空冷汽轮发电机定子复杂结构形变下的流体三维流动与传热影响机理的研究

提出空冷汽轮发电机定子圆周式气隙隔板、轴向新型斜齿式径向通风结构的设计思想，揭示定子气隙隔板形变对气隙流及定子端部、定子风区、转子副槽流体流量的分布的影响规律，确定复杂结构下多边混合风路流量调节对电机温度分布的影响关系；建立抑制传统定子斜齿式径向通风沟绕流性物体二次回流下的蚁群优化数学模型，研究新型定子斜齿式通风沟对电机定子温度场的影响、流体流动及流体温度的影响关系；提出消除径向通风沟内绕流物体背风区流体涡流的有效方法及给出限流结构的约束流和非限流结构无约束流对定子温度的影响关系；建立双向漏磁场与三维温度场的数学方程，研究对称与非对称定子股线结构下的电磁参数、损耗分布和温度分布及绝缘温度分布规律，找出流体在定子通风沟内复杂流动定子最高温度点的漂移规律和有效抑制的方法；研究副槽流体流量分配、流体温度随转子径向通风沟数量与分布间距的关系及对气隙内流体混合流动状态影响规律。

本项目研究了空冷汽轮发电机定子通风槽钢结构形变引起气隙流量的改变对定、转子复杂区域内流体流量分布的影响规律，得到了气隙内流体混合流动的状态、流体温度分布对定转子散热效果的影响关系；提出了抑制传统径向通风沟流体二次回流损耗的新型定子斜齿式通风沟构想，研究表明新型斜齿通风结构可以有效降低发电机的最高温升；通过建立限流结构的约束流与非限流结构的无约束流三维温度场的数学模型，揭示了定子绕组最高温度点飘移的规律，得到了流体流动损耗状况及定子绕组局部区域温度受流体这两种流动状态影响程度；开展了绕组结构形变、横向漏磁场和径向漏磁场多重复杂因素作用下引起的涡流损耗分布的变化对定子线棒内股线、股线绝缘和主绝缘温度分布变化的机理以及绕组结构形变对电磁参数的影响关系的研究；研究了副槽流体流量分配、流体温度随转子径向通风沟数量与分布间距的关系，基于遗传算法优化了副槽高度以降低转子绕组最高温度，为大容量空冷汽轮发电机的设计提供理论支撑；此外，研制了315kW和45kW样机，提出通风结构方案设计、温度测量与流体流速相关测量方法的研究。. 本项目的支持下，发表了直接相关学术论文20余篇，在《IEEE Transactions on Industrial Electronics》（IF=5.165）、《IEEE Transactions on Energy Conversion》（IF=2.427）、《IEEE Transactions on Magnetics》（IF=1.422）等国际电气领域顶级和著名期刊收录SCI论文13篇，在《电机工程学报》和《电工技术学报》等国内著名期刊发表EI论文9篇，获得国家发明专利5项（已授权），多项国家发明专利实审中。本项目的支持下，培养了博士研究生3人、硕士研究生8人，现有6名博士研究生和2名硕士研究生从事该课题的研究。