CN108318817A - 一种水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置，由转子模型、定子模型、大风机、小风机和密封部件组成。本发明模拟了水轮发电机的结构和流场特点，建立了水轮发电机转子冷却方式对比和检验的试验平台，是一种创新的试验装置。

Description

一种水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置
技术领域：
本发明涉及一种水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置。
背景技术：
高速水轮发电机相对常规水轮发电机而言具有尺寸细长、每极容量大的特点，对于这类电机通风系统设计存在相当的难度，一般难于产生足够的风量来冷却电机。在这种情况下，定子的冷却尚可采用内冷技术，而转子的冷却成为电机设计的难点。本发明开展水轮发电机转子通风与发热模拟试验研究，模拟电机冷却介质流场特点和发热情况，对比分析了不同转子结构对冷却效果的影响，为高速水轮发电机转子选择高效的冷却结构、常规水轮发电机转子选择简单易于操作的冷却方式提供了技术支撑。
发明内容：
本发明的目的是提供一种能够研究水轮发电机通风与发热问题间的影响、选择不同热量和风量水平时，转子冷却结构的水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置。本发明的目的是通过以下结构实现的：以基础板(1)和试验平台(2)作为基础，转子模型(3)通过支墩(4)和支腿(5)点焊在基础板(1)上，定子模型(6)用压板(7)和第一螺栓(8)固定在试验平台(2)上。在转子模型(3)和定子模型(6)之间有间隙，在水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置周向两端密封部件(9)一端密封在转子模型(3)的外缘，另一端密封在定子模型(6)的内缘，转子模型(3)和定子模型(6)上下两端连接到大通风管道(10)的一端，并用第二螺栓(11)固定，大通风管道(10)的另一端与大风机(12)用第三螺栓(13)连接，小通风管道(15)的一端密封于磁轭部件(14)上，小通风管道(15)的另一端与小风机(17)用第四螺栓(16)连接。
所述的转子模型(3)，以点焊在基础板(1)的转子支墩(4)和支腿(5)作为支撑，将第一段磁轭部件(14)用第五螺栓(18)固定在支墩(4)和支腿(5)上，嵌有励磁绕组(19)的磁极模型(20)下端用磁极调整螺杆(21)固定在支墩(4)上，磁极模型(20)与第一段磁轭部件(14)用连接片(22)与第六螺栓(23)连接后，逐段放置磁轭部件(14)并采用相同的方法与磁极模型(20)连接，磁极模型(20)上嵌套的励磁绕组(19)与供电控制柜(24)用铜排(25)焊接起来，在两个磁极模型(20)间点焊着转子极间挡板(26)，用来调节风量的分配。
所述的定子模型(6)由定子铁心模型(27)、通风槽片(28)、压指模型(29)、压板模型(30)、拉紧螺杆(31)、冷却器(32)、定子机座模型(33)组成，定子机座模型(33)用压板(7)和第一螺栓(8)固定在试验平台(2)上，定子铁心模型(27)按顺序逐段安装在定子机座模型(33)上，每两段定子铁心模型(27)之间夹一层通风槽片(28)，拉紧螺杆(31)穿过铁心模型(27)，将多段铁心模型(27)连接成一个端部安装有压指模型(29)和压板模型(30)的整体，冷却器模型(32)点焊在定子机座模型(33)上。
所述的大风机(12)共有两台，一台用压板(34)和第七螺栓(35)固定在风机固定架(36)上层，另一台点焊在基础板(1)上；小风机(17)共有两台，一台用压板(34)和第七螺栓(35)固定在风机固定架(36)上层，另一台点焊在基础板(1)上。
技术效果：
本发明根据模拟的水轮发电机的结构和风路特点，对模拟水轮发电机通风系统阻力特性和所需压力进行了充分论证，以此为基础，确定水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置的设计方案和试验条件。水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置与模拟水轮发电机的比例为1:1，周向取模拟水轮发电机的四分之一。水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置设计上，各流道与模拟水轮发电机采用相同的材料和尺寸,保证了水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置的边界条件能够真实地反映模拟水轮发电机的流道特点。水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置分别模拟了3种冷却方式来冷却转子模型(3)中的励磁绕组(19)，这3种冷却方式分为单面通风、径向双面通风和周径向双面通风的冷却方式，在水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置上可以进行不同励磁绕组(19)和转子极间挡板(26)的灵活组合，经多方案的论证试验，可根据电机的电磁参数、发热情况和流体流动情况进行转子冷却方式的选择，为水轮发电机转子冷却方式的开发提供重要依据，解决水轮发电机转子冷却的难题。水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置同时开展的定子模型(6)的设计，与转子匹配，较好地模拟水轮发电机整体流场的特点，通过对风量分配、压力、定子风速分布的测量，为水轮发电机通风系统的总体设计提供保障，使得水轮发电机的冷却条件更趋合理、高效。
附图说明：
图1是水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置图
图2是水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置转子结构图
图3是水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置定子结构图
图4是水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置风机布置图
具体实施方式：
如图1所示，整个水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置以基础板1和试验平台2作为基础，转子模型3通过支墩4和支腿5点焊在基础板1上，这种定位方式保证了转子模型3的相对位置关系与真机一致。定子模型6用压板7和第一螺栓8固定在试验平台2上，形成了与真机一致的风阻特性。在转子模型3和定子模型6之间有间隙，在水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置周向两端，密封部件9一端密封在转子模型3的外缘，另一端密封在定子模型6的内缘。转子模型3和定子模型6上下两端还需要连接到大通风管道10的一端，并用第二螺栓11固定，大通风管道10的另一端与大风机12用第三螺栓13连接。小通风管道15的一端密封于磁轭部件14上，另一端与小风机17用第四螺栓16连接，完成水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置的安装。这样不仅模拟了真机的结构，也模拟了真机风扇和转子旋转产生的压力，为水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置提供了压力源，达到模拟真机结构、风路特点和发热量的目的。
如图2所示，转子模型3为：点焊在基础板1的转子支墩4和支腿5作为支撑，将第一段磁轭部件14用第五螺栓18固定在支墩4和支腿5上；嵌有励磁绕组19的磁极模型20下端用磁极调整螺杆21固定在支墩4上，磁极模型20与第1段磁轭部件14用连接片22与第六螺栓23连接后，逐段放置磁轭部件14并采用相同的方法与磁极模型20连接。磁极模型20上嵌套的励磁绕组19与供电控制柜24用铜排25连接，由供电控制柜24为励磁绕组19提供电流，同时控制电源的切换。另外，在两个磁极模型20间点焊有转子极间挡板26，用来调节风量的分配。转子模型3形成不同的励磁绕组冷却风路，可通过试验数据进行判断，选择更可靠、更易操作的结构来进行真机转子风路的设计。本发明的开发充分考虑了真机的结构特点和实际需求，将对水轮发电机的通风系统设计与自主创新发挥重要的指导作用。
如图3所示，定子模型6为：由定子铁心模型27、通风槽片28、压指模型29、压板模型30、拉紧螺杆31、冷却器32、定子机座模型33组成，定子机座模型33用压板7和第一螺栓8固定在试验平台2上，定子铁心模型27按顺序逐段安装在定子机座模型33上，每两段定子铁心模型27之间夹一层通风槽片28，拉紧螺杆31穿过铁心模型27，将多段铁心模型27连接成一个端部安装有压指模型29和压板模型30的整体，这样的结构模拟了真机定子通风道的特征，实现了流体参数的测量。另外，冷却器模型32点焊在定子机座模型33上，冷却器模型32的设计考虑了需要冷却器模型32带走的热量和需要冷却的风量，保证了水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置内的热交换要求，为水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置试验提供了热稳定的试验条件。
如图4所示，水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置的供风由大风机12和小风机17提供，大风机12共有两台，一台用压板34和第七螺栓35在风机固定架36上层，另一台点焊在基础板1指定位置；小风机17共有两台，一台用压板34和第七螺栓35在风机固定架36上层，另一台点焊在基础板1指定位置。当风机运行时，产生一定压力驱送空气在水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置中流动，冷却励磁绕组19，空气在水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置中温度不断升高，流至冷却器模型32时，与冷却器模型32中的冷却水热交换，散去热量，重新变成温度低的空气回到水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置中，完成冷却循环任务。

Claims (4)

1.一种水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置，其特征是：以基础板(1)和试验平台(2)作为基础，转子模型(3)通过支墩(4)和支腿(5)点焊在基础板(1)上，定子模型(6)用压板(7)和第一螺栓(8)固定在试验平台(2)上，在转子模型(3)和定子模型(6)之间有间隙，在水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置周向两端密封部件(9)一端密封在转子模型(3)的外缘，另一端密封在定子模型(6)的内缘，转子模型(3)和定子模型(6)上下两端连接到大通风管道(10)的一端，并用第二螺栓(11)固定，大通风管道(10)的另一端与大风机(12)用第三螺栓(13)连接，小通风管道(15)的一端密封于磁轭部件(14)上，小通风管道(15)的另一端与小风机(17)用第四螺栓(16)连接。
2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置，其特征是：所述的转子模型(3)，以点焊在基础板(1)的转子支墩(4)和支腿(5)作为支撑，将第一段磁轭部件(14)用第五螺栓(18)固定在支墩(4)和支腿(5)上，嵌有励磁绕组(19)的磁极模型(20)下端用磁极调整螺杆(21)固定在支墩(4)上，磁极模型(20)与第一段磁轭部件(14)用连接片(22)与第六螺栓(23)连接后，逐段放置磁轭部件(14)并采用相同的方法与磁极模型(20)连接，磁极模型(20)上嵌套的励磁绕组(19)与供电控制柜(24)用铜排(25)焊接起来，在两个磁极模型(20)间点焊着转子极间挡板(26)，用来调节风量的分配。
3.根据权利要求1所述的一种水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置，其特征是：定子模型(6)由定子铁心模型(27)、通风槽片(28)、压指模型(29)、压板模型(30)、拉紧螺杆(31)、冷却器(32)、定子机座模型(33)组成，定子机座模型(33)用压板(7)和第一螺栓(8)固定在试验平台(2)上，定子铁心模型(27)按顺序逐段安装在定子机座模型(33)上，每两段定子铁心模型(27)之间夹一层通风槽片(28)，拉紧螺杆(31)穿过铁心模型(27)，将多段铁心模型(27)连接成一个端部安装有压指模型(29)和压板模型(30)的整体，冷却器模型(32)点焊在定子机座模型(33)上。
4.根据权利要求1所述的一种水轮发电机转子通风与发热模拟试验装置，其特征是：大风机(12)共有两台，一台用压板(34)和第七螺栓(35)固定在风机固定架(36)上层，另一台点焊在基础板(1)上；小风机(17)共有两台，一台用压板(34)和第七螺栓(35)固定在风机固定架(36)上层，另一台点焊在基础板(1)上。
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