电机部分水轮发电机水内冷定子温度场的分析方法鲁长彬1，苗立杰（1 .哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨150040 2 .哈尔滨动力设备股份有限公司，黑龙江哈尔滨150040）[摘要]本文利用三维CAD软件建立刘家峡和三峡水内冷定子三维几何模型，通过接口程序直接输入到有限元分析软件中，计算了一个齿距内，包括上下端部线圈的轴向定子整体三维温度场，在三维温度场分析领域探索出一条新途径。刘家峡电站实测数据表明，本方法具有较高的准确性和实用性。
1前言随着水轮发电机单机容量的不断增大，单位体积的损耗也同步增长。采用传统的空气冷却方式已不能满足电机散热的要求，因而，三峡等超大型水轮发电机采用定子水内冷方式，以提高电机的散热能力和极限容量。
目前，尽管国内外在电机温度场计算方面已做了许多工作，但就大型水轮发电机水内冷定子三维温度场计算而言，还缺少先进实用的计算方法，不能适应三峡等超大型水轮发电机的设计及制造需要。
在有限元计算工作中，建立几何模型等前处理工作往往花费很多的时间和精力，特别是象电机这样复杂的装配体，利用常规的建模方法是很困难的。随着计算机及软件技术的高速发展，利用三维CAD软件，比较轻松地建立复杂模型已经成为现实。
本文利用三维CAD与有限元分析软件相结合的方法，计算水内冷定子绕组及铁心的三维温度分布。
以ABB公司提供的设计尺寸和电磁方案为基础，利用三维CAD软件―――SOLIDWORKS ，建立整体几何模型，然后将该模型直接输入到有限元分析软件中进行网格划分，施加边界条件并进行求解，给出整体或不同截面的温度分布云图，最后通过刘家峡电站实测进行对比。
2传热学经典理论回顾按付立叶热传导定律，物体内单位时间内通过单2000 .№3大电机技术位面积所传递的热量与物体内的温度梯度成正比，即式中q―――单位时间内沿法向通过导热面积的热流量，即热流密度向量λ―――导热系数，W/m℃（材料特性，与T有关应写为k，非线性当物体为均匀导热体时，是常数）T―――物体温度，℃。
负号表示沿该梯度方向温度是下降的。
根据热力学能量守恒定律，在一定时间内，一体积元内所产生的热量，应等于同一时间内从这一体积元表面传导出去的热量与留在体积元内的热量之和。
根据前两条定律，应用微分分析法，即可得到有内部热源时具有各向异性介质的固体热传导方程式中q―――内部热源密度，W/m在直角坐标下，该方程可写为对于稳态问题，温度不随时间变化，在物体内部所有点上，上述方程都必须成立，而在物体表面上必须满足下列边界条件：第一类边界条件（温度边界条件）的环境温度是已知的。
第二类边界条件（热流边界条件）在边界上热传导为定值q（向外），即沿该边界的法向温度梯度为给定值。当q =0时，也就是此面上没有热传导，称为绝热边界条件上的边界热流输入―――垂直于物体表面的热传导率。
第三类边界条件（热交换边界条件）边界S上从物体内部传到边界上的热流量，应等于通过该边界散到周围介质中的热流量。
―――周围介质温度。
将各类边界条件代入方程，最终获得一个线性方程组，解此方程组即可得到各个节点的温度值。
3基本假设a.考虑定子绕组铜耗时，认为涡流效应对每根股线的影响相同，即取其平均值b .把槽楔及导线外的绝缘认为是同一种物质c.端部绕组在鼻端啮合处认为没有热交换，可做绝热面处理d .端部只考虑绕组部分。
4几何模型和计算区域利用三维CAD软件―――SOLIDWORKS ，制作刘家峡和三峡水轮发电机水内冷定子模型。考虑到结构的对称性，取一个齿距进行分析计算，因线圈水冷时温度沿轴向变化，轴向取包括上下端部线圈在内的整个区域，见图1.
（a）刘家峡（b）三峡水轮发电机水内冷定子温度场的分析方法2000.№3 5边界条件及热源5 .1传热系数在计算区域内，存在绕组铜线、绝缘和铁心叠片等物质。其中，铁心叠片是热的各向异性媒质，其轴向传热系数比径向传热系数小得多。其他为热的各向同性媒质。
5 .2表面散热系数定子铁心、通风沟、气隙和端部绕组绝缘表面的散热系数，采用试验结合经验公式的方法确定，而水内冷空心导线内表面的散热系数，根据雷诺数等计算得到。
5 .3热源计算区域内存在以下损耗：？定子绕组铜损耗及附加损耗？定子齿和轭铁损耗？定子齿附加损耗。
6分析步骤a.利用三维CAD软件―――SOLIDWORKS制作几何模型b .把在SOLIDWORKS中所做的三维模型，存成parasolid格式，通过有关接口直接输入到有限元分析软件中c.在有限元分析软件中将模型中所有相交面分别粘成一个面d .进入前处理，定义单元类型，材料特性并划分网格e .施加载荷及边界条件，选择求解器并求解f .进入后处理，给出彩色云图或节点温度。
7网格划分由于自由网格对于单元形状没有限制，而映射网格只包含六面体单元，因此，定子直线段采用六面体二十节点单元映射网格，端部采用四面体十节点单元自由网格，六面体与四面体之间采用棱锥单元过渡，以保证数学上的连续性。刘家峡网格见图2 ，共21万个单元，37万个节点。
8计算结果与实测对比利用上述方法计算了刘家峡和三峡水内冷定子三维温度场，三维温度分布云图见图3、4.温度场计算的结果与实测结果的比较。
位置三峡计算刘家峡计算刘家峡实测刘家峡误差（）定子线圈最高定子铁心最高2000 .№3大电机技术推力轴承油膜厚度测试技术的发展孙圣和1，郑为民1，崔峰（1 .哈尔滨工业大学自动化测试与控制系，黑龙江哈尔滨150001 2 .哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040）[摘要]本文综述了与推力轴承理论计算有关的流变弹流润滑理论的研究现状，详述了推力轴承油膜厚度测试技术的发展。
1引言推力轴承是水轮发电机组的重要部件，其性能直接关系到整个机组的可靠性、寿命和经济指标，对于大型机组更是如此。近年来，随着大推力负荷水电机组的投运，推力轴承成了水电机组中最引入关注的部件之一。据报道，苏联在1956～1975年的二十年间大约发生了550起推力轴承事故，其中大约有300起事故导致了机组紧急停车。近年来平均每年仍有5～6起推力轴承故障发生。国内水轮发电机组的运行实践表明，大型水轮发电机组推力轴承发生的故障占水力机械总事故率的55～70 .因此，如何有效地提高推力轴承的可靠性，日益为人们所关注。
随着现代弹流技术的高速发展，为保证推力轴承可靠工作的最佳监测参数―油膜厚度的测试越来越受到重视。由于在弹流润滑状态润滑油处于高压、高温、有油污和强电磁干扰等特殊条件下，构成了弹流润滑理论的复杂性和实测的艰难性。因此，要想建立一个考虑各种因素的润滑模型是十分困难的，现有的弹流润滑理论多数是建立在一定简化模型的基础上。尽管在理论分析时力求全面考虑各种因素的影响，但与实际的润滑工况还是有差别的。所以理论研究的可靠9结论计算和试验结果表明，三维CAD与有限元分析软件相结合的方法，计算水内冷定子绕组及铁心的三维温度分布，具有较高的精确性和实用性，在三维温度场计算分析领域探索出一条新途径，为电机设计和有关科研人员提供了一种先进实用的三维温度场计算分析方法。同时，可以满足三峡等大型水内冷水轮发电机的设计及制造需要。
[作者简介]鲁长彬（1960 ），1983年毕业于哈尔滨电工学院电机系，现在哈尔滨大电机研究所从事水轮发电机增容改造工作，高级工程师。
推力轴承油膜厚度测试技术的发展2000.№3