К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом
Выполнено моделирование теплового состояния ротора синхронного турбогенератора мощностью 550 МВт с непосредственным охлаждением обмотки водородом. Температурное поле ротора исследовано с помощью метода конечных элементов в трехмерной постановке. Математическое моделирование поставленной задачи реали...
Saved in:
| Published in: | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Date: | 2017 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2017
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127655 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом / Е.А. Овсянникова // Проблемы машиностроения. — 2017. — Т. 20, № 3. — С. 19-24. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860132891223130112 |
|---|---|
| author | Овсянникова, Е.А. |
| author_facet | Овсянникова, Е.А. |
| citation_txt | К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом / Е.А. Овсянникова // Проблемы машиностроения. — 2017. — Т. 20, № 3. — С. 19-24. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы машиностроения |
| description | Выполнено моделирование теплового состояния ротора синхронного турбогенератора мощностью 550 МВт с непосредственным охлаждением обмотки водородом. Температурное поле ротора исследовано с помощью метода конечных элементов в трехмерной постановке. Математическое моделирование поставленной задачи реализовано в компьютерной среде SolidWorks. Приведены корреляции для определения коэффициентов теплоотдачи, которые были получены разными учеными в 1959-1970 гг. и нашли применение в области проектирования систем охлаждения ядерных ракетных двигателей. Выбрана корреляция, которая обеспечивает соответствие расчетного распределения температур в роторе и испытательного. Распределение температур в обмотке ротора получено в результате проведения тепловых испытаний турбогенератора мощностью 550 МВт на ГП «Завод «Электротяжмаш» в режиме холостого хода и короткого замыкания. По результатам испытаний максимальная температура обмотки ротора в номинальном режиме составила 74,7 °С (347,7 К). Сравнение расчётных данных и результатов испытаний показывает, что погрешность расхождения составляет не более 10%. Тепловое состояние ротора не накладывает ограничений на величину номинальной мощности генератора.
Виконано моделювання теплового стану вузлів ротора синхронного турбогенератора потужністю 550 МВт з безпосереднім охолодженням обмоток воднем. Температурне поле ротора досліджено за допомогою методу скінченних елементів у тривимірній постановці. Наведено кореляції для визначення коефіцієнтів теплопередачі, що були отримані різними вченими під час проведення серії експериментів і обрано ту, що забезпечує відповідність розрахункового розподілу температур у роторі до випробувального.
Modeling of the rotor thermal state of a synchronous turbogenerator of 550 MW with direct cooling of the winding by hydrogen is performed. The temperature field of the rotor is investigated by finite element method in a three-dimensional formulation. Mathematical modeling of the task is implemented in the SolidWorks computer environment. Correlations for determination of the heat transfer coefficients that were obtained by different scientists in 1959-1970 and applicated in the design of cooling systems for nuclear rocket engines are given. Correlation was selected that provides temperature distribution corresponds to test results. The temperature distribution of the rotor winding was obtained as a result of thermal test of 550 MW turbogenerator which were carried out at State Enterprise «Plant «Electrotyazhmash» in idling and short circuit mode. According to test results, maximum temperature of the rotor winding in the nominal mode was 74.7 ° C (347.7 K). The comparison of the calculated data and test results shows that the difference is not more than 10%. The thermal state of the rotor does not restrict of the nominal power of the generator.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:45:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
АЕРОГІДРОДИНАМІКА ТА ТЕПЛОМАСООБМІН
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 3 19
7. Lampart, P. Validation of 3D RANS Solver With a State Equation of Thermally Perfect and Calorically Imperfect
Gas on a Multi-Stage Low-Pressure Steam Turbine Flow / P. Lampart, A. Rusanov, S. Yershov // J. of Fluids Eng. –
2005. – Vol. 127. – Р. 83–93.
8. Lampart, P. Increasing flow efficiency of high-pressure and low-pressure stream turbine stages from numerical op-
timization of 3D blading / P. Lampart, S. Yershov, A. Rusanov // Engineering Optimization. – 2005. – Vol. 37. –
Р. 145–166.
9. REFPROP, National Institute of Standards and Technology Standard Reference Database Number 23. – Available
from:: http://www.nist.gov/srd/nist23.htm.
10. Русанов, А. В. Интерполяционно-аналитический метод учета реальных свойств газов и жидкостей /
А. В. Русанов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. − 2013. − № 3/10 (63). − С. 53−57.
11. IAPWS, Revised Release on the IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water
Substance for General and Scientific Use. – Available from: http://www.iapws.org.
12. Younglove, B. A., Thermophysical Properties of Fluids II Methane, Ethane, Propane, Isobutane, and Normal Butane
/ B. A. Younglove, J. F. Ely // J. Physical and Chemical Reference Data. – 1987. – Vol. 16, No. 4. –
Р. 577–798.
13. Нащокин, В. В. Техническая термодинамика и теплопередача / В. В. Нащокин. – М.: Высш. шк., 1980. –
496 с.
14. Opracowanie kanału przepływowego turbiny osiowej ORC na czynnik roboczy MDM 500 kW i 1 MW z łopatkami
kształtowanymi wzdłuż wysokości kanału / R. Rusanov, M. Szymaniak, Ł. Jędrzejewski, P. Bagiński. – Nr arch.
1063/2014, Gdańsk, IMP PAN.
Поступила в редакцию 20.06.17
Е. А. Овсянникова
ГП завод «Электротяжмаш»,
г. Харьков,
Национальный аэрокосмиче-
ский университет
им. Н. Е. Жуковского «ХАИ»,
е-mail:
olena.ovsyanikova@gmail.com
УДК 621.1.016.7
К ВОПРОСУ МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ
РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА МОЩНОСТЬЮ
550 МВТ, ОХЛАЖДАЕМОГО ВОДОРОДОМ
Виконано моделювання теплового стану вузлів ротора синхронного тур-
богенератора потужністю 550 МВт з безпосереднім охолодженням об-
моток воднем. Температурне поле ротора досліджено за допомогою
методу скінченних елементів у тривимірній постановці. Наведено коре-
ляції для визначення коефіцієнтів теплопередачі, що були отримані різ-
ними вченими під час проведення серії експериментів і обрано ту, що за-
безпечує відповідність розрахункового розподілу температур у роторі до
випробувального.
Ключові слова: турбогенератор,
обмотка ротора, тепловий стан,
метод скінченних елементів.
Введение
Турбогенератор мощностью 550 МВт относится к генераторам большой мощности. Схема
охлаждения представлена на рис. 1.
Основные узлы ротора турбогенератора: вал, обмотка возбуждения, уложенная в продольные
пазы в теле ротора, бандажные кольца, удерживающие лобовые части обмотки от действия центро-
бежных сил, центробежные компрессоры с двух сторон вала, обеспечивающие непосредственное
принудительное охлаждение обмотки ротора водородом.
Ротор исследуемого генератора мощностью 550 МВт двухполюсный, обмотка возбуждения
уложена в 36 пазах и выполнена из 18 концентрических катушек (по 9 катушек на каждый полюс). На
каждом полюсе имеется по одной малой катушке, состоящей из 5 витков. Остальные катушки –
большие, выполнены из 7 витков. Виток состоит из двух медных проводников П-образной формы,
образующих канал для прохождения водорода.
Е. А. Овсянникова, 2017
АЕРОГІДРОДИНАМІКА ТА ТЕПЛОМАСООБМІН
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 3 20
Напор и расход охлажда-
ющей среды обеспечиваются
центробежными компрессорами,
расположенными на валу ротора.
Ротор охлаждается симметрично
относительно центра. Охлажда-
ющая среда – водород поступает
в обмотку через торцевые отвер-
стия в витках и разделяется на
два потока. Один поток охлажда-
ет лобовую часть, другой – пазо-
вую часть обмотки: В малой ка-
тушке водород проходит до се-
редины пазовой части ротора (на
длине 3м) и выпускается через
радиальные отверстия в провод-
никах в зазор между ротором и
статором. В больших катушках поступивший с торцевых отверстий водород проходит ¼ пазовой ча-
сти витка. Для дальнейшего охлаждения холодный газ подается из подпазовых каналов.
При проектировании турбогенераторов большой мощности (свыше 300 МВт) особое внима-
ние уделяется оценке теплового состояния ротора [1, 2]. Стандартная методика определения теплово-
го состояния ротора основана на методе развернутых эквивалентных схем замещения [3]. Однако
этот метод позволяет оценить только среднюю температуру узлов ротора. Метод не учитывает слож-
ную пространственную геометрию элементов турбогенератора, различие в условиях теплопередачи
по участкам. Таким образом, в настоящее время отсутствуют результаты анализа теплового состоя-
ния ротора турбогенератора с непосредственным охлаждением водородом, который бы учитывал
пространственное распределение тепловыделения и пространственную неравномерность условий
теплопередачи. Проведение более точного исследования с учетом тепловыделений в обмотке ротора
и распределения коэффициентов теплоотдачи по длине охлаждающего канала обмотки позволит по-
высить производительность и эффективность генератора.
Цель исследования, постановка задачи
Целью исследования является моделирование теплового состояния ротора с учетом простран-
ственного тепловыделения и различной интенсивности теплопередачи по участкам обмотки; повы-
шение эффективности турбогенератора. Для достижения цели необходимо решить задачи:
− разработать математические модели теплового состояния элементов ротора турбогенератора в
трехмерной стационарной постановке;
− выбрать корреляции для определения коэффициентов теплопередачи для водорода на базе экспе-
риментальных данных и их на основе сформировать граничные условия на различных участках
ротора;
− численно исследовать тепловое состояние элементов ротора с использованием предложенных мо-
делей, граничных условий на номинальном режиме работы;
− на основе анализа теплового состояния разработать способы повышения эффективности системы
охлаждения.
Анализ состояния проблемы
Пространственное стационарное распределение температуры в теле ротора и в его узлах опи-
сывается нелинейным дифференциальным уравнением Пуассона в частных производных [2]
0,
θ
λ
θ
λ
θ
λ
2
2
2
2
2
2
=+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
w
zyx
zyx
где θ – разность температур, К; w – объемная плотность тепловыделения, Вт/м
3
; λ – теплопровод-
ность, Вт/(м⋅К).
Рис. 1. Схема охлаждения турбогенератора мощностью 550 МВт
АЕРОГІДРОДИНАМІКА ТА ТЕПЛОМАСООБМІН
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 3 21
Решение уравнения Пуассона в трехмерной постановке возможно только с применением спе-
циальных численных методов. Наиболее распространенным является метод конечных элементов, ре-
ализованный в компьютерной среде SolidWorks. Достоинствами метода являются высокая точность
расчёта и наглядность; возможность сформулировать задачу в трехмерной постановке [4].
Решением уравнения является температура как функция координат. Для замыкания уравнения
используют граничные условия, как правило, III рода, характеризующие условия теплопередачи на
границах системы с охлаждающей средой. Условия теплопередачи однозначно задаются распределе-
нием коэффициентов теплоотдачи на поверхности ротора и на внутренних стенках каналов провод-
ников с током и значением температуры охлаждающей среды.
В качестве охлаждающей среды используется водород в газообразном состоянии при темпе-
ратуре 40÷45 °С и избыточном давлении в системе охлаждения 0,5 МПа. Центробежный вентилятор
обеспечивает скорость водорода на выходе из вентилятора порядка 180 м/с. Для водорода число
Прандтля Pr ≈ 0,7 и слабо зависит от изменения температуры. Порядок критерия Рейнольдса
Re ≈ 104. Режим установившегося течения в охлаждающих каналах ротора турбулентный. В данной
работе охлаждающий канал витка имеет прямоугольное сечение, в связи с этим расчет числа Рей-
нольдса произведен по эквивалентному гидравлическому диаметру.
Для расчета коэффициентов теплоотдачи водорода использовались экспериментальные кор-
реляции, полученные разными учеными в 1959–1970 гг. Серия опытов была проведена для изучения
теплопередающих свойств жидкого и газообразного водорода. Следует отметить, что критическая
точка водорода соответствует температуре –240 °С (33 К) и давлению 1,3 МПа. Т. е. при температуре
выше –240 °С водород переходит из жидкого состояния в газообразное, а выше 1,3 МПа находится в
сверхкритическом состоянии.
В экспериментах авторами варьировались различные параметры: внутренний диаметр трубы
(D), отношение длины трубы к внутреннему диаметру трубы в исследуемом сечении (x/D), давление
водорода (р) и температура водорода по объему (Tb), температура внутренней стенки трубы (Ts), по-
верхностный тепловой поток (Q/S), где Q – тепловыделения, переданные газу; S – поверхность теп-
лопередачи; число Рейнольдса (Reb), определенное по теплофизическим свойствам водорода при
температуре водорода по объему. Здесь индекс b − с англ. bulk − объем, индекс s – с англ. surface −
поверхность, стенка.
Так как охлаждающая среда водород на выходе из газоохладителей имеет температуру
Тb = 40 °С, а на входе в обмотку Тb∼45 °С т. е. находится в газообразном состоянии, то для описания
конвективного отвода тепла от стенок охлаждающих каналов обмотки ротора были отобраны только
корреляции, описывающие интенсивность теплообмена для газообразного водорода [4, 5, 6].
В 1960 г. McCarthy J. R. и Wolf H. провели эксперимент для газообразного водорода в элек-
трически нагреваемой стальной трубе и предложили уравнение [5]
( ) 55,04,08,0 /PrRe025,0Nu
−
⋅⋅⋅=
bsbbb
TT .
Taylor M. F. в 1965 г. получил критериальное уравнение, позволяющее описать теплопередачу
газообразного водорода (и гелия) с учетом параметра x/D [6]
( ) )/0019,029,0(4,08,0 /PrRe021,0Nu
Dx
bsbbb
TT
⋅+−
⋅⋅⋅= .
В 1968–1970 Taylor, работая над программами по разработке ядерных ракетных двигателей
NERVA и Phoebus-2, объединил корреляции, полученные Dalle Donne и Bowditch; Miller и Taylor;
Petukhov, Kirillov и Maidanik, и вывел уравнение [7]
( ) xD
bsbbb
TT
/59,157,04,08,0 /PrRe023,0Nu
⋅−−
⋅⋅⋅= .
Основные параметры испытательных установок и начальные условия при проведении выше-
перечисленных экспериментов представлены в табл. 1.
АЕРОГІДРОДИНАМІКА ТА ТЕПЛОМАСООБМІН
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 3 22
Таблица 1. Условия проведения экспериментов для водорода
Имя год D, мм x/D
Ts, °С,
(°R)
Tb, °С
(°R)
Ts/Tb р, МПа
Q/S,
МВт/м
2
Reb
McCarthy
&
Wolf
1960 4,93÷10,93 5,8÷50,2
188÷971
(830÷2240)
-198÷38
(135÷560)
1,5÷11,1 0,22÷9,3 0,059÷24,2
7800÷
1,5⋅10
6
Taylor 1965 2,92 11,6÷77
-79÷2671
(350÷5300)
-133,1÷-92,59
(252÷325)
1,4÷8 0,26÷0,47 1,37÷3,92
5700÷
48400
Taylor 1968 2,92 2÷252
-209,8÷2855
(114÷5630)
-248,1÷45,2
(45÷573)
1,1÷23 0,124÷17,2 0,06÷45,7
7500÷
13,8⋅10
6
Выбор предложенных уравнений для описания конвективного отвода тепла от стенок охла-
ждающих каналов обмотки ротора в качестве возможного обоснован тем, что параметры водорода в
системе охлаждения проектируемого турбогенератора (р = 0,5 МПа; Тb = 40÷45 °С) входят в диапазо-
ны давлений водорода для всех уравнений и в диапазоны температур водорода на входе для уравне-
ний [5] и [7]. Уравнение [6] справедливо в области низких температур водорода, однако учитывая,
что существенное влияние на интенсивность теплоотдачи водорода оказывает изменение давления,
уравнение также может быть рассмотрено в качестве расчетного.
Результаты моделирования. Анализ результатов
Тепловыделения в витках прямо пропорциональны квадрату тока и имеют наибольшее значе-
ние при номинальном режиме работы. Поэтому рассмотрен номинальный режим работы, характери-
зуемый наибольшими температурными показателями.
Пазовая часть обмотки была
разбита на участки с постоянным
значением коэффициента теплоот-
дачи вдоль участка (рис. 2).
Расчет α проводился по
среднему значению скорости на
расчетном участке. Расчётные зна-
чения α согласно формулам [5–7]
представлены в табл. 2.
Для номинального режима
работы (ток возбуждения 4650 А)
объемные тепловыделения пазовой
части одного витка малой катушки
при протекании по нему постоянно-
го тока составляют ∼3500 Вт, большой катушки ∼ 4900 Вт.
Таблица 2. Значения коэффициентов теплоотдачи по участкам
Параметры Большая катушка Большая катушка Малая катушка
x, м 0,35 0,6 0,3 0,25 0,25 0,3 0,4 0,3 0,25 0,9 0,9 0,95 0,25
α[5],Вт/(м
2⋅К) 2177 1647 1309 818 1969 1647 1424 1191 946 2074 1537 1191 818
α[6],Вт/(м
2⋅К) 2059 1524 1243 780 1879 1565 1341 1131 903 1868 1384 1073 780
α[7],Вт/(м
2⋅К) 1917 1470 1146 711 1712 1443 1259 1043 823 1863 1380 1070 711
Результаты расчёта
Результаты расчета теплового состояния ротора вдоль пазовой части большой катушки при
номинальном режиме работы, полученные методом конечных элементов, представлены на рис. 3, 4.
По результатам расчета максимальная температура в наиболее теплонапряженном месте – се-
редине ротора – при номинальном режиме работы составляет 78 °С, что не превышает допустимых
пределов по нагреву для изоляционных материалов. Установлено, что наибольшее соответствие рас-
четного распределения температуры к экспериментальному дает корреляция [7]. Повышение темпе-
Рис. 2. Схема разбиения большой катушки по участкам
с различной теплоотдачей
АЕРОГІДРОДИНАМІКА ТА ТЕПЛОМАСООБМІН
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 3 23
ратуры обмотки к середине
ротора при равномерном теп-
ловыделении объясняется ро-
стом температуры охлаждаю-
щей среды при движении по
каналу проводника.
На ГП «Завод «Элек-
тротяжмаш» проведены теп-
ловые испытания генератора
мощностью 550 МВт в режи-
ме холостого хода и короткого
замыкания. В результате была
получена зависимость темпе-
ратуры обмотки ротора от
тепловыделений, представ-
ленная на рис. 5.
Температура обмотки
ротора определялась по изме-
нению сопротивления про-
водников при прохождении по
ним постоянного тока, изме-
ренного методом вольтметра-
амперметра [8–10].
Максимальная темпе-
ратура обмотки ротора в но-
минальном режиме составила
74,7 °С, в режиме короткого
замыкания 65,2 °С. Допусти-
мая предельная температура
нагрева изоляции обмотки ро-
тора по требованию Заказчика
составляет 125 °С.
Выводы
Исследовано тепловое
состояние ротора турбогене-
ратора мощностью 550 МВт с
непосредственным охлажде-
нием обмотки водородом. За-
дача решена в трехмерной по-
становке. Учтено изменение
интенсивности теплопередачи
при движении водорода вдоль
охлаждающих каналов в вит-
ках обмотки. По результатам
расчета методом конечных
элементов температура пазо-
вой части катушки в номинальном режиме не превышает 78°С. Сравнение расчётных данных и ре-
зультатов испытаний показывает, что погрешность расхождения расчётных температур с результата-
ми измерений составляет не более 10%, что подтверждает адекватность модели и замыкающего соот-
ношения для коэффициентов теплоотдачи. Тепловое состояние ротора не накладывает ограничений
Рис. 3. Изменение температуры вдоль пазовой части витков большой
катушки при номинальном режиме
Рис. 4. Температура вдоль пазовой части витков малой катушки
АЕРОГІДРОДИНАМІКА ТА ТЕПЛОМАСООБМІН
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 3 24
на величину номинальной мощности
генератора. Наличие запасов по нагре-
ву дает возможность повысить мощ-
ность генератора при сохранении тем-
пературы и давления охлаждающей
среды.
Одним из возможных вариан-
тов интенсификации охлаждения мо-
жет быть увеличение поверхности
охлаждения (площади теплосъема) за
счет «выскабливания» продольных ка-
навок на стенках внутренних охлажда-
ющих каналов проводников, выпол-
ненных из мягкого медного материала,
перед сборкой их в виток.
Литература
1. Аврух, В. Ю. Теплогидравлические процессы в турбо- и гидрогенераторах / В. Ю. Аврух, Л. А. Дугинов. –
М.: Энергоатомиздат, 1991. – 208 c.
2. Извехов, В. И. Проектирование турбогенераторов / В. И. Извехов, Н. А. Серихин, А. И. Абрамов. – М.:
Моск. энерг. ин-т, 2005. – 440 с.
3. Przybysz, J. Metoda wyznaczania rozkładu temperatur w uzwojeniu wirnika turbogeneratora / J. Przybysz //
Archiwum elektrotechniki. – 1973. – Vol. XXII. – S. 767–777.
4. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский,
А. А. Собачкин, Е. В. Одинцов, А. И. Харитонович, Н. Б. Пономарев]. – СПб.: БХВ-Петербург, 2008. –
1040 с.
5. Dziedzic, W. M. Analytical Comparison of Convective Heat Transfer Correlations in Supercritical Hydrogen /
W.M. Dziedzic, S.C. Jonest, D.C. Gould, D.H. Petley // AIAA Journal of Thermophysics and Heat Transfer. – 1993.
– Vol. 7, No. 1.
6. Locke, J. M. Uncertainty Analysis of Heat Transfer to Supercritical Hydrogen in Cooling Channels / J. M. Locke,
D. B. Landrum // AIAA 2005-4303. – 2005.
7. Taylor, M. F. Correlation of Local Heat-Transfer Coefficients for Single-Phase Turbulent Flow of Hydrogen in
Tubes With Temperature Ratios to 23 / M. F. Taylor // NASA TN D-4332. – 1968.
8. Гуревич, Э. И. Тепловые испытания турбогенераторов большой мощности / Э. И. Гуревич. – Л.: Энергия,
1969. – 168 с.
9. Коварский, Е. М. Испытание электрических машин / Е. М. Коварский, Ю. И. Янко. – М.: Энергоатомиздат,
1990. – 320 с.
10. Klempner, G. Operation and Maintenance of Large Turbo-generators / G. Klempner, I. Kerszenbaum. – New York:
IEEE, 2004. – 560 p.
Поступила в редакцию 27.06.17
Рис. 5. Зависимость температуры обмотки ротора
от тепловыделений проводников
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127655 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0131-2928 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:45:54Z |
| publishDate | 2017 |
| publisher | Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Овсянникова, Е.А. 2017-12-24T16:38:59Z 2017-12-24T16:38:59Z 2017 К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом / Е.А. Овсянникова // Проблемы машиностроения. — 2017. — Т. 20, № 3. — С. 19-24. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127655 621.1.016.7 Выполнено моделирование теплового состояния ротора синхронного турбогенератора мощностью 550 МВт с непосредственным охлаждением обмотки водородом. Температурное поле ротора исследовано с помощью метода конечных элементов в трехмерной постановке. Математическое моделирование поставленной задачи реализовано в компьютерной среде SolidWorks. Приведены корреляции для определения коэффициентов теплоотдачи, которые были получены разными учеными в 1959-1970 гг. и нашли применение в области проектирования систем охлаждения ядерных ракетных двигателей. Выбрана корреляция, которая обеспечивает соответствие расчетного распределения температур в роторе и испытательного. Распределение температур в обмотке ротора получено в результате проведения тепловых испытаний турбогенератора мощностью 550 МВт на ГП «Завод «Электротяжмаш» в режиме холостого хода и короткого замыкания. По результатам испытаний максимальная температура обмотки ротора в номинальном режиме составила 74,7 °С (347,7 К). Сравнение расчётных данных и результатов испытаний показывает, что погрешность расхождения составляет не более 10%. Тепловое состояние ротора не накладывает ограничений на величину номинальной мощности генератора. Виконано моделювання теплового стану вузлів ротора синхронного турбогенератора потужністю 550 МВт з безпосереднім охолодженням обмоток воднем. Температурне поле ротора досліджено за допомогою методу скінченних елементів у тривимірній постановці. Наведено кореляції для визначення коефіцієнтів теплопередачі, що були отримані різними вченими під час проведення серії експериментів і обрано ту, що забезпечує відповідність розрахункового розподілу температур у роторі до випробувального. Modeling of the rotor thermal state of a synchronous turbogenerator of 550 MW with direct cooling of the winding by hydrogen is performed. The temperature field of the rotor is investigated by finite element method in a three-dimensional formulation. Mathematical modeling of the task is implemented in the SolidWorks computer environment. Correlations for determination of the heat transfer coefficients that were obtained by different scientists in 1959-1970 and applicated in the design of cooling systems for nuclear rocket engines are given. Correlation was selected that provides temperature distribution corresponds to test results. The temperature distribution of the rotor winding was obtained as a result of thermal test of 550 MW turbogenerator which were carried out at State Enterprise «Plant «Electrotyazhmash» in idling and short circuit mode. According to test results, maximum temperature of the rotor winding in the nominal mode was 74.7 ° C (347.7 K). The comparison of the calculated data and test results shows that the difference is not more than 10%. The thermal state of the rotor does not restrict of the nominal power of the generator. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Аэрогидродинамика и тепломассообмен К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом Development Thermal state of the rotor of the turbogenerator with direct hydrogen cooling Article published earlier |
| spellingShingle | К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом Овсянникова, Е.А. Аэрогидродинамика и тепломассообмен |
| title | К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом |
| title_alt | Development Thermal state of the rotor of the turbogenerator with direct hydrogen cooling |
| title_full | К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом |
| title_fullStr | К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом |
| title_full_unstemmed | К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом |
| title_short | К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом |
| title_sort | к вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 мвт, охлаждаемого водородом |
| topic | Аэрогидродинамика и тепломассообмен |
| topic_facet | Аэрогидродинамика и тепломассообмен |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127655 |
| work_keys_str_mv | AT ovsânnikovaea kvoprosumatematičeskogomodelirovaniâteplovogosostoâniârotoraturbogeneratoramoŝnostʹû550mvtohlaždaemogovodorodom AT ovsânnikovaea developmentthermalstateoftherotoroftheturbogeneratorwithdirecthydrogencooling |