蒸发冷却水轮发电机定子变形分析及安全研究

蒸发冷却水轮发电机定子变形研究是一篇深入探讨大型水轮发电机组安全运行问题的论文，作者姚若萍和饶芳权来自上海交通大学电气工程系。文章关注的重点是因铁芯与机座温差导致的定子冲片翘曲变形，这种变形可能会严重影响机组的安全运行。 文中提出了一种新的分析方法，通过对发电机定子翘曲变形的物理和数学建模，运用有限元法进行计算。此方法特别针对采用蒸发冷却系统的大型水轮发电机，旨在解决因温度差异造成的定子变形问题。蒸发冷却是一种高效散热技术，通过内部冷却介质直接蒸发吸收热量，有效地降低定子线圈和铁芯的温升，从而减少热应力。 论文以李家峡电站一台400MW蒸发冷却发电机为例，详细计算了不同运行条件下铁心与机座的变形、应力分布以及翘曲安全系数。通过对计算结果的分析，论文对比了三峡及其他机组的情况，得出了有益于设计和运行的结论，验证了蒸发冷却系统在防止定子变形和提高机组稳定性方面的优越性。 大型水轮发电机的机座设计是关键，因为它不仅作为定子铁芯的外壳，还承载着磁拉力和扭矩。传统设计可能导致分瓣结构的噪声和振动，因此现代设计倾向于无合缝铁芯，但这可能导致“铁芯翘曲”现象。温差引起的热膨胀不匹配是造成这一问题的主要原因。降低机座刚度有助于缓解这一问题，但考虑到电机的低速大直径特性，机座仍需保持一定刚度以确保稳定运行。 论文提出的解决方案是通过降低定子铁芯的温升来增强其刚度，蒸发冷却技术为此提供了理想的途径。内冷不仅减少了铁损，还可以通过冷却介质带走热量，有效地防止翘曲现象的发生。通过李家峡电站的实例分析，论文进一步证明了蒸发冷却在实际应用中的优势。 这篇论文对于理解大型水轮发电机的热管理挑战，特别是如何通过蒸发冷却技术优化定子性能和安全性提供了宝贵的理论和实践依据。其研究成果对于发电机设计者和运行维护人员都具有重要的参考价值。