[發明專利]一種發電機軸向雙孔銅排轉子線圈熱點溫度計算方法

有效

• 申請號: 202011361490.X
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112560367B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 鄭東平;張嘉康;徐國俊;崔陽陽;胡磊
• 申請（專利權）人: 上海電氣電站設備有限公司
• 主分類號: G06F30/30
• 分類號: G06F30/30;G06F119/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

1.一種發電機軸向雙孔銅排轉子線圈熱點溫度計算方法，其特征在于,包括如下步驟：

步驟1、輸入計算參數并計算結構尺寸:

所述計算參數包括：

一個極線圈數：N_coil；

轉子每槽匝數:NRS；

轉子本體長：Lp；

1號線圈弧線部分距本體長：L_{coil1_to_body}；

線圈端部弧線部分寬：B_{coil_end}；

線圈間距：L_{coil_to_coil}；

近本體側進風孔距本體距離：L_{invent_to_body}；

近端部側進風孔距端部線圈距離：L_{invent_to_endturn}；

出風孔間距：L_{outvent_to_outvent}；

軸向通風孔高：h_v；

軸向通風孔寬：b_v；

銅線高：h_n；

雙孔銅線的一半寬：b_n；

銅線外倒角半徑：R₁；

銅線內倒角半徑：R₃；

銅線寬度方向上壁厚：thick_cir；

出風孔周向寬度：b_ot；

出風孔軸向長度：l_ot；

出風孔中心距：t_ot；

進風孔周向寬度：b_in；

進風孔軸向長度：l_in；

發電機額定轉速：RPM；

轉子槽深：h_rs；

轉子外徑：d_r；

轉子線圈進出風口壓力差：P_ENTR；

發電機額定勵磁的一半值：I_f；

冷風溫度：T_amb；

轉子楔下墊條上通風孔的面積：A₁₂；

轉子槽楔出風孔的面積：A₁₃；

冷卻氣體壓力：P；

計算最大號線圈直線端距本體長：

L_{coilmax_to_body}＝L_{coil_to_body}+(N_coil-1)*(B_{coil_end}+L_{coil_to_coil})；

銅線高度方向上壁厚：WEB＝(h_n-h_v)/2；

開徑向出風孔后銅線上、下兩壁周向凸出軸向風孔側壁的高度：

b_diff＝thick_cir+b_v-b_ot；

步驟2、針對雙孔銅排的通風結構，計算通風孔內轉子風速大小，判斷是否滿足計算精度要求，具體包括：

步驟2.1、平均風路長

步驟2.2、轉子銅線風道截面積A_v＝h_v·b_v-(4-π)R₃²；

軸向風孔的濕周S_v＝2·(h_v+b_v)-R₃·(8-2π)；

軸向風孔的水力直徑

步驟2.3、風道入口面積A_in＝A_v；

步驟2.4、風道出口面積A_ov＝(l_ot·b_ot)；

徑向風孔的濕周S_ov＝2(b_ot+l_ot)-l_ot；

徑向風孔的水力直徑

步驟2.5、頂匝導體處墊條上通風孔的面積A₁₁＝A_ov；

步驟2.6、風道入口風壓降系數

步驟2.7、二次轉彎處的風壓降系數K_be＝2.584；

步驟2.8、軸向風道的風壓降系數

f_r由步驟2.15.3計算結果迭代確定；

步驟2.9、鍥下墊條的風壓降系數

步驟2.10、槽鍥出風口的風壓降系數

步驟2.11、考慮出風孔的孔板效應增加的阻力系數

步驟2.12、轉子風路的總的風壓降系數

K_v＝K_{出風孔_孔板效應_孔_4}+K_fr+(K_in+K_be+K₁₂+K₁₃)；

步驟2.13、轉子外表的風速

轉子槽底的風速

離心風壓

步驟2.14、風路上的全部壓降ΔP＝PENTR+P_cen；

步驟2.15、風速和風量計算部分，包括如下步驟

步驟2.15.1、設軸向通風孔風速為V₁；

步驟2.15.2、雷諾數R_ev1＝P·V₁·D_v；

步驟2.15.3、摩擦系數

要求偏差小于0.0001，如果不符合要求，需調整式2.15.1中的V₁值；

步驟2.15.4風路的總風壓降

要求偏差小于0.0001，如果不符合要求，需調整式2.15.1中的V₁值；

步驟2.15.5、每匝銅線的風量

步驟3、損耗和溫升計算：計算每匝銅線的損耗、單位長度銅線損耗、軸向通風孔表面溫升、氣體溫升；并針對熱點溫度所在的出風區，分別計算了出口處的氣體速度和表面溫升，具體包括：

步驟3.1、帶走銅損耗長

步驟3.2銅線軸向導電截面積A_cu＝b_n·h_n-(4-π)R₁²-A_v；

步驟3.3出風處無徑向孔段導電截面積A_cuh1＝A_cu；

步驟3.4出風處有徑向孔段導電截面積

A_cuh2＝A_cu-2WEB·(b_ot-thick_cir)-thick_cir·h_n；

步驟3.5出風處無徑向孔段一個風孔節距內電阻：

轉子線圈出口處溫度為T_{f_out_initial}，T_{f_out_initial}由3.33計算結果迭代確定，

步驟3.6出風處有徑向孔段一個風孔節距內電阻

步驟3.7出風處一個風孔節距內電阻R_ov＝R_ot1+R_ot2；

步驟3.8出風區銅線的等效面積

步驟3.9、出風區銅線的等效面積的減小倍率

步驟3.10、每匝銅線的銅耗：

轉子線圈直線段平均溫度T_{coil_avg_initial}，T_{coil_avg_initial}由3.14計算結果迭代確定，

步驟3.11、每匝每英寸銅線的銅

步驟3.12、軸向冷卻的銅表面散熱系數

步驟3.13、軸向通風孔表面溫升

步驟3.14、直線段部分的氣體溫升

線圈直線段的平均溫度

要求偏差小于0.0001，如果不符合要求，需要調整3.10中T_{coil_avg_initial}的值；

步驟3.15、出風口處一個出風節距內每匝銅線的銅耗W_ot＝I_f²·R_ov；

步驟3.16、出口處氣體速度

步驟3.17、出口氣體的雷諾數R_ot＝P·V_ov·D_ov；

步驟3.18、出口處的銅表面散熱系數

步驟3.19、出口處表面溫升

步驟3.20、出口處軸向風孔表面風速估算

步驟3.21、出口處軸向風孔表面風雷諾數R_{ev_o_ax}＝P·V_{o_ax}·D_v；

步驟3.22、出口處軸向風孔表面散熱系數

步驟3.23、出口處表面溫升(考慮徑向風孔表面散熱和軸向風孔表面散熱)

熱點溫度存在的位置為轉子本體中心線處，該處雙側都開有徑向出風孔，孔1徑向出風道兩邊共一個節距內的溫度；

該節距內，徑向風道無孔側軸向風孔速度為Hax，近孔2側的為Hax_o；

步驟3.24、孔1軸向風孔帶走的銅耗

步驟3.25、孔1軸向風孔的風溫升

步驟3.26、孔1處表面溫升(考慮徑向風孔表面散熱和軸向風孔表面散熱)

步驟3.27、孔1的溫度T_{cuot_孔_1}＝θ_{sot_plux_ax_孔_1}+θ_{g_孔_1}+T_amb；

孔2處徑向出風道兩邊共一個節距內的溫度，該節距內，徑向風道一邊軸向風孔速度為Hax，另一邊的也為Hax；

步驟3.28、孔2軸向風孔帶走的銅耗

步驟3.29、孔2軸向風孔的風溫升

步驟3.30、孔2處表面溫升(考慮徑向風孔表面散熱和軸向風孔表面散熱)

步驟3.31、孔2處溫度T_{cuot_孔_2}＝θ_{g_孔_2}+θ_{sot_plux_ax_孔_2}+T_amb；

步驟3.32、孔1處兩側平均溫度

步驟3.33、孔2處兩側平均溫度

要求偏差小于0.0001，如果不符合要求，需調整3.5中的T_{f_out_initial}值。

2.如權利要求1所述的一種發電機軸向雙孔銅排轉子線圈熱點溫度計算方法，其特征在于：采用MATHCAD實現。