一种反向球形接头连接结构的温升计算方法

摘要

本发明涉及一种大型汽轮发电机反向球形接头连接结构的温升数值计算方法，可用于大型汽轮发电机定子并联环与相线圈反向球形接头连接结构的温升计算研究，其特征在于，计算过程采用模块化，将电流场的分布计算与温度场的分布计算分模块进行，采用顺序耦合的方式，电流场计算结果保存后供温度场计算调用，可分别求得模型电流分布结果、生成焦耳热分布结果以及温度场分布结果。本发明的优点是能够预测发电机反向球形接头连接结构的温升是否保持在绝缘材料和金属材料所允许的限度之内，从而验证设计结构以及材料选取的合理性；另外，本发明计算过程模块化，易于使用便于修改，可重复调用，保证计算精度的情况下可使计算速度大为提高。

主权项

1.一种反向球形接头连接结构的温升计算方法，其特征在于，步骤为：步骤1、建立计算模型：按照发电机反向球形接头连接结构的图纸采用CAD计算机辅助设计软件Pro/E建立反向球形连接结构的模型，包括部分线棒(1)、线棒引水盒(2)、连接铜排(3)、反向球形接头(4)以及部分并联环结构(5)的三维模型，在该三维模型中部分线棒(1)通过线棒引水盒(2)设于连接铜排(3)的上端，反向球形接头(4)设于连接铜排(3)的下端，在反向球形接头(4)上设有部分并联环结构(5)，并将CAD模型导入CAE计算机辅助分析软件ANSYS，运行于HP工作站上，在导入的模型周围建立自由空间；步骤2、建立电流场分布计算模块：计算电流在连接结构中的分布情况，并计算焦耳热分布，采用AYSYS软件的APDL语言进行模块化编程，具体步骤为：步骤2.1、给定部分线棒(1)、线棒引水盒(2)、连接铜排(3)、反向球形接头(4)以及部分并联环结构(5)的电阻率ρ及相对磁导率μ_r，包括设定自由空间的相对磁导率为1，上述各组成部分具有相同电阻率及相对磁导率；步骤2.2、选用8节点的3维电磁单元SOLID97对步骤1建立的计算模型进行网格划分，将反向球形接头连接结构模型离散为数值模型；步骤2.3、在自由空间的外边界施加磁力线平行条件，即设定相应方向的矢量磁位A＝0以模拟磁场有效界限；步骤2.4、考虑到涡流效应，在模型导体的一个节点上施加集中电流I＝29400安；步骤2.5、由于稳态运行工况为50Hz的周期正弦电流，设定求解方式为谐波分析以此得到焦耳热q_v，将结果保存，为后续的温度场计算提供数据；步骤3、建立温度场分布计算模块：在电流场分布计算的基础上计算反向球形连接结构温度场的分布情况，具体步骤为：步骤3.1、计算材料及冷却参数：给定铜的导热系数λ_cu为380W/m·K，计算冷却水的表面传热系数h＝N_f·λ_h2o/(2·R)’其中，λ_h2o为冷却水的导热系数，可查表得到，R为通水孔半径，N_f为努谢尔特准则数，N_f＝0.023·R_ex^0.8·P_r^0.4，其中，P_r为普朗特准则数，可根据冷却水温查表得到，R_ex为雷诺准则数，γ_f为水的运动粘度，可根据冷却水温查表得到，v_h2o为水速；步骤3.2、在冷却水孔表面施加对流换热边界，指定表面传热系数为h；步骤3.3、根据热传导微分方程进行求解，式中T即为待求的温度，将计算得到的温度分布结果进行保存；步骤4、结果分析：计算完成后，通过结果处理获取反向球形连接结构具体的温度分布状况，进而得到各部分的温升情况。