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简析大型灯泡贯流式水轮发电机的特点(一)
时间:2019-12-07 17:41

我们现在来为大家介绍大型灯泡贯流式水轮发电机的特点,在大型灯泡贯流式水轮发电机中,水轮机具有比转速高、单位过流量大、空化系数小、效率高等优点,为广泛应用于开发低水头水利资源的良好机型,在我国有着广阔的市场前景。
 

简析大型灯泡贯流式水轮发电机的特点(一)

 

然而由于受低水头和灯泡比的限制,发电机的直径小、电磁负荷高,与常规水轮发电机相比,散热条件相当恶劣;同时电机的主要尺寸比较大,使得整个电机的风路压降大,通风冷却困难。

 

为了解决好灯泡贯流式水轮发电机高电磁负荷产生的大量热损耗与体积小且细长电机的不利冷却条件之间的突出矛盾,本文提出了一种新的数学模型,并对大型灯泡式水轮发电机的通风与发热问题进行了分析与计算研究。

 

风路计算模型大型灯泡贯流式水轮发电机在冷却方式上采用二次循环冷却方式,即发电机的损耗通过热传导、表面散热传递给冷却空气,再通过常规冷却器对带有电机热量的冷却空气进行冷却,将电机热量传递给冷却器的冷却水,最后获得热量的冷却水通过冷却套将电机热量传递给河水。

 

在其混合通风系统中,定转子铁心有径向通风沟,且定子铁心为不贴壁结构,定子铁心与机座间有通风道,系统中的风压元件主要是鼓风机。

 

由于在大型灯泡贯流式水轮发电机的混合通风系统中增加了鼓风机等风压元件,导致各风压元件产生的风压对电机的通风冷却影响较大,本文提出了一种含有风压源复杂结构风路的新颖闭环迭代解法,其风路计算的基本原理如下:根据风量连续性原理,流入任何一个节点的所有风量的代数和等于零,即沿任何闭合回路各支路风压降的代数和等于大电机技术零,即根据上述原理,考虑风路中含有风压源时,风压元件将改变各支路分量的分配和风压降的大小,经推证其网孔风量为热路计算模型本文采用等效热路法来计算大型灯泡贯流式水轮发电机的温升。

 

简化了电机的二维热传导过程,将薄板内的二维热流视为在研究方向受到阻力的两个一维热流相互作用的结果;合成热流在自己方向上受到的阻力,被看为两个一维热流方向阻力的迭加。

 

为了便于计算,假定发电机定子与转子间无热交换,发电机内部的各热源均匀分布,以径向通风沟为界,分段进行分析计算。下面以定子等效热路为例,说明通风系统的特点:定子铁心存在径向通风沟,故在径向通风沟图灯泡贯流式水轮发电机混合通风系统气流循环原理图图灯泡贯流式水轮发电机混合通风系统风路模型图之间,每段铁心热量与线圈绕组热量的大部分将由铁心两侧的径向通风沟中的冷却空气带走;电机的机壳不再具有散热的作用,从铁心外圆流出的热量,将全部由铁心背部通风沟内的冷却介质带走;电机的损耗将全部由冷却气体带走。根据混合通风式电机的具体散热方式,建立发电机定子各段的等效热路模型,如图所示。

 

图灯泡贯流式水轮发电机混合通风定子等效热路图大型灯泡贯流式水轮发电机的通风与温升图中主要符号的物理意义如下:各热源:用损耗表示,其中为定子轭部损耗;为定子齿部损耗;为每段铁心槽内铜耗;为端部损耗或通风沟内绕组损耗。

 

各温度:为各段铁心背部气体平均温度;为各段径向通风沟轭部气体平均温度;为各段径向通风沟轭部气体平均温度;为各段气隙平均温度;为各段径向通风沟齿部气体平均温度;为各段径向通风沟齿部气体平均温度。

 

各热阻:为定子轭与背部通风沟间的热阻;为定子轭部与径向通风沟间的热阻而成;为轭齿间传热热阻串联而成;为齿部与气隙间热阻;为定子齿部与径向通风沟间的热阻;为定子线圈切向绝缘热阻;为定子线圈径向绝缘和槽楔热阻;为定子槽部线圈与通风沟内端部线圈间热阻;为径向通风沟内端部线圈对空气的热阻串联而成。

 

有限元温度场计算模型本文采用有限元法对大型灯泡贯流式水轮发电机定转子三维温度场进行分析与计算。电机稳态运行时,其内部的三维热传导方程为:式中:为温度,分别为方向的导热为热源密度。