Математическая модель совместного расчета электромагнитного поля и нагревов торцевой зоны мощного турбогенератора

Разработана квазитрехмерная полевая математическая модель электромагнитного поля и теплообменных процессов в торцевой зоне мощного турбогенератора. Модель занимает промежуточное положение между дву- и трехмерным решениями и построена на численных расчетах в поперечном и продольном сечениях турбогенератора, взаимосвязанных при помощи комплекса граничных условий. На первом этапе рассматривается двумерная полевая модель электромагнитного поля поперечного сечения центральной зоны турбогенератора. Затем с учетом распределения поля в центральной части моделируется магнитное поле в продольном сечении. Учитывая симметрию машины вдоль осевого и радиального направлений, расчетная область торцевой зоны рассматривается в виде половины сечения ротора вдоль его оси и сечения зубца сердечника статора в тангенциальном направлении (по окружности). Принимая полученное в режиме нагрузки машины распределение электромагнитных параметров как исходные данные, определены тепловые потери в элементах и узлах торцевой зоны. В результате решения совместной задачи расчета электромагнитного поля и теплообменных процессов получено распределение нагревов не только на поверхности, но и внутри конструктивных деталей концевой зоны. В частности, установлено, что максимальная температура 97,3 °С имеет место в зубцовой зоне крайнего пакета сердечника статора. Это объясняется совместным воздействием основного радиального поля, аксиального потока рассеяния лобовых частей обмотки статора и ротора, а также «выпучиванием» части основного потока из воздушного зазора. Кроме того, эффект экранирования нажимной плиты является причиной локальной концентрации поля в зубцовой зоне крайнего пакета. Представленная модель позволяет уже на стадии проектирования оценить эффективность конструктивных решений по формированию торцевой зоны статора турбогенератора для разных режимов нагрузки машины, в том числе для режимов потребления реактивной мощности.

1. Кенсицький, О. Г. Електромагнітне поле у торцевій зоні турбогенератора при зміні реактивного навантаження / О. Г. Кенсицький, Д. І. Хвалін // Технічна електродинаміка. 2018. № 1. С. 62−68.

2. Кенсицький, О. Г. Квазітривимірна модель електромагнітного поля у торцевій зоні турбогенератора / О. Г. Кенсицький, Д. І. Хвалін // Праці Ін-ту електродинаміки Національної академії наук України. 2017. № 48. С. 59−64.

3. Милых, В. И. Принципы расчета магнитного поля в торцевой зоне турбогенератора в различных режимах его работы / В. И. Милых, А. И. Высочин // Електротехніка і електромеханіка. 2010. № 3. С. 17−22.

4. Милых, В. И. Численные расчеты магнитных полей в торцевой зоне турбогенераторов / В. И. Милых, Н. В. Полякова // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Збірник наукових праць. Серія: Електричні машини та електромеханічне перетворення енергії. 2015. Т. 1114, № 5. С. 3−11.

5. Eddy Current Analysis in the Stator End Structures of Large Capacity Turbine Generators / M. Fujita [et al. // International Conference on Electrical Machines and Systems, November, 2009. Tokyo, Japan, 2009. P. 1−6. https://doi.org/10.1109/icems.2009.5382938

6. Постников, И. М. Электромагнитные и тепловые процессы в концевых частях мощных турбогенераторов / И. М. Постников, Л. Я. Станиславский, Г. Г. Счастливый. Киев: Наукова думка, 1971. 360 с.

7. Турбогенераторы. Расчет и конструкция / В. В. Титов [и др.]. Л.: Энергия, 1967. 896 с.

8. Счастливый, Г. Г. Турбои гидрогенераторы при переменных графиках нагрузки / Г. Г. Счастливый, Г. М. Федоренко, В. И. Выговский. Киев: Наукова думка, 1985. 208 с.

9. Comsol Multiphysics Modeling and Simulation Software [Electronic Resource]. Mode of access: http://www.comsol.com/.

10. Счастливый, Г. Г. Прибор для измерения теплоотдачи в электрических машинах и аппаратах / Г. Г. Счастливый, Г. М. Федоренко, В. И. Выговский // Электротехническая промышленность. Серия: Электрические машины. 1978. № 7. С. 10−13.