[发明专利]一种反向球形接头连接结构的温升计算方法

说明书

技术领域

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中，属于发电机部件温升计算方法技术领域。

背景技术

大型汽轮发电机中各部件的温升对机组的运行性能有很大影响，同时也是限制发电机容量增加的一个重要原因。对于大型4极汽轮发电机来说，由于受到发电机定子尺寸的限制，某些机型的定子并联环与各出线线棒接头之间采用反向的球形接头和连接铜排进行连接，当强大的定子电流流过时由于产生的焦耳热使连接部件温度升高，更为严重的是这种反向接头结构在球连接处难以直接通过水进行冷却，这将可能导致连接部件的温升超出通常设计的裕量范围，因此在已给定冷却方式的情况下需要对发电机定子并联环反向球形接头连接结构的温升进行计算研究，确保其温升能够保持在所选绝缘材料和金属材料允许的限度之内。

发明内容

本发明的目的是提供一种在稳态运行工况下汽轮发电机定子并联环反向球形接头连接结构的温升计算方法。

为了实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种反向球形接头连接结构的温升计算方法，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，避免了电流场与温度场同时耦合计算时由于自由度多而导致的求解方程庞大、计算缓慢、计算程序不易重复调用、程序不易阅读等缺点，具体步骤为：

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、线棒引水盒、连接铜排、反向球形接头以及部分并联环结构的三维模型，在该模型中部分线棒通过线棒引水盒设于连接铜排的上端，反向球形接头设于连接铜排的下端，在反向球形接头上设有部分并联环结构，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；

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、线棒引水盒、连接铜排、反向球形接头以及部分并联环结构的电阻率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；

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：