К вопросу математического моделирования теплового состояния ротора турбогенератора мощностью 550 МВт, охлаждаемого водородом

Abstract

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.