Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Основы современных методов исследования теплового состояния турбогенераторов 10
1.1. Экспериментальные методы исследования теплового состояния электрических машин 10
1.2. Теоретические методы определения теплового состояния электрических машин 23
Глава II. Исследование стационарного температурного поля обмоток ротора турбогенератора на электрической модем 26
2.1. Конечно-разностное представление дифференциального уравнения теплопроводности 26
2.2. Электротепловая аналогия 32
2.3. Методика моделирования и расчета на электрических сетках стационарных температурных полей электрических обмоток 36
2.4. Погрешность моделирования 45
2.5. Описание конструкции используемой специализированной модели 47
Глава III. Исследование стационарного температурного поля обмотки ротора турбогенератора при эксплуатационных повреждениях, вызванных витковыми замыканиями 51.
3.1. Постановка задачи. Принимаемые допущения. Методика исследования 51
3.2. Результаты исследования стационарного температурного поля обмотки ротора 67
3.2.1. Обмотка ротора с косвенным охлаждением 67
3.2.2. Обмотка ротора с непосредственным охлаждением 73
Глава ІV. Исследование стационарного тешературного поля обмотки статора турбогенератора с непосредственным охвддением при эксплуа тационных повреждениях и термических дефектах 84
4.1. Постановка задачи. Принимаемые допущения 84
4.2. Расчет температурного поля на ЭВМ 96
4.3. Закупорка каналов 103
4.4. Изменение расхода хладоагента в каналах 116
4.5. Локальное повышение тепловыделения в стержне обмотки статора - 128
Заключение. 135
Литература 139
- Теоретические методы определения теплового состояния электрических машин
- Методика моделирования и расчета на электрических сетках стационарных температурных полей электрических обмоток
- Результаты исследования стационарного температурного поля обмотки ротора
- Расчет температурного поля на ЭВМ
Введение к работе
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ
Развитие мировой электроэнергетики, в том числе и в развивающихся странах, сопровождается непрерывным ростом единичных мощностей турбогенераторов и повышением требований к их надежности. Это осуществляется путем применения новых прогрессивных конструктивно-технологических решений и улучшения качества выпускаемых машин.
Одной из главных категорий качества современных электроэнергетических машин является эксплуатационная надежность. Повышение их надежности является одной из актуальных проблем мирового и отечественного электромашиностроения. Эффективным способом повышения надежности работы электрогенераторов является автоматическая диагностика неисправностей. Задача диагностики заключается в определении действительного состояния машины в условиях эксплуатации или при заводском контроле с тем, чтобы своевременно обнаружить (или предсказать) отдельные неисправности и установить причины их возникновения. Результаты диагноза позволяют предотвратить внезапные отказы и служат основанием для принятия решения о дальнейшем использовании машины или о характере предстоящего ремонта или технического обслуживания. Таким образом, задача технического диагноза турбогенераторов является сложной, но актуальной проблемой. В процессе диагностирования учас-твуют проверяемый объект, технические средства диагностирования и оператор. При этом необходима определенная организация взаимодействия объекта и средств диагностирования, т.е. система диагностики.
Система технического диагностирования, согласно ГОСТа
20911-75,- это совокупность объекта диагностирования (в нашем случае турбогенератора или его обмоток), методов и средств диагностирования, а также, если необходимо, исполнителей (персонала), готовых к реализации или реализирующих процесс технического диагностирования по заданным алгоритмам.
Алгоритм диагностирования представляет собой совокупность операций, выполняемых в определенной последовательности с целью решения конкретной диагностической задачи Г'2]. Согласно [іб] система технического диагностирования применительно к турбо- и гидрогенераторам, по крайней мере в обозримом будущем}будут функционировать с участием человека. В дальнейшем эти системы будут создаваться как автоматизированные системы технического диагностирования. Используемые в них технические средства, в частности ЭВМ, будут выступать в качестве систем информации и "советчиков" человеку.
Проблема создания и совершенствования автоматизированных систем технического диагностирования турбогенераторов на электростанциях является сложной и многоплановой, требующей систематической работы многих научно-исследовательских, проектно-конструк-торских, промышленных, наладочных и эксплуатационных организаций ряда министерств и ведомств. В последние годы рядом организаций достигнуты некоторые результаты, в частности [2,36,37,72І.
проведена систематизация дефектов мощных турбо - и гидрогенераторов, их признаков и возможных методов выявления, составлены соответствующие диагностические таблицы; выявлены группы наиболее значительных дефектов, раннее выявление которых позволит в 3-4 раза снизить продолжительность вынужденных простоев генераторов;
разработаны методы, средства и предварительные критерии вибрационной диагностики турбо - и гидрогенераторов, в том числе
их статоров; многие средства выпускаются промышленностью, они опробованы и внедрены в практику контроля агрегатов некоторых ГЭС и ТЭС.
Большое внимание уделяется усовершенствованию систем теплового контроля. Разработаны и разрабатываются новые, ранее практически не применявшиеся, методы и средства диагностики, в том числе частичных разрядов в обмотках, контроля нагревов маг-нитопроводов на основе использования инфракрасной техники, применение различных видов термохимических индикаторов, многих камер для индикаций местных перегревов в турбогенераторах и др.
Среди неисправностей электрических машин термические дефекты занимают значительное место, поэтому надежность машины существенно определяется тепловым состоянием основных её элементов. В связи с чем тепловая диагностика машины в целом или её отдельных (наиболее напряженных) элементов приобретает важное значение.
Настоящая работа ориентирована на разработку методологических основ организации тепловой диагностики обмоток мощных турбогенераторов и непосредственно посвящена расчетно-теоретическим исследованиям температурного поля обмоток в нормальных эксплуатационных режимах и при различных аварийных ситуациях или повреждениях. Практической целью исследований является определение чувствительности температурного поля отдельных элементов обмоток к различного рода термическим деффектам или неисправностям, возникающим в процессе эксплуатации турбогенераторов.
В соответствии с изложенным, основными задачами диссертационной работы являются:
Разработка системы математических моделей температурного поля обмоток мощных турбогенераторов с различными схемами охлаждения при наличии в них термических деффектов или неисправностей.
Разработка практических методик математического моделиро-
_ 7 -
вания температурного поля обмоток с термическими деффектами или неисправностями на электрических моделях и ЭВМ.
Исследование температурных полей обмоток мощных турбогенераторов с термическими дефектами или неисправностями при нормальных эксплуатационных режимах.
Оценки термической опасности различных дефектов и неисправностей в обмотках и чувствительности температурного поля отдельных их элементов к этим дефектам и неисправностям.
При решении научной задачи расчетно-теоретического исследования температурных полей обмоток мощных турбогенераторов с различными термическими дефектами, разработаны следующие новые положения, которые и выносятся на защиту:
I. Практические методы математического моделирования и численного расчета на ЭВМ температурного поля обмоток мощных турбогенераторов. Разработанная методика учитывает трехмерный характер поля, транспозицию элементарных проводников в пазовой части обмотки статора, движение и подогрев хладоагента в каналах обмоток.
2. Диагностические характеристики обмоток, связывающие конкретные термические дефекты с чувствительностью температурного поля в различных сечениях по длине обмотки.
3. Методика и результаты расчета температурных полей обмоток, при термических дефектах, обусловленных замыканием элементарных проводников, уменьшением скорости движения хладоагента в каналах, полной и частичной закупорки каналов.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
Во введении оценивается состояние и перспективы развития
диагностики эксплуатационного состояния турбогенераторов, формулируются задачи диссертационной работы и основные её положения, которые выносятся на защиту.
В первой главе излагаются основы современных методов исследования теплового состояния турбогенераторов. Рассматриваются экспериментальные и расчетно-теоретические методы исследования теплового состояния электрических машин. Даны краткие описания и характеристики основных термометров применяемых при тепловых испытаниях электрических машин. Оцениваются основные погрешности определения температуры в турбогенераторах.
Вторая глава посвящена исследованию на электрических моде,-2 лях стационарных температурных полей обмоток турбогенераторов. Излагается процедура моделирования температурных полей электрических обмоток и рассматриваются подробно основные этапы. Дано описание конструкций используемой специализированной модели.
Третья глава посвящена исследованию стационарного темпера-турбого поля обмотки ротора турбогенератора при эксплуатационных повреждениях, вызванных витковыми замыканиями. Поясняется как моделируется нормальный режим и витковые замыкания. Дано описание программы расчета температурного поля на ЭВМ. Оценивается чувствительность температурного поля обмотки ротора при витко-вых замыканиях для различных схем охлаждения: косвенное и непосредственное охлаждение. Дано описание и анализ результатов выполненного исследования.
Четвертая глава посвящена исследованию стационарного температурного поля обмотки статора турбогенератора с непосредственным охлаждением при наличии термических деффектов. В качестве термических деффектов рассматривается: закупорка каналов, уменьшение расхода охлаждающей воды в каналах, замыкание элементарных проводников. Поясняется как моделировать эти деффекты и дано описание программы расчета температурного поля на ЭВМ. Приводятся
картины исследуемых температурных полей. Оценивается чувствительность температурного поля обмотки статора к различным дефек.-там. Дано описание и анализ полученных результатов.
Заключение содержит основные выводы по работе. Список литературы состоит из НО наименований.
Работа выполнялась в соответствии с программами ГКНТ и АН СССР по созданию новых видов оборудования для производства электрической и тепловой энергии (0.Ц.002) на тепловых (0.01.01) и атомных (0.01.04) электростанциях.
Отдельные разделы диссертации докладывались на научно-технических семинарах кафедры электрических машин ЛІ1И им,М.И.Калинина.
По результатам исследований опубликована одна статья. Результаты работы использованы в ЛПИ им.М.И.Калинина при выполнении научно-исследовательских работ по совершенствованию мощных турбогенераторов .
Теоретические методы определения теплового состояния электрических машин
Теоретические методы исследования температурных полей в электрических машинах подразделяются на аналитические и численные методы (метод математического моделирования).
Аналитические методы [53, ш] предполагают аналитическое решение дифференциального уравнения теплопроводности приемами математической физики при выполнении граничных и начальных условий. Однако, в реальных многомерных задачах определение температурного поля в неоднородной области сложной конфигурации аналитически не представляется возможным, что и ограничивает применение этих методов.
Численные методы позволяют получить для некоторых заданных численных значений аргумента численные значения функций, т.е. решение получаем в некоторых точках пространства (плоскости, линии). Понятно, что результат решения в этом случае дискретен.
Из численных методов, используемых при решении задач по исследованию температурного поля, следует назвать метод сеток, или метод конечных разностей и метод конечных элементов. В настоящей работе использовался метод сеток. Физически метод сеток означает замену системы с распределенными параметрами системой с сосредоточенными параметрами, т.е. используется схема замещения элемента электрической машины. Математически метод сеток представ ляет замену дифференциальных уравнений теплопроводности в частных производных конечным числом обычных алгебраических уравнений, в конечно-разностной форме, число которых равно количеству узлов сетки. Чем больше узлов в сетке, тем точнее решается задача Более подробно о методе сеток указано в [96].
К численным методам относится и метод математического моделирования [38,87j. Широкое распространение получили методы мате матического моделирования на электрических сетках.
Математическое моделирование - исследование физического процесса путем опытного изучения явления иной физической природы, но описываемого теми же математическими соотношениями, что и моделируемый процесс. Например, механические и электрические колебания относятся к различным формам движения материи. Но они могут быть описаны одними и теми же дифференциальными уравнениями } - поэтому с помощью механических колебаний можно моделировать электрические и наоборот. Математическое моделирование широко применяется для замены изучения одних явлений изучением других явлений, более удобных для лабораторного исследования. Особенно важным при этом является электрическое моделирование, позволяющее на электрических моделях изучать механические, тепловые, гидродинамические, акустические и иные явления. Широкое применение электрических моделей объясняется простотой, с которой может быть построена модель системы с определенными параметрами и доступностью электрических элементов для измерений в любой части поля внутри системы. Электрические поля - по крайней мере при низких частотах, можно считать полностью заключенными внутри электрических цепей и проводящих сред, исключая таким образом трудности, связанные с отдачей и рассеянием энергий, которые имеют место в тепловых системах. Электрические поля не зависят от силы тяжести и большинства внешних полей (при условии надежной защиты) и не нуждаются в регулировке и выравнивании, как механико-динамические системы. Высококачественные электроизмерительные приборы просты в применении и точно градуированы. Наконец, построение электрических моделей гораздо проще создания динамических и других систем. Другим важным преимуществом электрических моделей является их универсальность. Фактически все основные типы задач теорий поля могут быть успешно решены при помощи электрических моделей. Электрические модели находят применение почти во всех областях техники, связанных с задачами теории поля и представляют для научных исследований особый интерес.
Широкое распространение в практике энергомашиностроения получил метод Р.Зодерберга в качестве метода эквивалентных тепловых схем [Г07]. Разработка метода эквивалентных тепловых схем была связана со стремлением обойти трудности расчета двухмерных и трехмерных температурных полей в активных частях электрических машин. Этот метод может применяться для решения как стационарных, так и нестационарных задач. Его используют для определения распределения температур в больших сложных областях, как например, во всей электрической машине. Но необходимость в данных по нагреву отдельных элементов машины, а также распределению температуры по какому-либо отдельному элементу приводит к такой сложной тепловой схеме, что сам метод теряет свои основные преимущества, а именно, простоту и наглядность, и приближается к полевой постановке тепловой задачи, более удобно решаемой методом электрических сеток сопротивлений, чем методом эквивалентных тепловых схем.
Для моделирования нестационарных температурных полей применяется метод R С - сеток и метод Либмана [95].
Много нового внесло в тепловой расчет освоение вычислительной техники. Прежде всего была создана возможность получить численные решения тех дифференциальных уравнений, для которых отсутствуют общие решения. Цифровые машины позволяют получать решение систем уравнений, что при ручном счете практически неосуществимо. Машины позволяют получать поле температуры в итоге решения системы линейных алгебраических уравнений высокого порядка, заменяющих дифференциальное уравнение теплопроводности с произвольной точностью.
Условимся рассматривать обмотки турбогенератора как конечную систему однородных изотропных тел с постоянными теплофизи-ческими параметрами. Трехмерное стационарное температурное поле в твердом однородном теле при наличии внутренних источников тепла описывается в прямоугольной системе координат дифференциальным уравнением теплопроводности [92,65,11]где: У - температура; & , jS, - координаты, М; /1 - коэффициент теплопроводности, Вт/М.К; Оу - удельные объемные поте-ри, Вт/м .единственность решения дифференциального уравнения (2.1) обеспечивается лишь в том случае, когда сформулированы краевые условия. Оки определяют характер теплообмена на границах тела (граничные условия), а также его тепловое состояние в начальный момент времени (начальное условие). Граничные условия подразделяются на условия первого, второго, третьего и четвертого родов. Граничные условия первого рода предполагают задание на границах тела распределения температуры для любого момента времени, т.е. Граничные условия второго рода заключаются в задании на всех граничных поверхностях удельного теплового потока. Их математическая формулировка выглядит так:
Методика моделирования и расчета на электрических сетках стационарных температурных полей электрических обмоток
Схема (2.3) представляет собой электрический аналог для внутренней узловой точки сетки, наложенной на некоторую область. Если из элементов, подобных изображенному на рис.2.3, составить электрическую схему, объединяющую две узловые точки сеточной области, то получится электрическая сеточная модель всей области за исключением граничных узлов. На границе узловых точек должно быть задано граничное условие. Рассмотрим, как реализуются граничные условия на модели.
Граничные условия первого рода осуществляются заданием электрических потенциалов в граничные узловые точки. Частный случай /Гр =0 означает "заземление" граничных точек, то есть задание на границе иг/ = 0. На рис.2.4,а показана электричес кая схема узловых точек при задании граничных условий первого рода. Для того, чтобы задать граничные условия второго рода, в граничные узловые точки надо завести токи, втекающие в модель или оттекающие от неё (истоки и стоки). Частный случай Ог = О сводится к электрической изоляции границы, то есть на её границе должны быть включены сопротивления Д = =х= . На рис.2.4,б показана электрическая схема узловых точек при задании граничных условий второго рода.
Реализацию граничных условий третьего рода, связывающих температуру и её производную по нормали на границе, можно пояснить, проанализировав выражение (2.4). Заметим, что правая часть этого выражения есть плотность теплового потока на границе, то есть:
Допустим, что теплоотдача осуществляется с поверхности, перпендикулярной оси СР выделенного элемента (рис.2.2), площадью/ / Умножив (2.16) на д/д , получим: Левая часть уравнения представляет собой разность температур деленную на сопротивление теплоотдачи, которое вычисляется по известному выражению: где F - поверхность охлаждения, равная в данном случаеЛ!/А Правая часть выражения (2.17) есть полный тепловой поток из выделенного элемента (рис.2.2) через сопротивление теплоотдачи с . Следовательно, задание граничных условий третьего рода сводится к включению в граничные узловые точки сопротивлений теплоотдачи на свободном конце которых задаются электрические потенциалы Ucp - А -/«у» . В частном случае Тер - 0 свободные концы сопротивлений заземляются. На рис.2.5,а показана электрическая схема узловых точек при задании граничных условий третьего рода.
Граничные условия четвертого рода при идеальном контакте осуществляются простым электрическим соединением узловых точек, расположенных на границе раздела тел с различными теплотехническими свойствами. На рис.2.5,б показана электрическая схема узловых точек г(ри задании граничных условий четвертого рода.
Процедура моделирования на аналоговой сеточной модели включает в себя следующие этапы: 1. Выбор шагов сетки и нанесение сетки на исследуемую область. 2. Уточнение характеристик материалов, составляющих область исследования. 3. Расчет параметров сетки и коэффициентов аналогии. 4. Расчет потерь, источников тепловыделения. 5. Построение модели. 6. Проверка и отладка модели 7. Непосредственное моделирование. 8. Обработка результатов моделирования. Рассмотрим кратко каждую из процедур. I. Выбор шагов сетки и нанесение сетки на исследуемую область. Выбор шагов сетки производится произвольно, в зависимости от условий поставленной задачи, геометрии исследуемого объекта и количества узловых точек используемой сеточной модели. Чем меньше шаг, тем больше узловых точек в модели и тем мельче сетка. Выбор шагов сетки существенно влияет на величину погрешности аппроксимаций (2.25). С уменьшением шага сетки возрастает точность моделирования, а с увеличением шага сетки возрастает погрешность и следовательно уменьшается точность моделирования. - 2.Уточнение характеристик материалов, составляющих область исследования. После выбора шагов сетки и нанесения её на исследуемые области, необходимо уточнить характеристики материалов узловых точек. Обмотка турбогенератора представляет собой неоднородное твердое тело с различными конструктивными материалами (медь, изоляция , дюралюминий). В таблице №2.1 приведены значения коэффициентов теплопроводности этих материалов. Если дискретный элемент включает в себя различные материалы, например узел на границе меди и изоляции, то эквивалентная теплопроводность этого элемента определяется следующим образом. В направлении, перпендикулярном границе элемента:
Результаты исследования стационарного температурного поля обмотки ротора
Как уже отмечалось раньше, исследование температурного поля обмотки ротора осуществлено на сеточной модели и на ЭВМ. Это позволяет проверить и тот и другой метод. Сравнение результатов, полученных этими двумя методами проведено для характерных точек исследуемой области (см.рис.3.4). Такими точками выбраны возможные места расположения датчиков: точка I расположена на поверхности ротора, точка 2 на границе клин-зубец, точки 3,4 - под клиновой изоляцией, точка 5 в проводнике.
На рис.3.б показано температурное поле обмотки с косвенным охлаждением при нормальном режиме. Отметим, что на этом и последующих рисунках на изотермах указаны превышения температуры над температурой водорода на входе в каналы и в зазоре. В целях упрощения эти превышения будем называть просто температурой. Как видно из рисунка температура обмотки по мере приближения к воздушному зазору уменьшается. Максимум температуры получается в нижних витках где она достигает 75С. В верхнем витке температура составляет 50С.
Сравнение результатов моделирования и расчета на ЭВМ дает расхождение на 4,2% в точках I и 2. В точке 3, результаты почти совпадают; расхождение минимальное.и составляет 0,2%. На поверхности под клиновой изоляцией в точке 4 расхождение равно 3,1%. -
В точке 5 расхождение результатов моделирования и расчета на ЭВМ составляет 2,6$. Как видно из вышеизложенного, сравнение результатов моделирования и расчета на ЭВМ дает расхождение меньше Ь%, что допустимо в практике инженерных расчетов. Это свидетельствует о достаточной точности численной реализации обоих методов.
В качестве эксплуатационного повреждения в обмотке ротора рассматривалось витковое замыкание. Витковое замыкание в обмотке возникает при повреждении изоляции элементарных витков. В отличие от обмотки статора, где витковые замыкания сопровождаются повышением тепловыделения, в обмотке ротора витковые замыкания вызывают снижение тепловыделения до нуля при идеальном глухом замыкании.
Моделирование витковых замыканий в обмотке ротора турбогенераторов типа ТВВ осуществляется путем отключений соответствующих витков, предполагая, что витковое замыкание идеальное.
В данной работе мы исследовали температурное поле обмотки ротора и его чувствительность к дефекту. Численное значение относительной чувствительности температурного поля определяется по выражению (1.2).
На рисунках 3.7-3.9 показан характер изменения чувствительности температурного поля к замыканию различных витков. На рис. 3.7 показана чувствительность температурного поля к замыканию верхнего витка. Как видно из рисунка наибольшее изменение чувствительности температурного поля получается в месте замыкания, где она достигает - 20%. Во втором витке чувствительность температурного поля равна -14$. В нижних витках чувствительность снижается до -10$. При замыкании среднего витка рис.3.8 максимум чувствительности получается непосредственно в месте .дефекта, где она составляет -19$. В двух соседних верхних и нижних витках - чувствительность температурного поля равна -14%.
На рис.3.9 показано поле температурной чувствительности при замыкании нижнего витка. Здесь также наибольшее изменение чувствительности получается в месте дефекта и составляет-18%. В средних витках чувствительность составляет - 14%. В верхнем витке чувствительность температурного поля снижается до -11%.
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующий вывод: При витковых замыканиях в обмотке ротора турбогенераторов типа ТВВ, наибольшая чувствительность температурного поля к де -фекту имеет место непосредственно в местах замыкания, и независимо от места расположения витка равна, примерно,-20%. По мере удаления от места дефекта, чувствительность температурного поля обмотки к /дефекту уменьшается, примерно до -(10-5-14)%.
Расчет температурного поля на ЭВМ
Закупорка каналов при эксплуатации турбогенераторов возникает из-за засорения системы охлаждения. Она сопровождается снижением интенсивности отвода тепла, и увеличением тепловой инерции соответствующей области. При полной закупорке канала теплообмен в канале отсутствует и коэффициент теплоотдачи равен нулю. В настоящей работе рассматривается влияние различных термических дефектов на чувствительности температурного поля обмотки в различных сечениях по её длине.
Чувствительность - это диагностическая характеристика связывающая конкретные термические дефекты с характером изменения температурного поля. Численное значение относительной чувствительности температурного поля определяется по выражению (1.2).
На рис.4.4 показано температурное поле обмотки статора турбогенератора ТВВ-320-2 при нормальном режиме. Отметим, что на этом и последующих рисунках на изотермах указаны превышения температуры над температурой воды на входе в каналы стержней. В целях упрощения эти превышения будем называть просто температурой. Как видно из рисунка, наибольшая температура получается в двух
На рис.4.5 4.13 показаны температурное поле и распределение по высоте стержня относительной чувствительности температурного поля обмоток к закупорке различных каналов. Величина чувствительности температурного поля определялась в проводниках и на поверхности изоляций под клином и между стержнями как в возможных местах расположения температурных датчиков.
На рис.4.5 показано температурное поле обмотки статора при закупорке верхнего канала. Здесь максимум температуры получается непосредственно в месте закупорки и равен 15,7С. По мере удаления от места закупорки, температура уменьшается. На поверхности изоляций между стержнями температура составляет 13С. При закупорке верхнего канала, температура меди повышается на 5,4С по сравнению с нормальным режимом.
На рис.4.6 показано поле чувствительности при закупорке верхнего канала. Поле нарисовано для начала стержня. Здесь также максимум чувствительности получается в месте деффекта, где она достигает 92%. По мере удаления от места закупорки чувствительность температурного поля снижается практически до 0$.
На рис.4.7 показано распределение по высоте стержня относительной чувствительности температурного поля обмотки к закупорке верхнего канала. Кривые построены для трех характерных сече стержня, соответствующих началу ( ), середине ( ) иконцу (— —) стержня. Как видно из рисунка, наибольшая чувствительность имеет место в начале обмотки непосредственно в месте закупоренного канала, где она достигает 92,8%. На поверхности изоляции под клином, чувствительность температурного поля равна Закупорка каналов при эксплуатации турбогенераторов возникает из-за засорения системы охлаждения. Она сопровождается снижением интенсивности отвода тепла, и увеличением тепловой инерции соответствующей области. При полной закупорке канала теплообмен в канале отсутствует и коэффициент теплоотдачи равен нулю. В настоящей работе рассматривается влияние различных термических дефектов на чувствительности температурного поля обмотки в различных сечениях по её длине.
Чувствительность - это диагностическая характеристика связывающая конкретные термические дефекты с характером изменения температурного поля. Численное значение относительной чувствительности температурного поля определяется по выражению (1.2).
На рис.4.4 показано температурное поле обмотки статора турбогенератора ТВВ-320-2 при нормальном режиме. Отметим, что на этом и последующих рисунках на изотермах указаны превышения температуры над температурой воды на входе в каналы стержней. В целях упрощения эти превышения будем называть просто температурой. Как видно из рисунка, наибольшая температура получается в двух - 104 Рис. 4.4 Температурное поле обмотки статора при нормальном режиме (конец стержня) полустержнях в местах контакта сплошных проводников с изоляцией. В левом полустержне максимум температуры получается в двух нижних элементах и составляет ІЗС. В первом полустержне, онасоставляет 12С в двух верхних элементах. В середине стержня,температура примерно постоянна и равна ПС.
На рис.4.5 4.13 показаны температурное поле и распределение по высоте стержня относительной чувствительности температурного поля обмоток к закупорке различных каналов. Величина чувствительности температурного поля определялась в проводниках и на поверхности изоляций под клином и между стержнями как в возможных местах расположения температурных датчиков.
На рис.4.5 показано температурное поле обмотки статора при закупорке верхнего канала. Здесь максимум температуры получается непосредственно в месте закупорки и равен 15,7С. По мере удаления от места закупорки, температура уменьшается. На поверхности изоляций между стержнями температура составляет 13С. При закупорке верхнего канала, температура меди повышается на 5,4С по сравнению с нормальным режимом.
На рис.4.6 показано поле чувствительности при закупорке верхнего канала. Поле нарисовано для начала стержня. Здесь также максимум чувствительности получается в месте деффекта, где она достигает 92%. По мере удаления от места закупорки чувствительность температурного поля снижается практически до 0$.
На рис.4.7 показано распределение по высоте стержня относительной чувствительности температурного поля обмотки к закупорке верхнего канала. Кривые построены для трех характерных сече стержня, соответствующих началу ( ), середине ( ) иконцу (— —) стержня. Как видно из рисунка, наибольшая чувствительность имеет место в начале обмотки непосредственно в месте закупоренного канала, где она достигает 92,8%. На поверхности изоляции под клином, чувствительность температурного поля равна - 108 Рис, 4.7 Распределение по высоте стержня относительной чувствительности температурного поля обмоток к закупорке верхнего канала0%. К середине обмотки, чувствительность на поверхности изоляции под клином с ставляет 39,60%, а на поверхности изоляции между стержнями она равна 3,60%. В конце обмотки чувствительность минимальная и составляет 23,7% на поверхности изоляции под клином, а на поверхности изоляции между стержнями она составляет 4,60%.
При закупорке среднего канала рис.4.8 4.10 максимум чувствительности получается в начале обмотки непосредственно в месте закупорки канала, где она достигает 87%, На поверхности изоляции под клином чувствительность температурного поля равна 2,3%, а на поверхности изоляции между стержнями она снижается практически до 0%. К середине обмотки чувствительность температурного поля на поверхностях изоляции под клином и между стержнями составляет 4,9$ и 2,7% соответственно. В конце обмотки чувствительность температурного поля составляет 6,3% на поверхности изоляции под клином и 4% на поверхности изоляции между стержнями. При закупорке среднего канала температура элементарного проводника повышается на 4,2С по сравнению с нормальным режимом.
На рис.4.І3 4.ІЗ показаны температурное поле и распределение по высоте стержня относительной чувствительности температурного поля обмотки к закупорке нижнего канала. Как видно из рис. 4.12-4.13 здесь также максимум чувствительности получается в начале обмотки непосредственно в месте дефекта, где она достигает 91%. По мере удаления от места дефілекта чувствительность уменьшается. На поверхности изоляции между стержнями чувствительность температурного поля равна 63%, а на поверхности изоляции под клином она снижается практически до 0%. К середине обмотки чувствительность на поверхностях изоляции между стержнями и под клином составляет 2 7fo и 4% соответственно. В конце обмотки
