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臥式水輪發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)研究

文檔作者：時新鵬孫偉平王偉肖勁飛文檔來源：杭州杭發(fā)發(fā)電設(shè)備有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月10日
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技術(shù)交流
 SMALL HYDRO POWER 2012 No6, Total No168
臥式水輪發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)研究
時新鵬孫偉平王偉肖勁飛(杭州杭發(fā)發(fā)電設(shè)備有限公司浙江杭州311201)
【摘要】使用 UG NX CFD模塊對臨安水濤莊電站1000kW臥式水輪發(fā)電機組進行通風(fēng)系統(tǒng)模擬仿真,得到電機三維流
場和壓力場。分析研究表明用 UG NX CFD模塊能夠準(zhǔn)確地模擬發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)的三維流場分布,發(fā)現(xiàn)電機通風(fēng)系統(tǒng)存在的
渦流現(xiàn)象,該分析可為舊機組改造和電機通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化提供參考依據(jù)。圖7幅
【關(guān)鍵詞】臥式水輪發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)三維流場分析通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化
1概述
通風(fēng)系統(tǒng)是發(fā)電機最關(guān)鍵的部分之一,據(jù)統(tǒng)計
資料表明,水輪發(fā)電機的通風(fēng)損耗約占總損耗的
20%~30%,直接影響發(fā)電機的效率。因此,一個
好的通風(fēng)系統(tǒng),應(yīng)能產(chǎn)生足夠的冷卻風(fēng)量、均勻的
冷卻效果和最小的通風(fēng)損耗,并且結(jié)構(gòu)簡單、安全
可靠、安裝檢修方便。同時,良好的通風(fēng)系統(tǒng)也能
改善發(fā)電機性能和提高發(fā)電機效率。
圖1通風(fēng)系統(tǒng)物理模型
以往發(fā)電機設(shè)計時,通常是基于經(jīng)驗公式估算
和對比的方法來確定通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),這樣很不準(zhǔn)3通風(fēng)系統(tǒng)三維流場數(shù)值模擬
確,往往會造成發(fā)電機冷卻風(fēng)量不足或風(fēng)量過大。
近年來,隨著計算流體動力學(xué)(CFD)的發(fā)展,傳3.1通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道及數(shù)學(xué)模型
統(tǒng)的設(shè)計模式將被逐步代替。因此,用計算機仿真
水輪發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道圖及等值風(fēng)路圖如下
模擬水輪發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)中三維流場分布,對電機(見圖2、圖3)。
設(shè)計和運行有著重要意義。
2通風(fēng)系統(tǒng)模型的建立
臨安水濤莊電站安裝有2臺臥式水輪發(fā)電機
10目
組,型號為SFW2一J10008/1180。因此,通風(fēng)系
8
13
統(tǒng)物理模型是嚴(yán)格按照水輪發(fā)電機設(shè)計圖紙以空氣
作介質(zhì)建立的。
根據(jù)電機結(jié)構(gòu)的對稱性和直觀性,建立了發(fā)電
機通風(fēng)系統(tǒng)的1/2分析模型(見圖1)。
收稿日期:2012-07-06
作者簡介:時新鵬(1962-),男,工程師,主要從事水輪
發(fā)電機設(shè)計、研發(fā)、優(yōu)化及CAE分析工作。
 Email:1044227058@qq.com
圖2通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道
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小水電2012年第6期(總第168期)
技術(shù)交流
24526782910
3.3通風(fēng)系統(tǒng)模擬結(jié)果
 z1 2 zi3 zi4
CFD可以看作是在流體流動基本方程控制下,
Z15Z16Z17
對流體流動的數(shù)值模擬。通過這種數(shù)值模擬,能得
Z19Z18
到極其復(fù)雜問題流場內(nèi)各點位置上的基本物理量,
圖3通風(fēng)系統(tǒng)等值風(fēng)路
如風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度等的分布,以及旋渦分布特性
(見圖4、圖5)。由此可知整個過程為:從端部進
通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道介紹:入口風(fēng)路1、2、3相串
風(fēng),經(jīng)過定子和端部風(fēng)道,從定子下端出風(fēng)口流出。
聯(lián);流過磁極、氣隙、定子通風(fēng)溝等的風(fēng)路4~10
為第一風(fēng)路;流過定子壓板的15~17為第二風(fēng)路;
流過線圈端部的11~14為第三風(fēng)路;三路風(fēng)道并
聯(lián)后與流過定子機座風(fēng)道18相串聯(lián);外風(fēng)路19再
把入口風(fēng)路1與18相串聯(lián)構(gòu)成循環(huán)。
電機穩(wěn)態(tài)運行時,其內(nèi)部的三維流場控制方程
如下:
)+; (
() a (@)
 ar
 Tiar-C.
(1)
圖4通風(fēng)系統(tǒng)流線
 axj
(2)
式中,K為脈動動能;W=E/CK為單位能量
的耗散率;μ=pCk2/為素流粘性系數(shù);t為時
間;x為位置矢量;v1、v為速度分量;
C、y、B為常量系數(shù);1為雷諾應(yīng)力張量;為
流體的運動粘度;p為流體的密度。
公式(1)、(2)離散后即得各點的風(fēng)速及壓力
值。進出風(fēng)口的風(fēng)量計算:
 Q=S
(3)
n
式中,S為進風(fēng)口面積;V為每節(jié)點風(fēng)速;n
圖5電機端部流線
為節(jié)點數(shù)。
3.2通風(fēng)系統(tǒng)模擬的邊界條件
從圖4測出進出口平均風(fēng)速分別為2.49m/s和
該發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)為空氣,忽略浮7.51/s,進出口面積分別為0.6m2和0.22m2;那
力影響?？諝獾牧魉龠h小于聲速,可以不計流體的么,進出口風(fēng)量分別為1.49m/s和1.65m3/s出
壓縮性,作為不可壓流體運動來處理。通風(fēng)系統(tǒng)無口風(fēng)量大于進口風(fēng)量,說明空氣進入電機內(nèi)通過旋
外界因素影響,邊界條件自動建立,即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)體加速吸收了能量后流出。從圖5上可看出端部
額定轉(zhuǎn)速(750r/min)。壁摩擦設(shè)為光滑一有摩擦,有回流現(xiàn)象,即端部線圈出來的熱氣流,又回到了
無滑動壁面。對于流體解算類型,采用標(biāo)準(zhǔn)的湍流端部入口處,再次被風(fēng)扇吹入端部線圈中,行成渦
兩方程模型。
流,這也是導(dǎo)致進出口風(fēng)量不等的原因之一。
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技術(shù)交流
 SMALL. HYDRO POWER 2012 N66. Toal No168
4通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化
改進后的通風(fēng)系統(tǒng)進出口平均風(fēng)速分別為
2.88m/s和7.96m/s,風(fēng)量分別為1.73m3/s和
知道了渦流產(chǎn)生的通道,只要把回路隔開,問1.75m3/s,進出口風(fēng)量相差很小,氣流變得流暢。
題就能解決。所以,在擋風(fēng)板內(nèi)側(cè)再安裝1個擋流
板就可以避免端部渦流的產(chǎn)生。改進后的效果較為5模擬值與實測數(shù)據(jù)比較
明顯(見圖6)。從流線圖上可以看出,消除了回
用DT8000熱敏式風(fēng)速儀到電站對SFW2一
流現(xiàn)象,端部線圈出來的熱氣流流向上端,經(jīng)端部1008/110電機進行實測,其進口風(fēng)量為
風(fēng)路穿過定子壓圈窗口流向出風(fēng)口(見圖7),流1.413/s,模擬值進口風(fēng)量為1.49m3/s,誤差為
線圖較直觀地反映了通風(fēng)系統(tǒng)三維流場分布。
5.7%;說明用 UG NX CFD模塊模擬電機通風(fēng)系統(tǒng)
是非常準(zhǔn)確的。
6結(jié)語
1)采用UG NX CFD模塊功能,能夠準(zhǔn)確地模
擬發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部流場分布,為發(fā)電機通風(fēng)設(shè)
計和優(yōu)化提供有效依據(jù)。
2)模擬計算結(jié)果可準(zhǔn)確地得出電機通風(fēng)系統(tǒng)
所需的風(fēng)量,與傳統(tǒng)算法相比,用CFD方法模擬
通風(fēng)系統(tǒng)要準(zhǔn)確得多。
3)本通風(fēng)系統(tǒng)是以SFW2J10008為典型機
進行模擬,其轉(zhuǎn)速為750r/min,電機損耗所必需的
圖6電機端部流線(改進后)
風(fēng)量為0.92m3/s(一半風(fēng)量),經(jīng)驗公式計算結(jié)果
所得風(fēng)量為1.08m3/s(一半風(fēng)量),模擬結(jié)果為
3.91E+004
1.49m3/s,改進后風(fēng)量為1.73m3/s。由此看來
3.58E+004
SFW2-J10008型機組很有必要進行優(yōu)化,以減
3.26E+004
小風(fēng)量、降低風(fēng)耗、提高發(fā)電機效率。
2.93E+004
2.61E+004
參考文獻:
2.28E+004
1]白延年,水輪發(fā)電機設(shè)計與計算[M]北京:機械工業(yè)
1.96+004
出版社,1982
1.63E+004
2]丁舜年大型電機的發(fā)熱與冷卻[M].北京:機械工業(yè)
1.31E+004
出版社,1992水
[3]李桃,燈泡貫流式水輪發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)及定子溫度場
9.84E+003
研究[J]小水電,2011(5)
6.59E+003
[4]王福軍,計算流體動力學(xué)分析[M].北京:清華大學(xué)出
版社,2008
3.34E+003
■
Y9.13e+001
責(zé)任編輯吳昊
圖7通風(fēng)系統(tǒng)流線(改進后)
·40

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