    1.4.1 研究目的  12
    1.4.2 研究内容  12-15
2 发电机定子单元阻力特性分析  15-23
  2.1 引言  15
  2.2 定子单元流动的物理数学模型  15-16
  2.3 定子单元流动网格建模  16-17
  2.4 数值方法及收敛策略  17
  2.5 定子单元流场计算结果  17-21
    2.5.1 氢气物性参数计算  17-18
    2.5.2 定子单元流场分析  18-19
    2.5.3 定子单元阻力特性分析  19-21
  2.6 小结  21-23
3 发电机转子单元耦合传热特性分析  23-55
  3.1 引言  23
  3.2 转子单元流动传热的物理数学模型  23-25
  3.3 转子单元网格建模  25
  3.4 双桥风沟结构转子单元耦合传热计算结果  25-38
    3.4.1 材料物性及计算条件  25-26
    3.4.2 双桥结构转子单元流场和温度场  26-32
    3.4.3 双桥结构风沟结构转子单元阻力和传热特性分析  32-38
  3.5 单桥风沟结构转子单元耦合传热计算结果  38-52
    3.5.1 单桥风沟结构  38-40
    3.5.2 单桥结构转子单元流场和温度场  40-46
    3.5.3 单桥风沟结构转子单元阻力和传热特性分析  46-52
  3.6 小结  52-55
4 发电机转子通风冷却特性分析  55-85
  4.1 概述  55
  4.2 发电机转子通风冷却的物理模型  55-57
  4.3 发电机转子通风冷却数值分析方法和技术  57-60
    4.3.1 数学模型  57-59
    4.3.2 网格模型  59
    4.3.3 数值求解  59-60
  4.4 计算结果分析  60-82
    4.4.1 副槽气流入口速度 73.3m/s  60-67
    4.4.2 副槽气流入口速度 65m/s  67-73
    4.4.3 动态和静态工况比较  73-82
  4.5 小结  82-85
5 结论  85-87
致谢  87-89
参考文献  89-93
附录  93

大型汽轮发电机转子通风冷却研究

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