浸润式混合强迫内冷的蒸发冷却汽轮发电机定子三维温度场的仿真分析
采用强迫风冷的压缩机用永磁电机三维温度场分析
理论与设计采用强迫风冷的压缩机用永磁电机三维温度场分析高俊1孙晓明2王谨1于占洋11沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心（110870)2沈阳鼓风机集团通风装备科技有限公司（211169 )Analysis on Three-dimensional Temperature Fieldof the PM Motor by Forced Air Cooling Used in CompressorsGAO Jun' SUNXiaoming2WANG Jin' YU Zhanyang11Shenyang University of Technology,National Engineering Research Center for REPM Electrical Machines2 Shenyang Blower Group Ventilation Equipment Technology Co.,Ltd.摘要：对一台采用强迫风冷的压缩机用内置式永 磁同步电机的三维温度场进行建模和分析。
首先，根据 永磁电机的设计参数，对气隙导热系数进行了等效计算；在此基础上，根据散热风扇的流量计算出永磁电机 机壳表面的风流速.进而得到不间型号风扇作用下电机 机壳边界处的散热系数。
最后，基于有限元仿真对电机 的三维温度场进行了计算，对不同风速冷却下电机的温 度场分布情况进行了分析。
关键词：强迫风冷压缩机用永磁同步电机三维温度场有限元仿真中图分类号：T M351文献标识码：ADOI 编码：10.3969/j.issn.l006-2807.2020.06.004Abstract: Taking an interior permanent magnet synchronous motor by forced air cooling used in compressors as researched subject, model o f the three-dimensional temperature field is established and analyzed. First, co-efficiency of thermal conductivity of the air gap is calculated equivalently in accordance with design parameters of the PM Motor. And then, based above foundation, wind velocity over the motor housing surface is calculated according to flow volume of the cooling fan, so as to achieve the different co-efficiency of heat dissipation at boundary of motor housing corresponding to operation of the different models of the fan. Finally, the three-dimensional temperature field of the motor is calculated based on finite element simulation, the temperature field distribution of the motor is analyzed.Keywords: forced air cooling PMSM used in compressors three-dimensional temperature field finite element simulation随着对永磁材料和永磁电机的不断研究和开发，调速永磁电机被越来越广泛地应用于空气 压缩机中。
汽轮发电机定子强迫蒸发冷却循环流动与传热计算
Ｃｉｃ ｌ ｔｎｇ Ｆｌ ｗ ｎ ａ ａ ｆ ｒ Ｃａ ｃ ｌ ｔｏ ｏ ｒ ｅ ａ ｒ ｔｖ ｒ ｕ ａ ｉ ｏ ａ ｄ Ｈｅ ｔＴｒ ｎｓ ｅ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ Ｆｏ ｃ ｄ Ｅｖ ｐｏ ａ ｉ ｅ
西北勘 测设 计研 究 院 ， 安 ７ ０６ ） 西 １ ０ ５
摘
要 ： 于 ｃ语 言 编 程 软 组 线 棒 辐 射 散 热 的情 况 下 ， 汽 轮 发 电 基 在 对
机定 子 采 用 强 迫 蒸 发 冷 却 循 环 时 的 流 动 与 传 热 进 行 了 编 程 计 算 ， 到 了 汽 轮 发 电 机 定 子 的 蒸 发 点 、 环 流 得 循 量 、 力 和 温 度 分 布 。结 果 表 明 ， 着 绕 组 线 棒 热 负荷 增 加 ， 发 点 提 前 ， 环 流 量 减 小 ， 力 平 衡 器 前 的 含 压 随 蒸 循 压 气率增加 ； 当含 气 率 增 加 到某 一 临 界值 时 ， 能 造 成 危 险 工 况 ， 此 必 须 通 过 计 算 确 定 临界 热 负荷 。 可 因 关键 词 ： 电机 ； 发 冷 却 ； 发 点 ； 环 流 量 ； 界热 负荷 发 蒸 蒸 循 临
Ｃｏ ｌｎ ｙ ｔ ｍ ｆ Ｔｕ ｂ ｎｅ Ｇｅ ｒ ｔ ｒ Ｓ ａ ｏ ｓ ｏ ｉ ｇ Ｓ ｓ ｅ ｏ ｒ ｉ — ｎｅ ａ ｏ ｔ ｔ ｒ
Ｌ Ｙｕｋ ｎ Ｕ － ｕ ， ＬＩ Ｗ ｅ ， Ｗ Ａ ＮＧ ａ－ ｏ Ｕ ｉ Ｈ ｉｈ ｎｇ
（ ．Ｓｃ ｏ ｅ ｇ ｎ ｏｗｅ １ ｈ ｏｌ ｏｆＥｎ ｒ ｙ ａ ｄ Ｐ ｒＥｎｇｎ ｅ ｉ ｇ，Ｎｏ ｔ ｉ ｅ ｒｎ ｒ ｈ Ｃｈｉ ｅ ｔ ｉ ｗｅ ｎ ｖ ｒｉｙ，Ｂａ ｄ ｎ ７ ０ ３， ｎａＥｌ ｃ ｒｃ Ｐｏ ｒＵ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｉｇ０ １ ０ Ｃｈｉ ａ； ２．Ｈ ｙ ｒ Ｃｈ ｎ ｉ ｅ ｎ ｄ ｏ ｉ ａ Ｘ ｂ ｉＥｎｇｎ ｅ ｉ ｇ Ｃｏ ｐ ｒ ｔｏ ｉ ｅ ｒｎ ｒ ｏ ａ ｉ ｎ，Ｘ ｉ ｎ ７１ ０ ５，Ｃｈｉ ａ ’ ０ ６ ａ ｎ ）
700MW全空冷水轮发电机定子三维流场和温度场特征分析
分 布 。 其 对 固体 导 热 微 分 方 程 的 求 解 可 以 归 为
一
发 电机 全 空 冷冷 却 方 式 以其 简 单 可靠 的结 构 、 方 便 的维护 检修 和低 廉 丰富 的冷 却介质 而 受到 越来 越 多业 主 的青 睐 。就 水 轮 发 电机 而 言 ， 全 空冷 方 式 已经 在 ６ ０ ０～ ７ ０ ０ ＭＷ 等级 水 轮 发 电机 上 得 到 了成
设 计 与 研 究
上 海 大 中 型 电机
７ ０ ０ ＭＷ 全 空冷 水 轮 发 电机 定 子 三 维 流 场 和 温 度 场 特征 分 析
王 超， 刘 传 坤
６ １ ８ ０ ０ ０ ）
（ 东 方 电机有 限公 司 ， 四川 德 阳
摘
要 ：根据某 ７ ０ ０ ＭＷ 全空冷 水轮发电机定子实际结构 和尺寸 ， 基于有 限体 积法 ， 对其 三维 流场和温
度场进行 了数值仿真计算 ， 并对定子风沟 内速度 、 表面传热 系数及压 力分布和定子各部件 问的热量传 递
规律等重要特征作 了分析 ， 得到 了一些有规律 的结论 。 关键词 ：全空冷水轮发 电机 ； 定子流场 ； 温度场 ； 速度； 表面传热 系数 ； 压力 ； 热量传 递
０ 引言
位 置 上 的基 本 物 理 量 （ 如速 度 、 压力、 温 度等 ） 的
一
致性 ， 在 此基 础 上 就 定 子 风 沟 内速 度 、 表 面 传 热
基 于 有 限 体 积 法 的 数 值 仿 真 在 发 电 机 通 风 冷 却 分 析 中 的 应 用 可 以 帮 助 电 机 工 程 师 在 产 品
设 计 阶段 对 冷 却 系 统 进 行 仿 真 模 拟 和 结 构 优 化
紧凑型高压异步电机三维流体场分析及温度场仿真计算
紧凑型高压异步电机三维流体场分析及温度场仿真计算近年来，紧凑型高压异步电机在工业生产中得到了广泛应用。
为了确保电机的安全运行和性能稳定，对其三维流体场分析和温度场进行仿真计算是非常重要的。
本文将对紧凑型高压异步电机的三维流体场分析和温度场仿真计算进行详细阐述。
首先，我们需要了解紧凑型高压异步电机的结构和工作原理。
紧凑型高压异步电机由定子和转子两部分组成。
定子是由线圈绕制而成的，线圈之间通过绝缘层隔开。
转子是由永磁体和铁芯构成的。
当电机通电时，定子产生的磁场会与转子上的永磁体产生相互作用，从而产生转矩输出。
接下来，我们需要进行三维流体场分析。
由于紧凑型高压异步电机内部空间狭小，气流的流动受到限制，因此三维流体场分析非常重要。
我们可以使用计算流体力学（CFD）软件对电机内部流动情况进行模拟和分析。
首先，我们需要建立电机的几何模型，并指定流体和边界条件。
然后，通过求解流体的连续性方程、动量方程和能量方程，可以得到电机内部的气流分布情况。
通过分析气流速度、压力和流动方向等参数，我们可以评估电机内部的流动状况，进而优化设计和改进。
同时，我们还需要进行温度场的仿真计算。
在电机运行过程中，由于电流的通过和线圈的电阻，会产生大量的热量。
这些热量需要通过散热方式来保持电机的温度在安全范围内。
为了评估电机的散热性能，我们可以通过仿真计算得到电机内部的温度分布情况。
我们可以将电机的材料属性、电流大小、环境温度等参数输入到热传导方程中，通过求解得到电机内部各个位置的温度分布情况。
通过分析温度变化趋势和热量传递路径，我们可以判断电机的散热情况是否合理，进而优化电机结构和散热设计。
综上所述，对紧凑型高压异步电机进行三维流体场分析和温度场仿真计算是非常重要的。
通过这些分析和计算，我们可以评估电机的性能和散热情况，进而优化设计和改进，确保电机的安全运行和性能稳定。
希望本文对读者对紧凑型高压异步电机的三维流体场分析和温度场仿真计算有所帮助。
汽车发电机定子三维温度场有限元计算
ｍｅ ｔｃ ｌｕ ａｉｎ ｍｏ ｅ ｉ ｃ ｔ ｒ ｄ ｒ ｆｒａ ｔｔｒｗｉｄ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｆ ｃ ｌ ｎ ｃ ｌｕ ａｉ ｇ ｔｅ ｍｏ ｏ ｈ ｒ ｌ ｅ ｄ ｃ ｎ ｂ ｎ ａｃ ｌ ｔ ｄ ｌｗ ｔ ｓ ａｔ ｅ ｅｅ ｒｌｓａｏ ｎ ｉｇ， ｎ ｈ ｉ ｕ ｔ ｉ ａｃ ｌｔ ｈ ｔ ｒｔｅ ｍａ ｆ ｌ ａ ｅ ｏ ｈ ｅ ｉ ｆ ｙ ｎ ｉ
ｅ ａ ｄ ｔｅ ｒ ｔ ｎ ｌ ｙｏ ｅ ｔ ｅｍａ ｅ ｄ ｃ ｌｕａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｎ ｅ ｖ ｌ ｉ ｆｔｅ ｃ ｌ ｕ ａｅ ａｕ ｓｗ ｒ ｅ ｉ ｅ ｙ ｅ ｐ ｒ— ｄ， ｎ ｈ ａ ｉ ａｉ ｆｔ ｒ ｌ ｆ ｌ ａｃ ｌ ｔ ｄ ｌ ｄ ｔ ａ ｉ ｔ ｏ ａｃ ｌ ｔｄ ｖ ｌｅ ｅ ｅｖ ｒ ｄ ｂ ｘ ｅ ｉ ｏ ｔ ｈ ｈ ｉ ｏ ａ ｈ ｄｙ ｈ ｉ ｆ
…
堕堕 塑…２ ＿ … … … 皇 … 芝塑 ０ ７ １ １
蒸发冷却水轮发电机定子变形研究
安全系数 允许值
≥1 ≥1 ≥1 ≥1
4. 结论
1．在空冷情况下，由于铁芯与机座间温差较大，会产生相当大的配合力，该力与磁拉力一起会 使铁芯冲片产生很大的切向应力，当它超过一定值时将使铁芯受到损伤。尤其对单机容量接近极 限值的巨型机组，由于采用较高的电磁负荷，情况就更为严重。例如三峡发电机，若采用空冷， 铁芯配合力将达到危险的数值，为防止冲片翘曲，铁芯与机座间的连结必须采取特殊措施。 2．李家峡发电机由于设计裕量较大，即使采用空冷，情况也不会那么严重，但当它采用蒸发冷 却时，由于铁芯的热源仅为其本身的热耗，故温度很低，热变形较小，所以产生铁芯翘曲现象的 可能性很小，因此，可再适当加强机座的刚度，增加对铁芯的支持刚度，以减小铁芯的振动，这 也是采用蒸发冷却（或其它内冷方式）的显著优点。
产生上述现象的主要原因是电机运行后产生的铜损和铁损引起定子铁芯和机座的温升不同， 对一般空冷电机，机座和铁芯之间有几度，甚至近十度的温差，二者间热膨胀的差异导致铁芯受 到一个附加的配合力，当该附加力与磁拉力对铁芯冲片产生的径向应力之和超过其许用应力时， 就会产生“翘曲”现象，从这一点出发，希望降低机座的刚度， 但由于水轮发电机是低速大直 径电机，定子铁芯轭部本身刚度较小，所以对作为其支撑件的机座，又要求有相当的刚度，以保 证电机的可靠运行。
表 2-2 铁芯和机座沿径向方向变形分布（参考温度取 35 oC ）
位置 定子铁芯
定子机座
半径值（mm） 6049
6163.7 6281.8
6400 6470 6755 7007 7350
蒸发冷却失效时变形值(mm) 蒸发冷却时变形值(mm)
1.5335
1.1441
1.5694 1.6020 1.6293 1.6137 1.6265 1.6439
水轮发电机定子三维温度场数值模拟
ｈ ｄ ｏ ｇ ｎ ｒｔｒｗａ ｒ ｃ ｅ ｅ ａ ｄ ｓ ｂ ｅ ｕ ｎｌ ｔａ ｙ ｓａｅｒ ｓ ｌ ｏ ｔｔｒｔｍｐ ｒｔ ｒ ｅｄ ｏ ｅｒｔｄ ｃ ｎ ｉ ｙ ｒ — ｅ ｅ ａｏ ｓｐ ｏ ｅ ｄ ｄ， ｎ ｕ ｓ ｑ ｅ ｔｙ ａｓｅ ｄ ｔｔ ｅ ｕ ｔ ｆｓａｏ ｅ ｅａ ｅｆ ｌ ｎ ｔ ａｅ ｏ ｄ— ｕ ｉ ｈ
Ａｂｓ ｒ ｃ ： Ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｃ ｃ ｌ ｔ ｇ ｐ ｅ ｉ ｉ ｎ ｏ ｔ ｔ ｒ Ｓｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉｅ ｏ ｙ ｒ — ｅ ｅ ａ ｏ ， ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ Ｓ — ｔａ ｔ ｏ ｉ ｒ ｖ ｈ ａ ｕ ａ ｉ ｒ ｃ ｓｏ ｆｓ ａ ｏ ’ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｒｓ ｆｈ ｄ ｏ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ Ｕ ｌ ｎ ｈ ｐ ｒ ｉ ｉ ｅ ｔｔａ ｓ ｅ ｏ ｆｉ ｉ ｎ ｆ ｒ ｄ ａ ｅ ｔ ａ ｉ ｎ ｄ ｃ ｒ ｅ ｕ ｙ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌｄ ｓｇ ｏ ｍｕ ａ ａ ｄ ｆｕ ｄ ｅ ｆｃａ ｈ ａ ｒ ｎ ｆ ｒ ｃ ｅ ｃ ｅ ｔｏ ａ ｉ ｖ ｎ ｉ ｔ ｕ ｔｗｏ ｋ ｄ ｏ ｔｂ ｏ ｖ ｎ ｉ ａ ｅ ｉ ｎ ｆ ｒ ｌ ｌ ｌ ｌ ｏ ｈ ｏ ｎ ｉ ｌ
维普资讯
第４卷 １
第８ 期
天
津
大
学
学
报
、ｂ１４１ Ｎｏ． － ８
２ ０ 年 ８月 ０８
Ｊ ｕ ｎ ｏ ｉｎｉ ｉｅｓ ｙ ｏ ｒ ￣ ｆ ａ ｊ Ｕｎｖ ｒｉ Ｔ ｎ ｔ
Ａｕ ． 温 度 场数 值 模 拟
ｔ ｎ ｗａ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｔ ｍ ａ ｉ ｅ ｙ， ｅ ｓａ ｏ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｓｃ ｃ ｌ ｔ ｄ ｂ ｓｎ ｑ ｉ ａ ｅ ｔ ｅ ａ ｓｓａ ｃ ｅｗｏ ｋ ｉ ｓｐ ｅ ｅ ｔ ｏ ｄ Ａｌ ｅ ｔｖ ｌ ｔ ｔ ｔ ｒｔ ｈ ｅ ｅ ａ ｅ ｗａ ａ ｕ ａ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ｅ ｕ ｖ ｎ ｒ ｌ ｅ ｉ ｔ ｎ ｅ ｎ ｔ ｒ ｕ ｌ ｌ ｈ ｔ ｍ ｒ
大型汽轮发电机定子绕组三维模型建立及模态分析
研究与开发大型汽轮发电机定子绕组三维模型建立及模态分析吴东东李娟（北京信息科技大学自动化学院，北京 100192）摘要本文针对大型汽轮发电机定子的结构复杂性，在定子端部渐开线三维模型建立的基础上，通过Pro/E建立汽轮机定子绕组模型，包括渐开线端部绕组模型、定子绕组直线段以及压板等结构的建立和装配。
并且通过Pro/E与ANSYS良好连接性，把建立的模型导入ANSYS中，进行了上层线棒和定子线棒整体装配结构的模态分析，为之后进行端部绕组及定子绕组的电磁振动等研究提供依据。
关键词：定子绕组；Pro/E；ANSYS；模态分析The establishment and the modal analysis of the three-dimensional modal of the stator winding of large turbo generatorWu Dongdong Li Juan(Beijing Information Science & Technology University, College of Automation, Beijing 100192)Abstract For the structural complexity of large turbine generator stator, on the basis of the three-dimensional model of the stator end involute, the turbine stator winding model was established in Pro/E: including the establishment of winding model of the involute end, the line segment of the stator winding and the pressing plates, then the stator winding and pressing plates are assembled.The article carries out the modal analysis of upper winding-bar and the assembly structures of stator line rod by the good connectivity of Pro/E and ANSYS, therefore providing the basis for the studying of electromagn-etic vibration of the end winding and stator winding afterwords.Keywords：stator winding; Pro/E; ANSYS; modal analysis发电机单机容量的增加，使得发电机的振动问题愈加凸显。
潜油电机定子三维温度场分析与计算
潜油电机定子三维温度场分析与计算潜油电机定子三维温度场分析与计算温嘉斌，张蔓（哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江哈尔滨150040）COMPUTING ON AND THREE-DIMENSIONAL TEMPERATURE FIELD OF THESUBMERSIBLE MOTOR STATORWEN Jia-bin，ZHANG Man(School of Electrical and Electronics Engineering，Harbin university of science and technology, Harbin, 150040,China) ABSTRACT: According to the analysis of the rating operating state of a submersible motor, the mathematical and physical model for translating heat of the motor is established. Through electromagnetic field calculation. The stator loss is taken. The temperature field of motor is simulated by finite element method. By comparing the temperature caculated by other methods. The model is verified that it can really represent the practical heat transfer process. The distribution law of temperature field is analyzed according to the calculating result and the position of maximum temperature rise of motor at rating operation is taken as the monitoring point．The result of it can provide theoretical foundation for the optimization of thermal control of motor.KEY WORDS:Submersible motor; stator; three-dimension temperature fields摘要：根据对潜油电机额定运行状态的分析，建立其传热数学物理模型。
330MW蒸发冷却汽轮发电机冷却技术的特点及性能
330MW蒸发冷却汽轮发电机冷却技术的特点及性能国建鸿;顾国彪;傅德平;黄德书【摘要】我国大型发电机蒸发冷却技术的研发已有60多年的历史,近年来实现了由实验室试验研究阶段向工业化、商品化应用的转变.本文以300MW量级蒸发冷却汽轮发电机为研究对象,讲述了蒸发冷却汽轮发电机的特点,并依据两相流与传热理论,采用有限元法对定子三维温度场进行数值计算,给出了在发电机温度场求解域中的温度分布规律.并以此为依据完成了样机设计和制造,将计算结果与样机型式试验结果进行比较,表明浸泡在蒸发冷却介质中的电机定子绕组层间最高温升低于42K,铁心温升最高15K,远低于汽轮发电机冷却技术要求的温升限制,说明300MW 级汽轮发电机应用蒸发冷却技术是可行的.也验证了仿真计算的准确性,为以后同类型更大容量电机设计提供了理论依据.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2013(028)003【总页数】6页(P134-139)【关键词】汽轮发电机;自循环;蒸发冷却;相变换热【作者】国建鸿;顾国彪;傅德平;黄德书【作者单位】中国科学院电工研究所北京 100080;中国科学院电工研究所北京100080;中国科学院电工研究所北京 100080;上海汽轮发电机有限公司上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM3511 引言随着电网的容量愈来愈大，发电设备逐步迈向巨型化，如汽轮发电机已达到百万千瓦级，发电设备传统的冷却技术受到严峻的挑战，人们在优化设计、提高工艺的同时，通过尝试各种冷却组合，改变冷却介质形成各式各样的冷却方式。
可以说发电机单机容量的增加，电机冷却技术的提高是关键技术之一。
汽轮发电机所采用的冷却方式包括空冷、氢冷、水冷、油冷及蒸发冷却[1-4]。
空冷、氢冷、水冷技术均为早期国外引进技术后优化设计，是很成熟技术，为解决水内冷、氢冷存在的安全隐患问题，同时继承液冷方式有效带走热能的优点，美、日、俄等国相继开展了将相变原理应用于大型发电设备中的研究，并取得了一定的理论成果，但至今没有成熟的运行产品。
紧凑型高压异步电机三维流体场分析及温度场仿真计算
为确 拟计 合实际物理 ，作以下
基 设)12*：( 1)电机内外空气流体的 数很
大，流动
流，因此采用湍流模型 ;(2)
由于电机周围流体流
，
数，
电机内外流体作为不
流体；(3)风扇周围
流体场 旋转流体场，采用多重参考坐标系模
型(MRF)模拟；(4)由于流体流速较快，可忽略流
体域内流体的 和重力的影响。
研究电机在额定工况下的温度分布情
'
[2]
电机的流体
场与温度场进行
，计 电机各 风槽内
气体流动情况。
[3 ]对油田用感应电机进
行
温度场计算，采用经验公式完成了各部件
面散热系数的计算o
[ 4]根据电机 系统
的
点，将整
系统划分为外风扇和冷却
器2个区域，用
件将二者联系起来对内流体
场和传热情况进行了分析。
[5] 型 异
步电机及其 器进行了流体场与温度场的计算，
； 电机本体及电机内外流体场
的 有限元模型,采用多参考坐标系模拟风扇
的旋转，为空气流动提供动力°将电机 折算
为 ，流体场与温度场耦合计算， 电机
—78 —
在内、外双风扇 作用下的流体场和 全域 温度场。比较了电机在有、无内风扇作用的情况 下定 温度值的差异。
1电机基本参数及模型
本文所研究的电机为Y2-500-6紧凑 型
收稿日期：2021-01-14；收到修改稿日期：2021-03-22
*基金项目：山西省重点研发计划项目(201803D121008)
作者简介：贾振宇(1994-)，男，硕士研究生，研究方向为紧凑型异步电机多物理场分析’
曲兵妮(1974-)，女，博士,副教授，研究方向为开关磁阻电机设计与控制’
燃气轮机叶片冷却温度场仿真与分析庄梦晴资料解读
燃气轮机叶片冷却温度场仿真与分析庄梦晴资料解读第一篇：燃气轮机叶片冷却温度场仿真与分析庄梦晴资料解读燃气轮机叶片冷却温度场仿真与分析摘要：21世纪之后，随着机械行业发展的突飞猛进，其主要动力源发动机的发展也备受关注。
就世界各国而言，动力装置在农业、航空、国防等众多领域都处于举足轻重的地位。
然而，随着地球有限资源的限制、生态环境的不断恶化，节能减排绿色发展已成为动力装置发展的巨大挑战。
迄今为止，随着燃气轮机的迅猛发展及相关领域技术的不断完善，冷却技术已经成为提高动力效率和降低能耗的最有效经济的途径之一。
燃气轮机叶片作为其尤为重要的一个部件，因其工作环境非常恶劣，任何设计和制造中的缺陷都可能导致工作效率的降低，甚至带来重大的经济损失，其叶片的性能对整个燃气轮机的性能具有重要影响[2]。
在叶片材料上使用新型具有良好抗高温腐蚀，抗低周热疲劳及抗叶片蠕变的镍基合金材料外，同时还要在叶片等高温部件上使用先进的冷却技术。
在一些发达国家燃气轮机叶片冷却技术已经得到了突飞猛进的发展并且继续保持强劲的发展势头。
气膜冷却技术的发展大概兴起于70年代末期，该技术已经在燃气轮机、涡轮机等叶片冷却中得到了广泛的应用。
但是，目前我国对叶片温度场的分布特点研究多局限于宏观实验，实验方法虽然可以得到其大概分布，但其中的微观流态很难得到反映，对冷却技术的改进和发展存在限制。
随着机械行业的迅猛发展,燃气轮机得到了越来越广泛的应用,冷却技术已经成为提高动力效率的最有效的经济途径之一。
因此研究燃气轮机叶片气膜冷却的流动与传热特性对燃气轮机叶片的改进具有重要的指导意义。
本文采用标准k- 紊流方程，基于SIMPLE算法，结合有限体积法对控制方程进行离散，对常规圆柱形单孔排布结构的叶片在主流速度分别为2m/s、5m/s和10m/s，温度为1300K的主流环境中叶片的温度分布情况进行了模拟，同时研究了大小射流孔交替排列，对气膜冷却效率的影响，并与常规圆柱形射流孔排布结构的气膜冷却进行了分析和对比。
基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究
基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究程自然;阮琳;杨劼;高剑;黄守道【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2024()1【摘要】为了充分发挥蒸发冷却技术在风力发电领域中高效的散热性能以及免维护的自循环特性,本文基于发电机定子全浸泡以及绕组空心导线内冷的两种散热形式,对一系列不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了优化设计研究,并对不同冷却技术路线下的电机优化设计方案进行了对比和分析。
本文首先分析了不同技术路线下不同蒸发冷却系统各自所具有的特点及优势;之后基于电磁场和传热学理论建立了发电机电磁参数及温度场的分析计算模型,并基于冷却系统的结构布局分析了不同技术路线下发电机定子的传热特性;最后基于发电机电磁场和温度场的耦合分析建立了风力发电机的优化设计模型,通过多目标遗传优化算法,对2MW、5MW和10MW三种不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了以材料和成本为目标的电机系统优化设计。
优化结果及对比分析表明,针对兆瓦级直驱式风力发电机而言,采用空心导线内冷式技术更具有设计成本和冷却性能上的优势,本文中的优化方法和策略可以为蒸发冷却永磁直驱式风力发电机的优化设计提供理论依据和设计基础。
【总页数】8页(P22-28)【作者】程自然;阮琳;杨劼;高剑;黄守道【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院;中国科学院大学;中国科学院电工研究所【正文语种】中文【中图分类】TM315【相关文献】1.直驱式分数槽集中绕组永磁同步风力发电机永磁体涡流损耗解析计算2.双转子直驱式永磁风力发电机设计研究3.半直驱永磁风力发电机多相绕组结构设计及性能分析4.基于MATLAB直驱式永磁同步风力发电机组建模与仿真的研究5.基于多物理场耦合的直驱永磁同步风力发电机定子绕组优化设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于FLUENT强迫油循环导向结构变压器温度场三维仿真计算
基于FLUENT强迫油循环导向结构变压器温度场三维仿真计算摘要本文根据强迫油循环导向结构变压器特点，建立三维模型，采用ANSYS ICEM 对模型进行前处理，建立三维数值计算模型；并采用FLUENT软件求解变压器油流场及温度场分布。
关键词强迫油循环导向；变压器；三维模型；ANSYS ICEM；FLUENT0 引言变压器作为机车车辆关键部件之一，对机车车辆的安全可靠运行起着至关重要的作用。
然而，变压器的热问题是变压器设计、制造和安全可靠运行的关键问题。
变压器温升超标，会加快绝缘材料及变压器油的老化速度，缩短使用寿命。
同时变压器温升过高，保护系统可能引起机车车辆停车，造成时间延误。
现阶段的变压器流体仿真多采用二维模型简化计算[1-3]，不考虑可能影响流动和传热的绝缘材料，计算结果可用于分析对比，但很难满足工程上全面精确计算的要求并准确找出热点。
本文根据强迫油循环导向结构机车变压器特点，建立三维模型，采用ANSYS ICEM 对模型进行前处理，建立三维数值计算模型。
使用FLUENT对强迫油循环导向结构变压器的内部油的流动性能，多油流量分布，油温分布，线圈的稳态温度场分布进行分析。
三维模型的仿真计算，可全面具体并较准确的得出变压器的油流场及温度场分布，对预测变压器的过负荷能力及对变压器冷却油路设计提供了可靠的理论依据。
为提高变压器性能、延长使用寿命、合理提高变压器的输出容量、保证安全可靠运行提供了必要的参考。
1 三维模型建立与简化变压器的温度场计算，属于流-固共轭换热分析。
建立三维模型时，包含线圈、铁心、油箱、夹件等部件，也包含绝缘筒、撑条、挡油板等绝缘材料。
因此需要在保证计算精度的前提下对模型进行合理简化，控制仿真分析的计算规模。
简化对象的选取是依据具体结构对温度场计算的影响程度来决定的。
主要进行如下简化：1）整个变压器进行半模型对称处理；2）撑条、绝缘筒、垫片、线圈光滑连接，去除小角度缝隙；3）去除小半径倒角、删除紧固件。
蒸发冷却汽轮发电机试验
总之，蒸发冷却机组的研究、试验、运行、试验已取得成功，与转 子水内冷结合的新冷却方式，发挥了各自所长，显示了它的优点。研究、 设计、制造及运行积累了足够的资料及经验，为300MW以上机组的研究 打下了扎实的基础。
80 ℃ 70 60 50 40
击穿后的介质， 只要稍降一点电压就 可自行恢复。
N (放电次数/每半周波)
400 1
300
1
12kV
200
Hale Waihona Puke 6.5kV2 12kV 100
02
6.5kV
A (dB)
0 10 20 30 40 50 60
局部放电谱图
1—定子线棒有防晕层，置于空气中。
N—最大放电量的放电次数。
2—定子线棒无防晕层，置于氟利昂-113中。 A—最大放电量的衰减倍数。
1. 负载温升试验。负载试验的温升反映了蒸发冷却的效果。
① 从0.5IR（曲线1）及1.0IR（曲线2）的温度分布可以看出，在同样 的二次水冷却条件下，定子电流增大，冷凝器的表压力增高从-0.01 →0公斤/厘米2；液体的饱和温度从47℃ →47.6℃。此时实测层间 温度的平均值从61.3 ℃→67.3℃。
2、50MW定子蒸发冷却转子水内冷汽轮发电机
50MW定子蒸发冷却转子水内冷汽轮发电机运行图
冷凝热交换器 密封的定子
冷却空间及介质 定子线棒 密封套筒
50MW定子蒸发冷却转子水内冷汽轮发电机局部剖面图
50MW定子蒸发冷却转子水内冷汽轮发电机厂内安装
机组设计中的主要问题如下：
定子密封结构基本参照1200KVA机组，但是对于定子绝缘套筒提出两个 要求，即：套筒的线膨胀系数与铁心相同，以免热胀冷缩时影响整体密 封；套筒由双层不同耐温水平的树脂组成，防止两相短路暂态负序时， 气隙可能出现过热而影响其强度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿 日期 ：０５１．７ ２０ ．０２
２ 汽 轮 发 电机 定 子 温 度 场 计 算
２ １ 基 本 假 定 及 物 理 模 型 ．
基本 假 定 ： （ ）认 为 电机 的设 计 制造 使 得涡 流 效 应 对每 根 １
导体 的 影 响相 同 ， 子绕组 的铜 损分 布 均匀 ； 定 （ ）由定 子 结 构 的对 称 性 ， 为 定 子 槽 中心 面 ２ 认
维普资讯
１ ４
和齿 中心 面是绝 热 面 ； （ ）定 子 绕组 采 用 内 冷 方式 时 ， 行 介 质 的定 ３ 进
作 者 简 介 ： 志 伟 （９３） 男 ， 南 籍 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向为 同步 电 机 内 电 磁 场 与 发 热 研 究 ； 温 １７． ， 河 博 研 顾 国 彪 （９６） １３． ，男 ， 海 籍 ，中国 工 程 院 院 士 ， 究 电机 的蒸 发 冷却 技术 。 上 研
冷 或氢 冷 ， 由于 氢 冷 系统 有 密 封 防 爆 问 题 和 水 冷 但
系统 存在 漏水 、 力钻 孔等 安全 隐 患 ， 水 使得 电机 的运
行可 靠性 降低 。而 以油冷 为 主的全 液 冷 电机 也 存在
结构 复杂 、 护不 方便 的 问题 ， 维 容易 因为 定 子绝 缘劣 化 造成 事故 ， 且 也 需 要 注 意 防 火 防爆 。 因此 近 年 而
摘 要 ：汽 轮 发 电 机 采 用 定 子 浸 润 与 强 迫 内冷 的 蒸 发 冷 却 方 式 优 越 于 传 统 的 其 它 冷 却 方 式 ， 以 为 可
电机 的 运行 提供 安 全 、 可靠和 高效 的 绝缘 及 冷 却 效果 ， 应 的 温度 场 分 析 计 算值 得 深入 研 究。 本 相
Ｖｏ ． ５，Ｎｏ． １２ ３
Ｊ ｌ ０ ６ ｕｙ２ ０
浸 润 式 混 合 强迫 内冷 的蒸 发 冷 却 汽 轮 发 电机 定 子 三 维 温 度场 的仿 真 分 析
温 志伟 ， 德 平 顾 国彪 傅 ，
（ ．中国科 学院 电工研 究 所 ，北 京 １０ ８ ； ． １ ００ ０ ２ 中国科 学院研 究 生 院 ， 京 １０ ３ ） 北 ００ ９
ｌ 引 言
目前大 型 汽轮 发 电机采 用 的主要 冷却 方 式 为水
多采 用 双水 内冷 的 汽 轮发 电机 组 ， 果 采 用 蒸 发 冷 如 却介 质 替代 现有 的定 子绕 组 内 的水 介 质 ， 以有 效 可
地提 高 电机 运行 的安 全 可靠 性 ， 而且 不 必 对 发 电机
少 ｊ 因此 ， 文 主要基 于试 验 模 型 的测 试 及 实 际 ， 本 电机 的试 验 、 行 数 据对 这 一 课 题进 行 了研 究 和对 运
比分 析 。
低 ， 转 子温 升 高 ， 而影 响绝 缘 寿命 ， 定 从 导体 、 缘 与 绝
铁芯 间均 有很 大 的 温差 ， 利 于 电机 的长 期 安 全 运 不
文以一 台 ５ Ｍ 汽轮 发 电机 的 定子为研 究对 象 ， ０ Ｗ 首次提 出 了完整 的 采 用铁 芯浸 润 式 与 强迫 循 环 绕 组 内冷 结 合 的蒸发 冷却 电机 的 定子 三维 温度 场 的仿 真计 算模 型 ， 并分 析 了 负荷 变化 以及 定 子 绕 组 内冷对 电机 温度 场的影 响 ， 仿 真计 算与 试验 的 结果 进 行 了对 比 分析 ， 更 大容 量 蒸发 冷 却 汽 轮 对 为
发 电机 的 设 计 、 造 提 供 了理 论 依 据 。 制
关 键 词 ：汽 轮 发 电 机 ；蒸 发 冷 却 ； 内冷 ；传 热 ；温度 场
中 图分 类 号 ： Ｍ １ Ｔ ３１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ．ｏ６２０ ）３０ １．５ ０３３ ７ （０６ ０ ０ ３０
维普资讯
第 ２卷 第 ３ ５ 期
２０ ０６年 ７月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ａ ｃ ｅ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉａ ｎ ｉｅ ｒｎ￣ａ ｄ Ｅｎ ｖ ｎ ｅｌ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＥｌｃｒｃ ｌ Ｅ ｚｎ ｅｉ ｔ ｎ ｅ
来汽 轮发 电机 采 用 空气 冷 却 技 术 有 了较 大 发 展 ， 但
由于 空气 冷却 能 力较低 ， 随着单 机 设计 容量 的增 加 ，
电机 制造 体 积增 加很 大 ， 而且 由于 通风 损耗 大 、 效率
相关 的 研 究 内 容 ， 诸 于 国 内 外 文 献 的 பைடு நூலகம் 论 则 很 见
行 。 中国科 学 院 电工研究 所开 发 的定 子铁 芯浸 润式
结 合强 迫循 环绕 组 内冷 的蒸 发 冷 却 系统 ， 于 在上 由 述 方 面具有 综 合优 势 而 成 为 大 容 量 、 功 率 密 度 电 高 机冷 却 方 式 的 发 展 方 向 之 一 ， 用 蒸 发 冷 却 的 采 ５ Ｍ 汽轮 发 电机 已经 在上 海 超 高 压输 变 电 公 司 成 ０Ｗ 功运 行 多年 ， 验 和运 行 结 果 表 明 该 冷却 系统 是 一 试 种 高效 、 易维 护 、 全性 好 的冷 却 方 式“ 。另 一 方 安 面 ， 种新 型冷 却 系 统也 可 用 于对 已有 的 大 中型 汽 这 轮发 电机 的定 子 系统进 行 改进 ， 例如 ， 国 目前有 很 我