大型核电汽轮发电机转子通风系统流动特性数值模拟-能源研究与信息.PDFVIP

能源研究与信息 第27 卷 第2 期 Energy Research and Information Vol. 27 No. 2 2011 文章编号: 1008-8857 (2011)02-0087-08 大型核电汽轮发电机转子通风系统 流动特性数值模拟 张小虎, 袁益超, 边 缘, 胡晓红 (上海理工大学 能源与动力工程学院, 上海 200093) 摘 要: 核电汽轮发电机是核能发电的主要设备之一，其通风冷却性能是影响核电机组安全 运行的重要因素。转子采用轴向—径向通风是大型核电汽轮发电机常用的通风系统之一。根 据计算流体力学(CFD)的基本原理，对大型核电汽轮发电机转子通风系统的通风结构和性能 进行了分析，建立了转子通风系统内冷却气体流动的三维计算模型，确定了相应的边界条件， 进行了数值计算和分析，得到了该汽轮发电机转子线圈直线段各通风沟内冷却气体的流量分 配规律，气隙内的流场及静压分布规律。研究结果可为汽轮发电机转子通风系统结构优化及 温升计算提供参考。 关键词: 核电; 汽轮发电机; 转子通风; 流动; 数值模拟 中图分类号: TM311 文献标识码: A 随着能源需求的不断增长和不可再生能源的日益枯竭，和平利用核能成为现阶段可以大 [1] 规模替代常规能源的最现实选择 。截至2009 年底，我国已核准核电项目总装机容量25.4 GW， [2] 在建规模 13.35 GW，在建规模居世界第一位 。发展核电在技术、安全、管理等方面其要求 均高于火电，因此无论从整个电站循环效率，还是经济、充分利用厂址安全管理方面，发展 [3] 1 000 MW 级核电机组都是有利的 。核电汽轮发电机作为核电站的基本组成部分，其工作性 能对整个机组的运行有着重要的影响。 发电机组容量的增大，使得通风冷却成为影响发电机安全可靠运行的最主要因素之一。 大容量发电机内部结构的复杂性和特殊性，给发电机的通风冷却系统设计带来诸多困难。当前 [4~7] 发电机的通风计算一般采用简化求解等效流体网络 的方法，此方法的优点在于能得到整个 电机内部各等效流体网络支路的流量分配情况，但无法反映各通风沟内流体的实际流动状态。 另一方面，在发电机通风计算前需对各流体网络求解其阻力系数或阻力分布规律，对于一些结 构复杂的支路，其阻力系数的确定将影响整个通风计算的准确性。因此，对结构复杂的部件， [8~9] 辅之以数值模拟的方法 ，可提高流体等效网络计算方法应用的实用性和准确性，为发电机 内流场的计算及通风系统的优化提供依据。 收稿日期：20 10-12-27 作者简介：张小虎(1987-)，男(汉)，硕士研究生，qingzhuyu@126.com 88 能源研究与信息 2011 年 第27 卷 本文通过对一台转子采用轴向—径向通风，4 极1 100 MW 半速(1 500 rmin-1)核电汽轮发 电机转子通风系统内冷却气体流动的数值模拟，提出了转子等旋转部件的建模方法，得到了转 子线圈嵌线槽各个通风沟内冷却气体的流量分配规律、气隙的流场及静压分布规律，可为转子 采用轴向—径向通风系统的汽轮发电机通风结构优化提供参考。 1 模型建立 1.1 物理模型 本文研究的核电汽轮发电机采用水—氢—氢冷却方式，转子采用轴向—径向通风系统。 该通风方式依靠外加的高压多级风扇维持气体在电机内的流动。冷却气体由转子汽、励两端护 环下的进风口进入转子线圈轴向通风道，经转子中部径向风道由槽楔上的出风口排入气隙，与 气隙中的冷却气体混合，由气隙汽端出口排出。 该汽轮发电机转子