应用于直驱式风力发电机的小倾角蒸发内冷系统运行机理的研究

风力发电机向大型化发展，其冷却方式对其发展有重要作用。利用大型直驱式风力发电机固有的上仰3～5度角度的特性，可以形成自循环的小倾角蒸发内冷系统实现电机的安全、稳定、有效地冷却，是一种新型的、高效的、非常有发展前途的冷却方式。. 小倾角蒸发内冷系统的自循环机理研究和多根管路并联的运行稳定性问题是该系统能否稳定运行的关键，也是本项目研究的重点。本项目对影响小倾角蒸发内冷系统两相流的管内摩擦阻力问题进行深入的研究，在已有的对蒸发冷却立式管路和水平管路两相流动问题的大量的研究基础上，通过实验验证，不断修正和确定小倾角管路摩擦压降的计算公式，精确计算系统运行阻力，从而设计自循环系统。同时，对该系统的多根并联管路内两相流的运行稳定性问题进行研究，确定系统运行稳定性条件，在此基础上进行蒸发冷却直驱式风力发电机内冷系统的设计和电机温度场分析，形成大型蒸发冷却直驱式风力发电机设计方法。

本项目就蒸发冷却系统应用于风力发电机的关键性问题进行深入研究，解决大型风力发电机的冷却问题，为提升我国大型风力发电机设计研发能力奠定理论基础。.风力发电机自循环蒸发内冷系统利用风力发电机3°~5°的倾斜角使系统顺利实现自循环，这种方式在理论上式可行的，但实际应用中的效果如何，尚且需要进行实验验证。本研究首次设计并搭建了风力发电机定子蒸发内冷实验平台，在此平台的基础上，对风力发电机定子蒸发内冷系统的自循环建立情况、运行的稳定性、绕组的冷却效果、变负荷运行情况等特性进行了实验研究，实验结果有效地证明了蒸发内冷系统在风力发电机上应用的可行性。将传统风力发电机的设计方法与蒸发内冷系统的技术特点和工程应用经验相结合，对蒸发内冷风力发电机线负荷、定子电密、槽满率以及定子绕组联接方式等关键参数及结构的选择进行了研究。基于定子蒸发内冷系统的极限散热能力，提出了蒸发内冷风力发电机最大铜耗的校验判别式，为合理的进行蒸发内冷风力发电机方案设计提供了参考。采用一维模型与有限元仿真相结合的方法，对风力发电机蒸发内冷线圈的三维温度场进行了分析，并将仿真结果与实测值进行对比，验证了仿真分析的准确性。