Главная » Учебные материалы » Технические науки » Диссертации » СПбПУ Петра Великого » Аспирантура и докторантура » Кандидатские диссертации » Исследование эффективности газового охлаждения ротора турбогенератора с самовентиляцией из подпазового канала.
Для студентов СПбПУ Петра Великого по предмету Технические наукиИсследование эффективности газового охлаждения ротора турбогенератора с самовентиляцией из подпазового канала.Исследование эффективности газового охлаждения ротора турбогенератора с самовентиляцией из подпазового канала.
2023-02-02СтудИзба

Диссертация: Исследование эффективности газового охлаждения ротора турбогенератора с самовентиляцией из подпазового канала.

Описание

Актуальность работы. В современном тяжелом электромашиностроении основной тенденцией развития остается повышение единичной мощности турбогенераторов, что связано в первую очередь с необходимостью повышения экономичности блока турбины– турбогенератор. Увеличение единичной мощности повышает коэффициент использования турбогенератора и приводит к повышению конкурентоспособности продукции. Важный фактор, ограничивающий мощность турбогенератора, — нагрев обмотки ротора. Большинство ведущих мировых производителей применяет газовое охлаждение: воздушное для машин мощностью до 400–500 МВт; водородно-водяное при мощности до 1300–1500 МВт и двухполюсном исполнении. В течение долгих лет проблема эффективного газового охлаждения роторов остается одной из первоочередных в мировом турбогенераторостроении. Детальная проработка теоретических и практических вопросов теплообмена турбогенераторов отражена в работах отечественных ученых А.Е. Алексеева, Г.М. Хуторецкого, И.Ф. Филипова, Э.И. Гуревича, В.П. Анемподистова, Т.И. Альпер, И.С. Генендера, Л.А. Дугинова и др., а также зарубежных авторов C. Фейхгеймера, Й. Хака, Г. Готтера, Р. Йохо, А. Боглиетти, Ц. Юнгреутхмаера, Г. Траxлер-Самека, Г.-Х. Жоу, Т. Китайяма и др. Принцип самовентиляции обмотки ротора с радиальными каналами, питаемыми из подпазовых каналов, получил широкое распространение в мировой практике при построении систем воздушного и водородного охлаждения турбогенераторов. Применение данной системы газового охлаждения должно обеспечивать минимизацию общего уровня температуры и ее локальных значений в пазовой части обмотки ротора. Важно, что удовлетворительного решения задачи о суммарном расходе газа, определяющей уровень средней температуры обмотки, недостаточно для успешного проектирования всей системы охлаждения. Это связано с тем, что различные варианты конструкции радиальных и пазовых каналов дают при практически одном и том же расходе газа существенно различные температурные поля в пазовой зоне ротора. Поэтому актуальна многофакторная задача исследования влияния параметров конструкции системы охлаждения ротора на температурное поле в его активной зоне. Выявление физических эффектов, при детальном изучении условий течения газа в вентиляционной системе, позволяет уточнить тепловые характеристики конструкции, исключить температурные аномалии, в частности, обнаружить скрытые ее резервы в отношении сглаживания температурных разностей в пределах пазовой части обмотки ротора. Неудачные конструктивные решения приводят к значительным разностям температуры (локальным перегревам) в пазовой зоне ротора. В современных конструкциях роторов снижение неравномерности распределения температуры обмотки ротора вдоль его длины достигается применением подпазового канала переменного сечения. Помимо этого, учет подогрева газа в подпазовом и радиальных каналах приводит к более достоверным результатам. Эффективность данных проектных приемов исследована недостаточно, поэтому поставленная в диссертации задача более строгого исследования вопроса является актуальной.
Целью диссертации является исследование эффективности газового охлаждения ротора турбогенератора с самовентиляцией из подпазового канала.
Для достижения этой цели требуется решение следующих конкретных задач: — разработать методику численного моделирования для решения сопряженных задач теплопередачи охлаждения пазовой части ротора с учетом реальной геометрии конструкции, распределения внутренних источников тепла и характере течения охлаждающего газа. — для повышения достоверности результатов моделирования выполнить сопоставление методики с использованием экспериментальных данных, полученных на физической модели ротора турбогенератора, и данных испытаний на нагревание турбогенераторов с воздушным и водородным охлаждением. — изучить условия течения охлаждающего газа в системе вентиляционных каналов и определить детальную картину распределения газовых потоков в роторе. — найти закономерности и установить особенности охлаждения медных проводников пазовой части обмотки ротора, в частности, оценить воздействие подогрева газа в подпазовом канале на распределение температуры обмотки ротора вдоль его длины. — исследовать применение системы самовентиляции обмотки ротора из подпазовых каналов для турбогенераторов наибольшей мощности (двухполюсных свыше 300 МВт при воздушном охлаждении и четырехполюсных свыше 1200 МВт при водородно-водяном охлаждении) в зависимости от конструктивных параметров с достижением благоприятных показателей теплового состояния обмотки ротора.
Объект исследования. Объектом исследования является ротор турбогенератора с радиальными каналами, питаемыми из подпазовых каналов, предназначенный для систем воздушного и водородного охлаждения турбогенераторов, в том числе применение данной системы охлаждения в турбогенераторах предельной мощности.
Предмет исследования. Предметом исследования является выявление физических эффектов современными численными методами при детальном изучении условий течения газа в вентиляционной системе, что позволяет уточнить тепловые характеристики конструкции, исключить температурные аномалии, а также обнаружить ее скрытые резервы в отношении сглаживания температурных разностей в пределах пазовой части обмотки ротора. В исследовании температурного поля обмотки ротора принимаются во внимание два фактора, смягчающие неравномерность распределения температуры. Это подогрев газа в подпазовом канале и локальная интенсификация конвективного теплообмена в радиальных каналах, расположенных на начальном участке системы охлаждения. Учет этих факторов приводит к более объективному представлению о тепловом состоянии ротора. Значительную сложность при численных расчетах процессов аэродинамики и теплообмена представляют задачи сопоставление математических моделей этих процессов с опытом. Для удовлетворительного решения задач обычно необходимы данные натурных экспериментов для тех систем и конструкций, которые подвергаются математическому моделированию. В настоящем исследовании численная аэродинамическая модель сопоставлена с имеющимися в литературе результатами полномасштабного физического эксперимента, который был проведен на роторе турбогенератора с самовентиляцией обмотки ротора из подпазового канала. Далее результаты решения совместной тепловой и аэродинамической задач были сопоставлены с экспериментальными данными, полученными на станции службами эксплуатации и отделом натурных испытаний завода Электросила АО «Силовые Машины» для турбогенераторов с воздушным охлаждением мощностью 160 и 320 МВт, и с водородным охлаждением мощностью 500 МВт, находящихся в эксплуатации. В исследовании применены современные методы математического моделирования аэродинамических и температурных полей, реализованные в комплексной платформе ANSYS Workbench (Fluent), с использованием параметризации исходных параметров посредством написанного программного кода с последующей обработкой данных в системе The MathWorks Matlab. Для повышения достоверности расчетов в работе представлен имеющийся в литературе экспериментальный материал, содержащий результаты как полномасштабного физического моделирования, так и детальных тепловых исследований действующих турбогенераторов на месте эксплуатации.
Научная новизна работы заключается в следующем. 1. Разработана методика численного моделирования для решения сопряженных задач теплопередачи охлаждения пазовой части ротора, учитывающая все значимые геометрические параметры физической модели и газодинамические свойства процесса охлаждения. 2. Для сопоставления результатов численного моделирования с опытом используются данные эксперимента на полноразмерной физической модели пазовой части ротора турбогенератора и опытные данные испытаний генераторов, находящихся в эксплуатации. 3. На основе решений численного моделирования сопряженной задачи теплопередачи подробно изучены механизм течения охлаждающего газа и теплообмен в рассматриваемой системе газового охлаждения пазовой зоны ротора турбогенератора, что позволяет уточнить тепловые характеристики конструкции и обнаружить скрытые резервы с целью выравнивания температуры в пределах пазовой части обмотки ротора. 4. Выполнено объективное сопоставление конструкций численными методами по ряду не принятых во внимание предыдущими исследователями физических факторов, а именно: подогрев газа в подпазовых каналах; неодинаковая интенсивность конвективного теплообмена в радиальных каналах, по-разному удаленных от входа в подпазовый канал. 5. Изучена локальная интенсификация конвективного теплообмена в радиальных каналах, обусловленная характером течения газа внутри канала.
Теоретическая значимость. В работе представлено дальнейшее развитие теории теплообмена, а именно, исследование системы охлаждения ротора турбогенератора с радиальными и подпазовым каналами с использованием современных методов численного моделирования. Данная система охлаждения недостаточно изучена в общей теории теплообмена, поэтому теоретическую новизну представляет собой разработанная методика численного моделирования для решения сопряженных задач теплопередачи охлаждения пазовой части ротора.
Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в уточнении инженерных методов расчета охлаждения пазовой части ротора турбогенератора посредством решения сопряженных задач теплопередачи современными численными методами, которые пригодны для применения в практике проектирования турбогенераторов и опробованы соискателем в инженерной работе на предприятии АО «Силовые машины» завод «Электросила». Использование данного метода позволит избежать чрезмерных термических резервов в проектных расчетах, что дает возможность повысить использование активного объема турбогенератора. Реализация и внедрение результатов работы: Исследования диссертационной работы проводились при поддержке научных программ: научный проект №19-38-90031 «Исследование эффективности газового охлаждения ротора турбогенератора с самовентиляцией из подпазового канала», финансируемый Федеральным Государственным Бюджетным Учреждением «Российский фонд фундаментальных исследований».
Достоверность полученных результатов определяется использованием современных численных методов расчета – метода конечных объемов (МКО), а также сравнительным анализом результатов, полученных в ходе данной работы, с имеющимися в литературе результатами эксперимента на полномасштабной физической модели ротора и результатами испытаний действующих турбогенераторов на электрических станциях.

Файлы условия, демо

Автореферат.pdf

Характеристики диссертации

Учебное заведение
Просмотров
9
Покупок
0
Размер
6,1 Mb

Список файлов

  • Диссертация.pdf 6,1 Mb

Комментарии

Поделитесь ссылкой:

Нужна помощь в написании диссертации?

Подберём лучшего эксперта, который поможет на всех этапах от выбора темы до защиты диссертации магистра, кандидата или доктора наук!

Цена: 700 руб.
Расширенная гарантия +3 недели гарантии, +10% цены
Рейтинг-
0
0
0
0
0
Поделитесь ссылкой:
Сопутствующие материалы
Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Нет! Мы не выполняем работы на заказ, однако Вы можете попросить что-то выложить в наших социальных сетях.

Отзывы студентов

Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
4307
Авторов
на СтудИзбе
632
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее