【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发电机，尤其涉及一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法。
技术介绍
1、灯泡贯流式水轮发电机由于受到特征参数灯泡比的限制，因此发电机直径尺寸小而定子铁心较长，造成发电机通风冷却困难，如温升过高会导致绝缘损坏，使得绝缘电气性能下降造成接地和短路等事故，直接影响机组的使用寿命和安全运行。
2、采用贴壁式结构，即把灯泡体的外壳作为发电机定子机座，与定子铁心紧密贴合，使定子产生的大部分热量通过流道内的河水带走，从而大大减轻发电机内通风冷却的负担。虽然如此，采用贴壁式结构冷却水轮发电机定子时仍需对定子温升进行详细计算。
3、定子温升计算主要分为经验公式法、仿真计算法和热网络法。经验公式法计算简单，但计算值与实际值误差较大。仿真计算法是将复杂的结构离散成有限数量的单元，每个单元都可以用简单的数学模型来描述，从而将整个结构的复杂问题转化为单元间的计算问题，通过求解微分方程来得到整个求解域的解。
4、热网络法不依赖于三维模型，只需结构数据就能进行快速计算并且计算精度较高，因此被广泛采用。但是传统的定子温升计算将定子的上、下层线棒及其层间垫条简化成为一体，忽略了定子线棒沿径向的散热能力，没有体现定转子气隙内冷却空气温度变化所产生的影响，不能区分定子上、下层线棒的温度差别，无法准确获得最高温度发生的位置。
5、中国专利文献cn106777459公开了一种“汽轮发电机定子绕组附加损耗的计算方法”。根据空冷汽轮发电机的实际结构和尺寸建立电机定子直线段温度场实体模型；建立对应于发电机定
技术实现思路
1、本专利技术主要解决原有的技术方案需要创建完整的模型，对人员和计算机硬件的要求较高，并且设计参数迭代效率低的技术问题，提供一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，将定子结构等效为热网络，在重点部位划分节点，按照实际的定子结构和各部分的材料特性，根据不同的导热情况确定定子内各节点间的等效热阻，以热流的平衡为收敛条件得到各节点的温度。
2、本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术包括以下步骤：
3、s1根据定子结构建立热网络模型；
4、s2在上、下层定子线棒中心分别设置热网络节点；
5、s3计算热网络节点间的热阻；
6、s4给各热网络节点赋温度初值；
7、s5计算各热网络节点与各相邻节点间热通量的累计值δqi；
8、s6调节各热网络节点的温度，调节后重新计算各节点的热通量。
9、对定子线棒和定子铁心进行了更加细致的节点划分，同时又考虑了定子线棒沿径向的散热能力和定子上、下层线棒温升的差异，并且计及了定转子气隙内冷却空气温度变化所产生的影响，既保留了热网络法计算效率高这一优势，又提高了计算的精度，为确保机组安全稳定提供更为可靠的结果。
10、作为优选，所述的步骤s1热网络模型包括定子铁心、定子上、下层线棒以及定转子气隙处空气和流道内河水，在各位置设置热网络节点，将有热流传递的相邻结构间的节点进行连线并设置热阻。建立了包含定子上、下层线棒在内的热网络模型并加密了重点区域定子铁心的节点，并且考虑定子线棒沿径向的散热能力以及定子上、下层线棒温升的差异。
11、作为优选，所述的步骤s2在上、下层定子线棒中心分别设置热网络节点，加密定子铁心区域的节点，将上、下层定子线棒节点分别与气隙内空气节点、定子铁心轭部节点连线并设置热阻。
12、作为优选，所述的步骤s2热网络节点间的热阻包括传热热阻和对流热阻，传热热阻计算公式为
13、
14、上式中δt为温度差，q为热通量，l为节点距离，a为传热面积，λ为导热系数；
15、对流热阻计算公式为
16、
17、上式中δt为温度差，q为热通量，l为节点距离，a为传热面积，α为对流换热系数。
18、根据热量传输的形式可以分为热传导、热对流和热辐射。水轮发电机各结构件温升较小，因此热辐射这种传热途径可忽略不计，只需考虑传热热阻和对流热阻。热传导是指直接接触的不同物体间或同一个物体的不同部分间由于温差所导致的一个物体传递给另一个物体或从物体的一部分传递到另一部分的传热方式，热对流是指通过流动介质热微粒由空间的一处向另一处传播热能的传热方式。
19、作为优选，所述的换热系数包括，定子与气隙内空气的换热系数为：
20、
21、其中，v1为气隙内空气的流速；
22、定子线棒端部与空气的对流换热系数为：
23、
24、其中，v2为定子线棒端部的风速；
25、定子机座外壁面换热系数为：
26、
27、其中，定子机座外壁面与河水传热的nusselt数为nu＝0.023×re0.8×pr0.4，λ为水的导热系数，re为雷诺数，pr为普朗特数，d为流道水力直径。采用不同的公式计算定子与空气、河水间的对流换热系数。
28、作为优选，所述的步骤s5具体包括，相邻节点间的热通量为
29、
30、其中，qab为a,b节点间的热通量，ta为a节点的温度，tb为b节点的温度，rab为a节点与b节点间的热阻。
31、作为优选，根据定转子气隙间冷却空气沿轴向逐渐被加热的状态，按照空气实际流动的方向，流体节点的累计热通量增加一个修正项，计算本节点流体被上游相邻流体节点中低温度的流体所取代而产生的热量损失-(tc-td)qρc；其中，tc为本流体节点温度，td为相邻上游流体节点的温度，q为体积流量，ρ为流体密度，c为流体的比热容。
32、作为优选，所述的步骤s6不断重复，直到每个节点热通量趋近于平衡，即各节点产生的热量加上流入的热量等于流出的热量，此时各节点的温度即定子各部位的温度分布，当各节点热通量累计值的最大绝对值max(|δqi|)小于0.0001w时，判定各节点达到了热平衡，输出各节点的温度。
33、本专利技术的有益效果是：充分考虑了定子的实际结构，对定子线棒和定子铁心进行了更加细致的节点划分，同时又考虑了定子线棒沿径向的散热能力和定子上、下层线棒温升的差异，并且计及了定转子气隙内冷却空气温度变化所产生的影响，既保留了热网络法计算效率高这一优势，又提高了计算的精度，为确保机组安全稳定提供更为可靠的结果。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，所述步骤S1热网络模型包括定子铁心、定子上、下层线棒以及定转子气隙处空气和流道内河水，在各位置设置热网络节点，将有热流传递的相邻结构间的节点进行连线并设置热阻。
3.根据权利要求1所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，所述步骤S2在上、下层定子线棒中心分别设置热网络节点，加密定子铁心区域的节点，将上、下层定子线棒节点分别与气隙内空气节点、定子铁心轭部节点连线并设置热阻。
4.根据权利要求1所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，所述步骤S2热网络节点间的热阻包括传热热阻和对流热阻，传热热阻计算公式为
5.根据权利要求4所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，所述换热系数包括，定子与气隙内空气的换热系数为：
6.根据权利要求1所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特
7.根据权利要求1所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，根据定转子气隙间冷却空气沿轴向逐渐被加热的状态，按照空气实际流动的方向，流体节点的累计热通量增加一个修正项，计算本节点流体被上游相邻流体节点中低温度的流体所取代而产生的热量损失-(Tc-Td)qρc；其中，Tc为本流体节点温度，Td为相邻上游流体节点的温度，q为体积流量，ρ为流体密度，c为流体的比热容。
8.根据权利要求1所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，所述步骤S6不断重复，直到每个节点热通量趋近于平衡，即各节点产生的热量加上流入的热量等于流出的热量，此时各节点的温度即定子各部位的温度分布，当各节点热通量累计值的最大绝对值Max(|ΔQi|)小于0.0001W时，判定各节点达到了热平衡，输出各节点的温度。
...【技术特征摘要】
1.一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，所述步骤s1热网络模型包括定子铁心、定子上、下层线棒以及定转子气隙处空气和流道内河水，在各位置设置热网络节点，将有热流传递的相邻结构间的节点进行连线并设置热阻。
3.根据权利要求1所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，所述步骤s2在上、下层定子线棒中心分别设置热网络节点，加密定子铁心区域的节点，将上、下层定子线棒节点分别与气隙内空气节点、定子铁心轭部节点连线并设置热阻。
4.根据权利要求1所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，所述步骤s2热网络节点间的热阻包括传热热阻和对流热阻，传热热阻计算公式为
5.根据权利要求4所述的一种基于热网络模型的水轮发电机定子温升计算方法，其特征在于，所述换热系数包括，定子与气隙内空气的换热系数...
【专利技术属性】
技术研发人员：王铭，李国慧，严科伟，许学庆，方露梦，杨言启，
申请(专利权)人：浙江富春江水电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。