Тепловое состояние обмотки ротора турбогенератора с непосредственным охлаждением водородом

Abstract

Исследовано температурное поле ротора синхронного турбогенератора. Получено распределение температуры в обмотках ротора для турбогенераторов мощностью 300 и 550 МВт с непосредственным охлаждением обмотки водородом. Переход на большую мощность осуществлен за счёт повышения давления водорода в системе охлаждения с 3 до 5 атм. Моделирование течения охлаждающей среды во внутренних каналах проводников выполнено методом конечных объемов. Непосредственное определение теплового состояния тела ротора осуществлено методом конечных элементов. Данный метод реализован в компьютерной среде SolidWorks. Тепловое состояние ротора не накладывает ограничений на величину номинальной мощности генератора. Оценён ресурс обмотки. Представлены результаты тепловых испытаний генераторов мощностью 300 и 550 МВт в режиме холостого хода и короткого замыкания, проведенные на ГП завод «Электротяжмаш». 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%.

Досліджено температурне поле ротора синхронного турбогенератора потужністю 550 МВт з безпосереднім охолодженням обмоток воднем. Моделювання теплового стану ротора виконано методом скінченних елементів в тривимірній постановці. Досліджено зміну температури у вузлових точках ротора на різноманітних режимах роботи, у т. ч. за режиму короткого замикання. Для отриманого рівня нагрівання визначено ресурс обмотки.

The temperature field of the rotor of the synchronous turbogenerator is investigated. The temperature distributions in rotor windings of 300 and 550-MW turbogenerators with direct hydrogen cooling of rotor winding are obtained. The transition to more power is implemented by increasing the hydrogen pressure in cooling system from 3 to 5 AT. Flow simulation of the cooling medium in the internal channels of the conductors of the rotor is carried out via a finite volume method. Direct determination of the thermal state of the rotor body is carried out via finite element method. This method was realized in the computer Solid Works environment. The thermal state of the rotor does not restrict the magnitude of the nominal power of the generator. The resource of the winding is estimated. The results of the thermal tests of 300 and 550-MW generators in the idling and short circuit are presented, which were carried out at the State Enterprise Plant "Electrotyazhmash". The maximum temperature of the rotor winding at rated speed was 74,7 °C (347,7 K) according to test results. The comparison of the calculated data and test results shows that the difference is not more than 10%.