CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題

1

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題


1

汽輪發電機的原理及結構

汽輪發電機是一種交流電機,是同步發電機的一種,其轉子的轉速n(r/min)與電網頻率f(Hz)之間有著恒定的比例關系,即n = 60f/p,式中 p—電機的極對數。
汽輪發電機由汽輪機驅動,由 “鍋爐”產生的過熱蒸汽進入汽輪機內膨脹做功,使葉片轉動而帶動發電機發電,做功后的廢汽經凝汽器、循環水泵、凝結水泵、給水加熱裝置等送回鍋爐循環使用。

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖1

  • 轉子旋轉時,轉子鐵心與定子鐵心形成磁場回路, 旋轉磁場的磁力線切割定子線圈而產生感應電勢即電壓,該感應電勢通過主引線輸出,與變壓器、電網相連接,即將機械能轉為電能可以向千家萬戶供電

  • 定子繞組是發電機的核心部分

  • 轉子繞組為產生磁力線源所以亦稱勵磁繞組

  • 定子:高電壓、大電流

  • 轉子:高機械強度

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖2

汽輪發電機的冷卻,無論是空冷、氫冷、油冷或水冷都是利用流動的氣體或液體冷卻介質的“比熱”帶走熱量的,在汽輪發電機內部密封循環的氣體壓力愈大、密度愈高、容積比熱愈大,帶走的熱量愈大。液體介質蒸發時所能吸收的熱量則要比“比熱” 大得多。發電機中冷卻介質的基本要求是比熱容(或汽化熱)大、粘度小、導熱系數大、密度小、介電強度高,且應無毒、無腐蝕性、化學穩定、價廉易得。

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖3

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖4

電機結構

定子部分:定子機座、鐵心定子線圈及裝配、軸承、端蓋、油、密封等、出線盒、冷卻器

轉子部分:轉軸、轉子線圈、槽楔、護環、中心環、風扇、聯軸器等

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖5

雙水內冷發電機結構

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖6

2

汽輪發電機的通風及CFD應用

按冷卻介質分類: :空冷(QF)、全氫冷(QFN)、水氫氫(QFSN)、雙水內冷(QFS)、蒸發冷卻(QFSF)
按轉子冷卻方式分類:副槽通風(如:QF及QFSN-300)、氣隙取氣(如:QFSN-600)、軸向-徑向(如:QFSN-1000)
1000MW水氫冷發電機通風圖

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖7

600MW水氫冷發電機通風圖

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖8

660MW雙水內冷發電機通風圖

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖9

CFD模擬后處理

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖10

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖11

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖12

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖13

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖14

3

CFD應用實例

某電廠兩臺QFS型300MW雙水內冷發電機,增容改造后在電廠運行測試中,都發現鐵心端部出現過熱現象。在汽、勵兩端靠近邊段鐵心處,分別裝有高度為10mm的徑向擋風板。

兩臺發電機不同段鐵心軛部溫升分布

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖15

建立數值模型進行CFD分析,由于汽端和勵端關于鐵心中心線對稱,因此,計算取一半鐵心。

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖16

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖17

徑向擋風板高度分別為0、10、15、20、25及30mm時,靠近擋風板處的速度等值線分布,依次如下。

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖18

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖19

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖20

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖21

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖22

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖23

  • 隨著擋風板高度的增加,位于來流上游的98、97號風道,流量也隨之增加,這與流體運動定性判斷一致;

  • 在其高度低于10mm時,100號風道流量均較小,容易形成局部過熱,這與電廠實測數據是一致的:熱點出現在100號風道的兩側,即100或101檔鐵心軛部;

  • 擋風板高度不宜過大:如擋風板高度增加到30mm時,邊段101、102號風道的流量會急劇下降;

  • 部分風道流量為負值,是因為空氣流動產生了倒流,從計算角度來考慮,這種情況是有可能發生的:由于氣隙進口處壓力較大,氣流速度較高(約60m/s),局部會產生負壓區,因而,導致空氣倒流。(這一現象已經通過試驗測量得到證實)

按照上述計算結論進行了改動:將汽端擋風板由原來的10mm改為20mm。將電廠的實測值繪成柱形圖,改動前后汽、勵兩端鐵心溫升為:

CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題的圖24

  • 圖中,橫坐標為鐵心編號,每一編號中,左、右兩側分別代表鐵心齒部、軛部的溫升;為了在同一基準上進行比較,縱坐標為汽、勵兩端相對于各自進風溫度的溫升。

  • 調整擋風板高度收到了明顯的效果:在不顯著增加勵端鐵心溫升的前提下,汽端鐵心溫升有所降低;

  • 最關鍵的一點,汽端原來出現熱點的第100檔鐵心,軛部溫升由86K降為49K,齒部溫升由65K降為18K,下降幅度最大,這與表2中的分析結果一致:第100檔鐵心兩側風道(第100、99號風道)總流量增加的幅度最大。

  • 通過與電廠試驗結果對比,驗證了CFD分析結果的可靠性。

文章來源:ANSYS技術大會—崔陽陽

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

1
1