水轮发电机定子流体场和温度场建模方法与冷却结构研究

发布时间：2020-10-30 12:25

　　 大型电机定子流体传热问题与定子绕组换位路径、槽钢、各通风沟间相互影响、槽楔形状与分段等因素密切相关,随着电机温升问题的日益严重,迫切需要对这些因素进行全面考虑,综合分析这些因素对电机温升的影响。本文以一台250MW全空冷水轮发电机为例,对其定子流体传热问题的三维建模方法和定子冷却结构进行设计分析。系统考虑影响电机温度场的多个关键因素,提出了三种定子流体传热模型。用数值法和解析法计算了定子各部分损耗。采用有限体积法对各模型流体场和温度场进行了数值研究,并与实验数据进行对比分析,实验结果验证了所提模型地准确性和合理性。研究结果表明,所提出的分析模型可提高定子温升的计算精度。根据所提定子流体传热模型,分析了冷却空气入射角对定子流体场和温度场的影响,研究了定子铁心段、通风沟的轴向长度和个数及定子槽钢结构等因素对定子流体场的影响。通过分析流体场及其影响因素,提出了三种定子冷却结构,计算了相应结构的定子流体场和温度场,并与原结构对比,揭示了电机定子冷却结构对温升的影响规律。研究结果表明,合理调整定子通风沟和铁心段的数量,可有效降低槽内换位绕组的最高温度。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM312
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 电机内流体研究现状
        1.2.2 电机温度场研究现状
        1.2.3 电机冷却结构研究现状
    1.3 主要研究内容
第2章 定子流体传热问题的三维建模方法研究
    2.1 不同定子流体传热模型
        2.1.1 不同物理模型和传热过程分析
        2.1.2 基本假设
        2.1.3 数学模型和边界条件
    2.2 定子损耗密度计算
        2.2.1 定子绕组每根股线的损耗密度计算
        2.2.2 定子铁心的损耗密度计算
    2.3 不同模型时定子流体场和温度场对比分析
        2.3.1 不同模型时定子通风沟内流体场和温度场对比
        2.3.2 不同模型时定子温度场对比
    2.4 实验验证
    2.5 本章小结
第3章 定子流体场和温度场的影响因素分析
    3.1 冷却空气入射角对定子流体传热的影响
        3.1.1 入射角对定子通风沟内流体速度和温度的影响
        3.1.2 入射角对定子温度场的影响
    3.2 铁心段和通风沟轴向长度对定子流体场影响
        3.2.1 通风沟轴向长度对定子流体场影响
        3.2.2 铁心段轴向长度对定子流体场影响
    3.3 铁心段个数对定子流体场影响
    3.4 槽钢对定子流体场影响
    3.5 本章小结
第4章 空冷水轮发电机定子冷却结构设计与分析
    4.1 定子冷却结构设计
    4.2 不同结构下通风沟内流体场和温度场分析
    4.3 不同结构下定子温度场比对
        4.3.1 定子换位绕组温度场分析
        4.3.2 定子铁心和绝缘温度场分析
        4.3.3 定子槽钢和槽楔温度场分析
    4.4 不同结构下定子流体场和温度场计算结果与分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果
致谢

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本文编号：2862474