核反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)驅(qū)動電機通風(fēng)結(jié)構(gòu)內(nèi)流體特性分析

徐驍+戈寶軍

摘 要：核反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)驅(qū)動電機是高溫氣冷堆一回路中的關(guān)鍵設(shè)備，作用是將氦氣作為冷卻介質(zhì)驅(qū)動其在系統(tǒng)中交換熱量，為研究冷卻介質(zhì)的流體特性與其在電機內(nèi)的流體場分布對電機溫升甚至整個系統(tǒng)的影響。以一臺4500kW驅(qū)動電機為例，考慮以氦氣為冷卻介質(zhì)的風(fēng)磨損耗公式不同于傳統(tǒng)公式，對風(fēng)磨損耗進(jìn)行重新計算；通過建立該電機通風(fēng)系統(tǒng)的3D流體場計算模型，基于流體力學(xué)原理，采用有限元法得到通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的流體分布；最后，為更好的研究氦氣的流體特性，以空氣作為對比對象，分析流體性質(zhì)差異對電機氣隙、轉(zhuǎn)子軸向流速和通風(fēng)溝徑向風(fēng)速分布的影響；結(jié)果表明：在相同條件下，氦冷時流體域內(nèi)各區(qū)域流速低于空冷9.4%，有助于減小風(fēng)磨損耗對電機溫升的影響。

關(guān)鍵詞：核反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)驅(qū)動電機；風(fēng)磨損耗；流體特性；三維流體場

DOI：10.15938/j.jhust.2017.03.017

中圖分類號： TM346

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1007-2683（2017）03-0096-06

5 結(jié) 論

本文以一臺4500kW核反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)驅(qū)動電機為例，通過對其流體場分布進(jìn)行分析，比較不同冷卻介質(zhì)各位置的流速情況，可以得到如下結(jié)論：

1）在電機冷卻計算中，電機損耗會因冷卻介質(zhì)的不同而發(fā)生變化，風(fēng)磨損耗的影響也是考慮冷卻介質(zhì)冷卻性能優(yōu)越性的重要因素；

2）在進(jìn)行流體場計算時，通風(fēng)道內(nèi)不同部位風(fēng)速相差很大，因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)須考慮各位置流體的渦流流動對流體場內(nèi)流速的影響，從而在進(jìn)行風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速計算時不能用傳統(tǒng)方法求得平均速度來處理；

3）通過運用對不同冷卻介質(zhì)通風(fēng)冷卻下的電機流體場進(jìn)行計算分析，發(fā)現(xiàn)在相同通風(fēng)量情況下，氦冷時各位置風(fēng)速略小與空冷，這是由于不同流體物性方面的差異導(dǎo)致的。空冷流速高于氦冷約9.4%，理論數(shù)值上體現(xiàn)出氦氣的流體特性。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 任啟森，楊小勇，黃志勇，等.高溫氣冷堆氦氣透平循環(huán)工質(zhì)的熱物性[J].汽輪機技術(shù)，2006，48（2）：93-94，126.

[2] 董宇，戈寶軍，殷繼偉.基于流體相似理論和三維有限元法計算異步電動機的定子三維溫度場[J].大電機技術(shù)，2012，（5）：5-11.

[3] 戈寶軍，安萬強，陶大軍，等.氦冷驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子端部溫度場仿真[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2014，19（4）：1-5.

[4] 周封，熊斌，李偉力，等.大型電機定子三維流體場計算及其對溫度場分布的影響[J].中國電機工程學(xué)報，2005，25（24）：128-132.

[5] SHANE M， JPICKERING J，LAMPARD D.Application of Computational Fluid Dynamics to the Cooling of Salient Electrical Machines.ICEM 2000 Espoo Finland，Helsinki University of Technology，August 2000：338-342.

[6] 李偉力，楊雪峰， 顧德寶.空冷汽輪發(fā)電機冷卻氣流風(fēng)量對定子內(nèi)流體的影響[J].中國電機工程學(xué)報，2009（21）：53-61.

[7] 李偉力，付敏，周封，等.基于流體相似理論和三維有限元法計算大中型異步電動機的定子三維溫度場[J].中國電機工程學(xué)報，2000，20（5）：14-17.

[8] 焦曉霞，管春偉，李偉力，等.汽輪發(fā)電機不同冷卻介質(zhì)對定子傳熱特性的影響[J].電機與控制學(xué)報，2011，（2）：54-62.

[9] 丁樹業(yè)，葛云中，徐殿國，等.1.5MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機內(nèi)流體場分析[J].中國電機工程學(xué)報，2012，（21）：93-98.

[10]張鳳閣，杜光輝，王天煜，等.兆瓦級高速永磁電機通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計與轉(zhuǎn)子表面風(fēng)磨耗研究[J].電機與控制學(xué)報，2014，（2）：50-55.

[11]KRZYSTOF Komza，XOS M. LPEZFernández，et al.Computer Modelling of 3D Transient Thermal Field Coupled with Electromagnetic Field in Threephase Induction Motor on Load[J].The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical &Electronic Engineering，2010，29（4）：974-983.

[12]霍菲，張曉晨，程鵬.屏蔽電機定子溫度場的數(shù)值計算與分析[J].電機與控制應(yīng)用，2006，33（4）：7-12.

[13]FUJITA M，KABATA Y，TOKUMASU T，et al.Aircooled Large Turbine Generator with Multiplepitched Ventilation Ducts[C]//2005 IEEE International Conference on Electric Machines and Drives，San Antonio USA，May， 2005：910-917.

[14]任盼秋，嚴(yán)欣平，周光厚，等.1150MW核能發(fā)電機定子端部繞組三維建模[J].大電機技術(shù)，2012（4）：17-20.

[15]路義萍，劉涔鈺，李夢啟，等.某凸極同步電動機二維流場數(shù)值模擬[J].電機與控制學(xué)報，2012（9）：7-12.

[16]王芳，高斯博，湯文俠，等.大型水氫氫冷卻汽輪發(fā)電機定子溫度分布[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2015，20（1）：26-30.

（編輯：溫澤宇）