灯泡贯流式水轮发电机风路多物理场耦合分析及结构优化.pdfVIP

第44卷第3期水力发电学报Vol.44,No.3

2025年3月JournalofHydroelectricEngineeringMar.2025

灯泡贯流式水轮发电机风路多物理场耦合分析及结构优化

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宋厚彬，王帅，韩伟，关志军，邱洪波，张钰昆，黄晓龙，谢文琦

1.兰州理工大学电气工程与信息工程学院，兰州730050；2.兰州理工大学能源与动力工程学院，兰州730050；

3.甘肃柴家峡水电有限公司，兰州730094；4.郑州轻工业大学电气信息工程学院郑州450002；

5.浙江大学电气工程学院，杭州310027

摘要：灯泡贯流式水轮发电机由于紧凑的内部结构以及电磁损耗产生大量热量，亟需提升其通风散热能力。为

了实现这一目标，本文对发电机内部风路结构进行优化设计。首先，基于有限元法建立了24MW灯泡贯流式水

轮发电机的二维电-磁场模型，并利用有限体积法建立了三维流-热场模型，通过电磁和温度实验对模型进行了验

证。其次，对发电机原风路结构的流场和温度场特性进行了定性分析，并对通风槽道的流量分布及发电机内部的

温度变化趋势进行了定量分析。再次，研究了后挡风板长度对气流和热交换的影响。最后，基于速度三角理论揭

示了转子立筋的叶片安装角度影响气流的机制，通过耦合数值分析了转子立筋叶片安装角度不同的改型效果。研

究结果表明，短型后挡风板可以防止空气从侧面溢出，同时确保空气重新进入冷却循环；转子立筋叶片安装角度

为66°时显著改善了流场和热场，所有监测点的温度都显著降低，在两种不同的通风条件下，定子绕组温度分别

降低了9%和20.4%。

关键词：灯泡贯流式水轮发电机；通风散热能力；电磁-流-热耦合；挡风板；转子立筋

中图分类号：TM312文献标志码：ADOI:10.11660/slfdxb

论文引用格式：

宋厚彬,王帅,韩伟,等.灯泡贯流式水轮发电机风路多物理场耦合分析及结构优化[J].水力发电学报,2025,44(3):

24-37.

SONGHoubin,WANGShuai,HANWei,etal.Multi-physicalfieldcouplinganalysisandstructuraloptimizationofairflow

pathinbulbtubularturbinegenerator[J].JournalofHydroelectricEngineering,2025,44(3):24-37.(inChinese)

Multi-physicalfieldcouplinganalysisandstructuraloptimizationof

airflowpathinbulbtubularturbinegenerator

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SONGHoubin,WANGShuai,HANWei,GUANZhijun,QIUHongbo,ZHAN