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            卧式水轮发电机通风系统研究

            文档作者: 时新鹏 孙伟平 王伟 肖劲飞        文档来源: 杭州杭发发电设备有限公司
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            更新时间: 2021年01月10日
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            Evaluation Only. Created with Aspose. PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 技术交流 SMALL HYDRO POWER 2012 No6, Total No168 卧式水轮发电机通风系统研究 时新鹏孙伟平王伟肖劲飞(杭州杭发发电设备有限公司浙江杭州311201) 【摘要】使用 UG NX CFD??槎粤侔菜巫缯?000kW卧式水轮发电机组进行通风系统模拟仿真,得到电机三维流 场和压力场。分析研究表明用 UG NX CFD??槟芄蛔既返啬D夥⒌缁ǚ缦低车娜鞒》植?发现电机通风系统存在的 涡流现象,该分析可为旧机组改造和电机通风系统设计优化提供参考依据。图7幅 【关键词】卧式水轮发电机通风系统三维流场分析通风系统优化 1概述 通风系统是发电机最关键的部分之一,据统计 资料表明,水轮发电机的通风损耗约占总损耗的 20%~30%,直接影响发电机的效率。因此,一个 好的通风系统,应能产生足够的冷却风量、均匀的 冷却效果和最小的通风损耗,并且结构简单、安全 可靠、安装检修方便。同时,良好的通风系统也能 改善发电机性能和提高发电机效率。 图1通风系统物理模型 以往发电机设计时,通常是基于经验公式估算 和对比的方法来确定通风系统结构,这样很不准3通风系统三维流场数值模拟 确,往往会造成发电机冷却风量不足或风量过大。 近年来,随着计算流体动力学(CFD)的发展,传3.1通风系统风道及数学模型 统的设计模式将被逐步代替。因此,用计算机仿真 水轮发电机通风系统风道图及等值风路图如下 模拟水轮发电机通风系统中三维流场分布,对电机(见图2、图3)。 设计和运行有着重要意义。 2通风系统模型的建立 临安水涛庄电站安装有2台卧式水轮发电机 10目 组,型号为SFW2一J10008/1180。因此,通风系 8 13 统物理模型是严格按照水轮发电机设计图纸以空气 作介质建立的。 根据电机结构的对称性和直观性,建立了发电 机通风系统的1/2分析模型(见图1)。 收稿日期:2012-07-06 作者简介:时新鹏(1962-),男,工程师,主要从事水轮 发电机设计、研发、优化及CAE分析工作。 Email:1044227058@qq.com 图2通风系统风道 38 Evaluation Only. Created with Aspose. PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 小水电2012年第6期(总第168期) 技术交流 24526782910 3.3通风系统模拟结果 z1 2 zi3 zi4 CFD可以看作是在流体流动基本方程控制下, Z15Z16Z17 对流体流动的数值模拟。通过这种数值模拟,能得 Z19Z18 到极其复杂问题流场内各点位置上的基本物理量, 图3通风系统等值风路 如风速、风压、温度等的分布,以及旋涡分布特性 (见图4、图5)。由此可知整个过程为:从端部进 通风系统风道介绍:入口风路1、2、3相串 风,经过定子和端部风道,从定子下端出风口流出。 联;流过磁极、气隙、定子通风沟等的风路4~10 为第一风路;流过定子压板的15~17为第二风路; 流过线圈端部的11~14为第三风路;三路风道并 联后与流过定子机座风道18相串联;外风路19再 把入口风路1与18相串联构成循环。 电机稳态运行时,其内部的三维流场控制方程 如下: )+; ( () a (@) ar Tiar-C. (1) 图4通风系统流线 axj (2) 式中,K为脉动动能;W=E/CK为单位能量 的耗散率;μ=pCk2/为素流粘性系数;t为时 间;x为位置矢量;v1、v为速度分量; C、y、B为常量系数;1为雷诺应力张量;为 流体的运动粘度;p为流体的密度。 公式(1)、(2)离散后即得各点的风速及压力 值。进出风口的风量计算: Q=S (3) n 式中,S为进风口面积;V为每节点风速;n 图5电机端部流线 为节点数。 3.2通风系统模拟的边界条件 从图4测出进出口平均风速分别为2.49m/s和 该发电机通风系统的冷却介质为空气,忽略浮7.51/s,进出口面积分别为0.6m2和0.22m2;那 力影响??掌牧魉僭缎∮谏?可以不计流体的么,进出口风量分别为1.49m/s和1.65m3/s出 压缩性,作为不可压流体运动来处理。通风系统无口风量大于进口风量,说明空气进入电机内通过旋 外界因素影响,边界条件自动建立,即转子转速为转体加速吸收了能量后流出。从图5上可看出端部 额定转速(750r/min)。壁摩擦设为光滑一有摩擦,有回流现象,即端部线圈出来的热气流,又回到了 无滑动壁面。对于流体解算类型,采用标准的湍流端部入口处,再次被风扇吹入端部线圈中,行成涡 两方程模型。 流,这也是导致进出口风量不等的原因之一。 39 Evaluation Only. Created with Aspose. PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 技术交流 SMALL. HYDRO POWER 2012 N66. Toal No168 4通风系统的优化 改进后的通风系统进出口平均风速分别为 2.88m/s和7.96m/s,风量分别为1.73m3/s和 知道了涡流产生的通道,只要把回路隔开,问1.75m3/s,进出口风量相差很小,气流变得流畅。 题就能解决。所以,在挡风板内侧再安装1个挡流 板就可以避免端部涡流的产生。改进后的效果较为5模拟值与实测数据比较 明显(见图6)。从流线图上可以看出,消除了回 用DT8000热敏式风速仪到电站对SFW2一 流现象,端部线圈出来的热气流流向上端,经端部1008/110电机进行实测,其进口风量为 风路穿过定子压圈窗口流向出风口(见图7),流1.413/s,模拟值进口风量为1.49m3/s,误差为 线图较直观地反映了通风系统三维流场分布。 5.7%;说明用 UG NX CFD??槟D獾缁ǚ缦低?是非常准确的。 6结语 1)采用UG NX CFD??楣δ?能够准确地模 拟发电机通风系统内部流场分布,为发电机通风设 计和优化提供有效依据。 2)模拟计算结果可准确地得出电机通风系统 所需的风量,与传统算法相比,用CFD方法模拟 通风系统要准确得多。 3)本通风系统是以SFW2J10008为典型机 进行模拟,其转速为750r/min,电机损耗所必需的 图6电机端部流线(改进后) 风量为0.92m3/s(一半风量),经验公式计算结果 所得风量为1.08m3/s(一半风量),模拟结果为 3.91E+004 1.49m3/s,改进后风量为1.73m3/s。由此看来 3.58E+004 SFW2-J10008型机组很有必要进行优化,以减 3.26E+004 小风量、降低风耗、提高发电机效率。 2.93E+004 2.61E+004 参考文献: 2.28E+004 1]白延年,水轮发电机设计与计算[M]北京:机械工业 1.96+004 出版社,1982 1.63E+004 2]丁舜年大型电机的发热与冷却[M].北京:机械工业 1.31E+004 出版社,1992水 [3]李桃,灯泡贯流式水轮发电机通风系统及定子温度场 9.84E+003 研究[J]小水电,2011(5) 6.59E+003 [4]王福军,计算流体动力学分析[M].北京:清华大学出 版社,2008 3.34E+003 ■ Y9.13e+001 责任编辑吴昊 图7通风系统流线(改进后) ·40
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