CC BY
13Ш9 Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal) #4(44), 2019 61
0публ.15.10.2013. Бюл. №10. заявка № 2011/457.1 от 07.11.2011.
23. Инновац. патент KZ A4 29132 фосфорное органоминеральное удобрение. заявка №2013/1144.1 от 02.09.2013 опубл. 17.11.2014г, бюл 11
24. Евразийский патент № 023417 Способ получения комплексного органоминерального удобрения заявка № 201301063 от 04.03.2013 Дата выдачи и опубл. патента 30.06.2016 г.
25. Овсяников Ю.А. Производство экологический чистых продуктов питания как одно из напра-ваеший рационального природопользования. Экономика природопользования Известия УрГЭУ, 2 (40) 2012. С156-158.
26. Agronimical Fiield Testing of newkinds of Multicomponent Mineral Fertilizezs Zhantasov K.T., Myrhalykov Z.U., Moldabekov S.M., Zhantasov M.K.
and/and Eurazian Chemico-Technological Jornal 17 [2015] 79-86 P.
27. Микроудобрения из зольных отходов ТЭЦ. Пронин В.А., Клименко Е.П. экология и промышленность России, май 2007. С14-15.
28. Микроудобрения для тепличных хозяйств и особенности их применения. М.П. Ладогина, Агрохимическое обслуживание. Гарвиш № 1-2006, с 22-24.
29. Высокоэффективное комплексное микроудобрение. Егоров Д., Егоров Н., Цой С., Шафронов О. Наноматериалы Наноиндустрия. Научно технический журнал. 2011, с 28-30.
30. Микроудобрения в современном земледе-лении. Гайсин И.А., Сигитова Р.Н., Хабибуллина Р.Р. Казанский гос. аграрный университет. Агрохимический вестник. № 4-2010 с 13-15.
Vasko P.F.
Doctor of sciences (engineering), manager of department, Renewable Energy Institute of NAS of Ukraine
SIMULATION OF HEAT PROCESSES IN STATOR END PACKET OF A GENERATOR
Васько Петр Федосеевич
доктор технических наук, заведующий отделом, Институт возобновляемой энергетики НАН Украины
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КРАЙНЕМ ПАКЕТЕ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРА
Summary: The purpose of work is the creation a mathematical model and studies the heat transfer processes in stator core end zone of a turbogenerator, as well as a scientific substantiation of technical solutions for decrease the tangential unevenness of end packets heat. Found that the teeth at phase zone junction of the stator winding lower layer are the most heating. Their temperature exceeds the limit permissible value (120 °C) under rated load condition of a turbogenerator and negatively affects the state of winding main insulation and reduces the reliability of machine on the whole. With help a mathematical simulation the efficiency of technical solutions for decrease the tangential unevenness of end packets heat and their complex (simultaneous) use, is shown. The complex approach allows reducing the maximum temperature of stator core end packets teeth by 24% and eliminating the unevenness of their heating.
Аннотация: Целью работы является создание математической модели и проведение исследований теплообменных процессов в торцевой зоне сердечника статора турбогенератора, а также научное обоснование технических решений, направленных на снижение тангенциальной неравномерности нагрева крайних пакетов. Установлено, что зубцы на стыке фазной зоны нижнего слоя обмотки статора имеют наибольший нагрев. Для номинального режима работы турбогенератора их температура превышает предельно допустимое значение (120 °С), что негативно влияет на состояние основной изоляции обмотки и снижает надежность машины в целом. С помощью математического моделирования показана эффективность технических решений по снижению тангенциальной неравномерности нагрева крайних пакетов, а также комплексного (одновременного) их использования. Комплексный подход позволяет на 24 % снизить максимальную температуру зубцов крайних пакетов сердечника статора и устранить неравномерность их нагрева.
Keywords: turbogenerator, mathematical model, stator core end packet, tangential unevenness, losses, temperature, cooling.
Ключевые слова: турбогенератор, математическая модель, крайний пакет сердечника статора, тангенциальная неравномерность, потери, температура, охлаждение.
Постановка проблемы. С помощью экспериментальных и теоретических исследований [1 - 4] доказано, что при эксплуатации мощных турбоге-
нераторов, особенно в режиме потребления реактивной мощности, имеет место тангенциальная неравномерность нагрева крайних пакетов сердеч-
62 Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal) #4(44), 2019 SMI
ника статора. При этом температура отдельных зубцов может отличаться по окружности в 1,8 - 2,0 раза.
Прежде всего, это касается зубцов межфазных зон, прилегающие пазы которых содержат стержни разных фаз обмотки статора. К тому же, установлено, что уровень нагрева зубцов межфазной зоны зависит от места расположения стержней разных фаз. Максимальный нагрев наблюдается в зубцах, в соседних пазах которых размещаются стержни разных фаз нижнего слоя обмотки статора. Уровень температуры может превышать допустимые для железа статора значения (120 °С), что в эксплуатации негативно влияет на надежность обмотки и турбогенератора в целом. Поэтому обоснование технических решений, направленных на снижение нагрева зубцов на стыках фазных зон обмотки статора и его неравномерности по окружности крайнего пакета сердечника статора турбогенератора, является актуальной задачей.
Цель работы. Создание математической модели теплообменных процессов в крайнем пакете сердечника статора для проведения вариационных расчетов нагрева отдельных зон пакета при разных нагрузках и условиях охлаждения.
Изложение основного материала. С помощью математической модели выполнен оценочный тепловой расчёт, который, с одной стороны, не требует большого объёма трудовых затрат, а с другой - может представить информацию касательно теплового состояния отдельных элементов и узлов объекта исследования. Использования приближённых методов расчёта допустимо для типовых конструкций турбогенераторов [5]. При этом общепринятое отдельное рассмотрение теплового состояния статора и ротора, поскольку их взаимное влияние друг на друга в этом отношении незначительно [6 -8].
При создании математической модели приняты допущения, которые упрощают расчеты и вместе с тем не влияют на достоверность модели реальным физическим процессам:
- с учетом транспозиции элементарных проводников стержня, принято, что тепловыделения в меди распределены равномерно;
- тепловые потери в стали сердечника статора в радиальном направлении заданы согласно результатам экспериментальных исследований для турбогенератора аналогичной мощности [8];
- элементы расчетной области рассматриваются как однородные анизотропные тела с усредненными теплофизическими параметрами материалов по соответствующему направлению в пределах элементарных расчетных объемов [6];
- поверхности расчётной области являются гладкими, скорость охлаждающего потока для поверхностей принята постоянной [6]
- коэффициенты теплоотдачи охлаждающих поверхностей определяются в соответствии с известными зависимостями [6, 9] и экспериментальными данными [8];
- зависимость теплофизических параметров (теплопроводности, плотности, теплоемкости) материалов обмотки и сердечника статора от температуры не учитывается;
- при выборе расчетной области учитываются симметрия и периодическая повторяемость элементов конструкции обмотки и сердечника статора, условия охлаждения и тепловыделения по окружности статора [7];
- потери в меди стержня и в стали сердечника статора, а также теплофизические параметры (теплопроводность, плотность и теплоемкость) задаются для ожидаемой расчетной температуры.
С учетом изложенных допущений, конструктивных особенностей и существующей схемы циркуляции хладагента рассматривается полевая задача общего расчета трёхмерного температурного поля для сектора крайнего пакета сердечника и обмотки статора. Для возможности сопоставления уровня нагрева зубцов межфазной зоны, прилегающие пазы которых содержат стержни разных фаз нижнего слоя обмотки статора, с нагревом зубцов со стержнями одной фазы в соседних пазах, расчетная схема охватывает три зубцовых (пазовых) деления статора (рис. 1). Для пазовой части обмотки математически корректно описана тепловая связь с сердечником (сталью) статора. Аналогично описана тепловая связь соответствующих поверхностей пакета и охлаждающих трубок стержня с хла-
дагентом (водородом).
Рис. 1
Температурное поле описывается дифференциальным уравнением теплопроводности
