[发明专利]一种求解大型电机定转子通风沟表面散热系数的方法

摘要

本发明涉及一种求解大型电机定转子通风沟表面散热系数的方法，包括如下步骤：(1)建立大型电机的二维瞬态电磁场求解模型，计算出大型电机定转子各部件的损耗；(2)建立该大型电机定转子直线段部分的三维稳态温度场求解模型；(3)计算大型电机定转子径向通风沟表面散热系数，并将其作为通风沟初始表面散热系数；(4)在步骤(1)、步骤(3)的基础上，对步骤(2)中建立的大型电机定转子直线段部分的三维稳态温度场求解模型进行迭代计算，得到最终的定转子径向通风沟表面散热系数。本发明所述的方法，实现精确确定定转子通风沟表面散热系数，从而准确计算铁心温升。

主权项

1.一种求解大型电机定转子通风沟表面散热系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据大型电机的实际结构、尺寸、额定数据及其他已知参数，建立该大型电机的二维瞬态电磁场求解模型，对整个二维瞬态电磁场求解模型进行网格划分，计算出大型电机定转子各部件的基本损耗；(2)根据《电工专业指导性技术文件(汽轮发电机电磁计算公式)》的解析方法与瞬态电磁场相结合的方法计算出大型电机定转子各部件的谐波损耗；(3)根据大型电机定转子的直线段部分的实际尺寸，建立该大型电机定转子直线段部分的三维稳态温度场求解模型；(4)根据流体相似理论及牛顿放热定律，采用解析方法计算出大型电机定转子径向通风沟表面散热系数，并将该表面散热系数作为大型电机定转子直线段部分的三维稳态温度场求解模型的初始值，即通风沟初始表面散热系数；(5)在步骤(1)、(2)计算出大型电机定转子各部件的基本损耗和谐波损耗、步骤(4)计算出通风沟初始表面散热系数的基础上，对步骤(3)中建立的大型电机定转子直线段部分的三维稳态温度场求解模型进行迭代计算，得到最终的定转子径向通风沟表面散热系数；步骤(4)的具体步骤为：步骤4.1，根据流体相似理论，得到流体呈紊流状态下径向通风沟内流体满足的相似准则方程：式中，Re为流体的雷诺系数；υ为径向通风沟内流体的流速(m/s)；v为流体的粘度系数(s/m2)；d为径向通风沟等效直径(m)；Nu为努谢尔数；λ为流体的导热系数(W/(m·K))，α为表面散热系数(W/(m2·K))；步骤4.2，当流体在径向通风沟内呈紊流运动时，努谢尔数相似准则方程与其他相似准则方程之间具有如下形式：式中，Pr(CP)为通风沟内流体平均温度所对应的普朗特数；Pr(CT)为通风沟内壁面温度所对应的普朗特数；ε为修正系数；步骤4.3，将式(3)、(4)联立，得到径向通风沟内流体在紊流状态下的初始表面散热系数：步骤(5)的具体步骤为：步骤5.1，根据步骤(4)得到的通风沟初始表面散热系数，获取定转子铁心温度；步骤5.2，确定大型电机定转子径向通风沟表面散热系数及定转子铁心温度的收敛条件；确定大型电机定转子径向通风沟表面散热系数的具体步骤如下：由通风沟初始表面散热系数与定转子铁心温度之间的非线性关系，根据牛顿放热定律，当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，得到计算定转子铁心温度计算公式：由于散热系数与电机铁心温度之间的非线性关系，因此对通风沟表面的散热系数，可得：式中，T1为定转子靠近边界面外侧表面温度值；T2为定转子内侧的温度值；Tf为环境温度值，单位为(K)；X1为定子靠近边界面外侧表面节点横坐标值；X2为定子内表面节点横坐标值；α′i为第i个节点的散热系数近似值；α′i‑1为第i‑1个节点的散热系数近似值；α′i+1为第i+1个节点的散热系数近似值；αi为第i个节点的散热系数修正值；β为松弛因子；确定定转子铁心温度的收敛条件的具体步骤如下：所述通风沟表面散热系数及定转子铁心温度的收敛条件为：式中：Ts为铁心的实测温度值；Tw为对应此处铁心的计算温度值；αi为第i个节点的散热系数；αi+1为第i+1个节点的散热系数；ε1和ε2分别为满足迭代要求的残差；当迭代结果同时满足收敛条件(8)和(9)时，停止迭代，此时，根据式(7)计算的到的通风沟表面散热系数即为大型电机额定运行时通风沟表面散热系数。