带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法技术

本发明专利技术提供了一种带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法，属于汽轮发电机性能检测技术领域。建立发电机转子温度场计算模型；计算发电机转子的铜耗和铁耗；根据所述铜耗和铁耗，结合所述发电机转子温度场计算模型，利用有限体积法确定所述发电机转子运行的温度场，获取平均温度以及通风沟的风口温度；根据所述平均温度重新计算发电机转子的铜耗，并结合所述风口温度利用有限体积法进行迭代计算，直至平均温度与计算铜耗的温度值的差值小于设定阈值。本发明专利技术极大的提高了带有轴向通风沟的汽轮发电机转子的三维温度场的计算精度，得到更符合实际运行的温度场分布。

【技术实现步骤摘要】
带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法
本专利技术涉及汽轮发电机转子性能检测
，具体涉及一种带有轴向通风沟的大型核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法。
技术介绍
大型汽轮发电机的转子通风系统主要有副槽通风、气隙取气和轴向通风两类，而副槽通风和气隙取气通风型式具有结构复杂但转子温升均匀的特点，而轴向通风型式具有结构简单但热不平衡系数高的特点。由于具有轴向通风型式的转子绕组温度分布不均匀，热点温度和平均温度受铜损耗计算值的影响较大。汽轮发电机是电网的主要装备之一，是电能的直接生产者，约80％的电能由汽轮发电机产生。而核电汽轮发电机的造价多达上亿元，其安全发电也直接关系着很大一片区域的稳定用电，因此，保证汽轮发电机的正常运行，直接或间接的关系着国民经济的健康发展。如果忽略绕组铜损耗的温度值的影响，在较大的热不平衡系数的影响下，难以准确计算出转子的温度分布。由于大型汽轮发电机的转子热点温度难以实测，准确计算转子温度场是评估发电机安全运行的办法之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑了绕组铜耗对温度的影响，在较大热不平衡系数的影响下可准确计算转子温度场分布的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法，以解决上述
技术介绍
中存在的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：本专利技术提供的一种带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法，该方法包括如下流程步骤：步骤S110：建立发电机转子温度场计算模型；步骤S120：计算发电机转子的铜耗和铁耗；步骤S130：根据所述铜耗和铁耗，结合所述发电机转子温度场计算模型，利用有限体积法确定所述发电机转子运行的温度场，获取平均温度以及通风沟的风口温度；步骤S140：根据所述平均温度重新计算发电机转子的铜耗，并结合所述风口温度利用有限体积法进行迭代计算，直至平均温度与计算铜耗的温度值的差值小于设定阈值。进一步的，所述步骤S110具体包括：根据汽轮发电机的实际结构和尺寸，建立发电机转子温度场的三维实体模型；对所述三维实体模型进行网格划分，建立对应的发电机转子温度场计算模型；所述发电机转子温度场计算模型包括转子铁芯、绕组内铜排、匝间绝缘、主绝缘、槽楔、通风沟和垫块；所述转子铁芯包含转子齿，相邻的所述转子齿为不等间距的弧形结构，两相邻的弧形结构之间有长方体槽，所述长方体槽内设有绕组，所述的绕组包含铜排、匝间绝缘、主绝缘和槽楔，所述铜排和所述匝间绝缘交替排列在所述长方体槽内，所述槽楔排列在靠近长方体槽的槽口的铜排上侧，主绝缘排列在铜排、匝间绝缘和槽楔的外侧，与转子齿相抵触，所述通风沟中流通有氢冷流体，所述通风沟在出口区域有垫块来使所述氢冷流体从径向出风口流出。进一步的，所述步骤S120具体包括：所述铁耗包括基本铁耗和附加铁耗，设定铜耗和铁耗计算的初始计算温度，根据损耗计算方程，基于电磁场理论方法计算出铜耗和基本铁耗；所述附加铁耗包括定子磁场高次谐波在转子表面产生的短路损耗、定子齿谐波在转子表面产生的短路损耗、定子齿谐波在转子表面产生的空载损耗以及转子与氢冷流体的摩擦损耗。进一步的，其特征在于，所述附加铁耗的计算方法具体包括：其中，Q2SH表示附加铁耗，Q2vK表示定子磁场高次谐波在转子表面产生的短路损耗，Q2zK表示定子齿谐波在转子表面产生的短路损耗，Q2zo表示定子齿谐波在转子表面产生的空载损耗，Q2H表示转子与氢冷流体的摩擦损耗；其中，表示定子磁场高次谐波在转子表面产生损耗的计算系数，AS1表示定子线负荷，Kδ表示气隙系数，δ表示单边气隙，Di表示定子铁芯内径，p为磁场极对数，l2表示转子本体长度，f表示转子旋转频率；其中，表示定子齿谐波在转子表面产生损耗的计算系数，Z1表示定子槽数；其中，Bδ表示气隙中的磁通密度，Kδn表示定子槽的气隙系数，lef表示定子铁心净长度；其中，D2表示转子外径，PH表示氢冷流体的压强，PHO表示电机中的正常氢压。进一步的，所述步骤S130具体包括：对发电机转子温度场计算模型进行计算，分别计算出所述发电机转子温度场计算模型的传热方程、边界面和进出口。进一步的，所述传热方程的计算如下：对所述发电机转子温度场计算模型，采用标准流固耦合k-ε模型模拟湍流方程，利用标准流固耦合k-ε模型模拟湍流方程如下：式中，k为湍流动能，ε为扩散因子，ρ为流体密度，V为流体速度矢量，t为时间，Gk为紊流产生率，ut为紊流粘性系数，G1ε、G2ε为常量，σk和σε为紊流普朗克常数；所述利用标准流固耦合k-ε模型模拟湍流方程满足以下条件：质量守恒方程：动量守恒方程：能量守恒方程：其中，vr为相对速度矢量，r为转动坐标系中的微元体的位置矢量，p为作用于空气微元体上的静压力，τ为因分子粘性作用而产生的作用于微元体表面的粘性应力，ρ(2Ω×vr+Ω×Ω×r)为科里奥里力，F为微元体上的体积力，T为温度，v为绝对速度，λ为导热系数，c为定压比热，Sr为单位体积内热源产生的热量与c的比值；所述发电机转子温度场采用流-固耦合方法计算，则发电机转子温度场的传热方程为：式中，λx、λy、λz分别是不同方向上的传热系数；qV为内部热源密度。进一步的，所述边界面包括散热面和绝热面；所述边界面和进出口在所述发电机转子温度场计算模型的边界条件满足：在所述发电机转子温度场计算模型中，所述绝热面满足：式中，T是物体的温度，n是边界法向量；所述散热面满足：式中，λ为导热系数，α为散热系数，Tf为周围环境温度；所述进出口满足入口压力边界和出口压力边界的给定条件，所述入口压力和所述出口压力根据所述汽轮发电机的生产实验值确定。进一步的，所述步骤S140具体包括：根据所述传热方程、边界面和进出口，得出转子温度分布规律，根据转子绕组的平均温度，对转子铜损耗的热密值进行计算，重新附加至转子绕组，并附加第一次计算出的转子出风口的风温，进行温度场计算，直至计算转子铜损耗的热密值与转子温度场计算出绕组的平均温度相差小于预先设定的阈值，从而得出精度更高的转子温度场。本专利技术有益效果：通过构建转子的温度场计算模型，利用有限体积法，分析计算转子正常运行时的温度场，得出了转子的温度分布，尤其是转子的绕组的平均温度、最高温度和通风沟出风口的风温，由于转子平均温度与计算热流密度采用的温度值不一致，利用计算出的平均温度对热流密度进行重新计算，并附加新的热流密度和转子通风沟出风口的风温，进行温度场的第一次迭代，迭代至采用有限体积方法计算出的温度值与计算热流密度的温度值基本一致，有效的提高了温度场的计算精度，使热不平衡系数较大的电机的计算结果更加符合实际，对工程实际具有指导性。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所述的带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法流程图。图2为本专利技术实施例所述的带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场计算模型结构图。图3为本专利技术实施例所述的带有通风沟的核电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法，其特征在于，包括如下流程步骤：步骤S110：建立发电机转子温度场计算模型；步骤S120：计算发电机转子的铜耗和铁耗；步骤S130：根据所述铜耗和铁耗，结合所述发电机转子温度场计算模型，利用有限体积法确定所述发电机转子运行的温度场，获取平均温度以及通风沟的风口温度；步骤S140：根据所述平均温度重新计算发电机转子的铜耗，并结合所述风口温度利用有限体积法进行迭代计算，直至平均温度与计算铜耗的温度值的差值小于设定阈值。

【技术特征摘要】
1.一种带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法，其特征在于，包括如下流程步骤：步骤S110：建立发电机转子温度场计算模型；步骤S120：计算发电机转子的铜耗和铁耗；步骤S130：根据所述铜耗和铁耗，结合所述发电机转子温度场计算模型，利用有限体积法确定所述发电机转子运行的温度场，获取平均温度以及通风沟的风口温度；步骤S140：根据所述平均温度重新计算发电机转子的铜耗，并结合所述风口温度利用有限体积法进行迭代计算，直至平均温度与计算铜耗的温度值的差值小于设定阈值。2.根据权利要求1所述的带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法，其特征在于，所述步骤S110具体包括：根据汽轮发电机的实际结构和尺寸，建立发电机转子温度场的三维实体模型；对所述三维实体模型进行网格划分，建立对应的发电机转子温度场计算模型；所述发电机转子温度场计算模型包括转子铁芯、绕组内铜排、匝间绝缘、主绝缘、槽楔、通风沟和垫块；所述转子铁芯包含转子齿，相邻的所述转子齿为不等间距的弧形结构，两相邻的弧形结构之间有长方体槽，所述长方体槽内设有绕组，所述的绕组包含铜排、匝间绝缘、主绝缘和槽楔，所述铜排和所述匝间绝缘交替排列在所述长方体槽内，所述槽楔排列在靠近长方体槽的槽口的铜排上侧，主绝缘排列在铜排、匝间绝缘和槽楔的外侧，与转子齿相抵触，所述通风沟中流通有氢冷流体，所述通风沟在出口区域有垫块来使所述氢冷流体从径向出风口流出。3.根据权利要求2所述的带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法，其特征在于，所述步骤S120具体包括：所述铁耗包括基本铁耗和附加铁耗，设定铜耗和铁耗计算的初始计算温度，根据损耗计算方程，基于电磁场理论方法计算出铜耗和基本铁耗；所述附加铁耗包括定子磁场高次谐波在转子表面产生的短路损耗、定子齿谐波在转子表面产生的短路损耗、定子齿谐波在转子表面产生的空载损耗以及转子与氢冷流体的摩擦损耗。4.根据权利要求3所述的带有通风沟的核电汽轮发电机转子温度场分布计算方法，其特征在于，所述附加铁耗的计算方法具体包括：其中，Q2SH表示附加铁耗，Q2vK表示定子磁场高次谐波在转子表面产生的短路损耗，Q2zK表示定子齿谐波在转子表面产生的短路损耗，Q2zo表示定子齿谐波在转子表面产生的空载损耗，Q2H表示转子与氢冷流体的摩擦损耗；其中，表示定子磁场高次谐波在转子表面产生损耗的计算系数，AS1表示定子线负荷，Kδ表示气隙系数，δ表示单边气隙，Di表示定子铁芯内径，p为磁场极对数，l2表示转子本体长度，f表示转子旋转频率；其中，表示定子齿谐波在转子表面产生损耗的计算系数，Z1表示定子槽数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟力，苏营，熊斌，王蒲瑞，刘文茂，李勇，罗应力，曹君慈，李栋，张晓晨，薛易，徐在德，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11