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基于ANSYS的1100MW发电机并联环与 主引线连接结构温度分布 魏燕飞 王庭山 周一工 胡建波 2012年8月23日 问题提出及意义 并联环连接结构模型分析 温度分布结果及结构调整 分析及结论 主要内容 1.问题提出及意义 发电机各部件的温升对机组的运行性能有很大影响，也是限制发电机容量增加的一个重要原因。 1100MW级发电机容量大，电流大，电连接结构复杂，引入双电流环结构。在设计过程中分析各电连接部分的温度状况是一项非常重要的工作。 CAE技术在汽轮发电机设计领域已有广泛的应用，可以高精度求解复杂条件下的场量问题，在一定程度上可以替代实样验证。本专题为综合的多耦合场案例，通过有限元分析，为电连接结构设计提供有效指导。 2.模型分析 并联环与主引线连接结构图 2.模型分析 并联环与主引线连接结构图 2.1 物理模型的建立 连接结构 I 物理模型 2.模型分析 并联环与主引线连接结构图 2.1 物理模型的建立 连接结构 II 物理模型 2.模型分析 并联环与主引线连接结构图 2.1 物理模型的建立 连接结构 III 物理模型 2.2 计算模型的等效假设 2.模型分析 发电软连接线的等效：连接铜板，导电面积480mm2，宽度52mm，模型厚度为9.2mm； 考虑到软连接线绞绕的影响，计算模型中铜排长度按1.1倍设定，即长度为220mm; 软连接线填充氟脂的影响：铜股线间导热性能下降，模型中沿连接方向导热性能好，设定导热系数380，其他方向为200； 连接部位接触面的等效：螺栓紧固处接触面积为30%。 A. 电磁及温度计算参数 参数 值 工作电流 I (A) 1.1*29402 工作频率 f (Hz) 50 冷却水参数 水温(°C) 50 由水温和水流量确定对应参数 65.8 61.7 注：铜的电阻率考虑了温度的影响，取平均温度约80°C时的电阻率 2.3 ANSYS分析模型 2.模型分析 B. 电磁场计算模型及边界 SOLID97单元 2.3 ANSYS分析模型 2.模型分析 C. 温度场计算模型及边界 温度场求解模型 微分方程： (2) 加载条件： 焦耳热生成率 (3) 边界条件： 通水部分 SOLID70单元 2.3 ANSYS分析模型 2.模型分析 直接耦合方法 顺序耦合方法 D. 耦合场计算方法 电磁、温度耦合计算 电流分布 温度分布 电磁场计算 电流分布 热功率密度 温度场计算 温度分布 2.3 ANSYS分析模型 2.模型分析 模块1：模型建立 模块2：电磁场计算 2.3 ANSYS分析模型 2.模型分析 模块3：温度场计算 连接结构 I 温度分布结果 3.计算结果 3.1 连接结构温度分布 软连接上的最高温度为95.5°C。 连接结构 II 温度分布结果 连接结构 III 温度分布结果 3.计算结果 3.1 连接结构温度分布 由于结构的不对称性，电流密度及温度分布不均匀，接头铜板最高温度124°C。。 由于结构的不对称性，电流密度及温度分布不均匀，软连接线最高温度125°C。。 结构空间允许的条件下，将模型I和模型III中软连接线的有效导电面积提高到570mm2，模型铜排厚度调整为10.9mm； 结构空间允许的条件下，将模型II中并联环接头及连接铜板沿双流环方向加宽50mm。 3.计算结果 3.2 结构调整及温度分布 结构调整 调整后连接结构 I 温度分布结果 3.计算结果 3.2 结构调整及温度分布 调整后软连接上的最高温度约为91°C。 调整后连接结构 II 温度分布 调整后连接结构 III 温度分布 3.计算结果 3.2 结构调整及温度分布 结构调整后最高温度从124°C有效降低到115°C。 调整后软连接线最高温度从125°C有效降低到116.7°C 。 4.分析与结论 采用有限元方法,对1100MW核电发电机并联环与主引线间的连接 结构温升情况作了分析计算,充分考虑了实际运行中影响连接结构温度分 布的因素，并对部分结构进行了调整，调整后有效改善了连接结构的最 高温度，满足工程设计的要求，对发电机结构设计具有指导现实作用。 结论： 4.分析与结论 进一步说明： （1） 实际软连接线是多股搅绕而成,受涡流效应的影响较小,电流密度比较均匀;模型中等效为铜板,损耗比实际有所增加。 （2） 连接线与接头之间贴合比较紧密;模型中贴合处空隙较大,计算模型导热比实际情况差。 （3） 实际连接部位包有绝缘,导热性能虽然较差,但外面冷氢还是能带走部分热量;而计算模型假定此处绝热。 连接结构实际运行温度比计算温度还要低一些！ Thank You ！