Inovace systému chlazení točivých elektrických strojů s využitím CFD metod
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato práce se zabývá návrhem a realizací netradičního způsobu chlazení, určeného především pro synchronní generátory středních výkonů. Hlavním cílem tohoto návrhu je odstranění rozměrného výměníku tepla, který bývá součástí těchto generátorů a nepřiměřeně zvyšuje prostorové nároky na umístění stroje. Navržené řešení spočívá v použití přímého vodního chlazení statoru, přičemž se předpokládá, že vinutý rotor bude i nadále chlazen vzduchem. Návrh vodního chlazení proto počítá s instalací menšího chladiče uvnitř stroje, který by vzduch zahřátý teplem rotoru ochlazoval. Práce obsahuje odvození a způsob návrhu základních parametrů vodního chlazení s ohledem na dosažení cílových teplot. Pro praktické ověření zvolené koncepce chlazení byl zvolen malý asynchronní motor. Ten byl upraven do podoby odpovídající stávajícímu způsobu chlazení synchronních generátorů a do podoby reflektující navržené vodní chlazení. Tato dvě provedení byla podrobena měřením a vzájemnému porovnání. Byly rovněž vytvořeny i počítačové CFD modely těchto dvou provedení. Naměřené teploty pak napomohly k odladění modelů a k identifikaci řady materiálových vlastností komponent těchto strojů. Odladěný model vodního chlazení navíc umožnil simulovat práci stroje při vyšším výkonu a stanovit tak jeho přetížitelnost v porovnání se stávající variantou chlazení. Řada poznatků a zkušeností získaných při aplikaci vodního chlazení na malý asynchronní stroj byla použita i při návrhu vodního chlazení pro větší synchronní generátor. Rovněž pro tento stroj byly vytvořeny CFD modely stávající varianty chlazení a navržené varianty s vodním chlazením. I když tyto modely nejsou podloženy měřeními na skutečných generátorech, jejich výsledky naznačují, že je aplikace vodního chlazení na tento typ strojů vhodná a přináší řadu výhod.
This thesis deal with design and implementation of innovative cooling method, intended primarily for medium-power synchronous generators. The main objective of this proposal is to remove the large heat exchanger connected to generator. This heat exchanger unduly increases the space requirements for the machine location. The proposed solution is to use a direct water-cooled stator. It is assumed that the rotor winding will be still cooled by air. Unlike current cooling system, the hot air from the rotor can be cooled in smaller cooler inside the generator. In this work are described methods which can be used for design of water cooling basic parameters, taking required temperatures into account. A small induction motor was selected for practical verification of the proposed cooling concept. This motor was modified into two variants - related to the old cooling of synchronous generators and related to the proposed solution. Both of these variants were measured and compared with each other. Subsequently, CFD models of these two variants were set up. Measured temperatures were used for debugging of models and identification of material properties of components of these machines. The final model of water-cooled variant also makes it possible to simulate the work of motor for higher performance and to determine the overload compared with the old cooling variant. Some knowledge and experience obtained from the small water-cooled induction machine were used in the design of water-cooling for large synchronous generator. In a similar way, CFD models of the old variant of cooling and proposed variant of water- cooling were created. Although these models were not verified by actual measurements on the generators, the results indicated that the application of water-cooling in this type of machine is appropriate and provides many benefits.
This thesis deal with design and implementation of innovative cooling method, intended primarily for medium-power synchronous generators. The main objective of this proposal is to remove the large heat exchanger connected to generator. This heat exchanger unduly increases the space requirements for the machine location. The proposed solution is to use a direct water-cooled stator. It is assumed that the rotor winding will be still cooled by air. Unlike current cooling system, the hot air from the rotor can be cooled in smaller cooler inside the generator. In this work are described methods which can be used for design of water cooling basic parameters, taking required temperatures into account. A small induction motor was selected for practical verification of the proposed cooling concept. This motor was modified into two variants - related to the old cooling of synchronous generators and related to the proposed solution. Both of these variants were measured and compared with each other. Subsequently, CFD models of these two variants were set up. Measured temperatures were used for debugging of models and identification of material properties of components of these machines. The final model of water-cooled variant also makes it possible to simulate the work of motor for higher performance and to determine the overload compared with the old cooling variant. Some knowledge and experience obtained from the small water-cooled induction machine were used in the design of water-cooling for large synchronous generator. In a similar way, CFD models of the old variant of cooling and proposed variant of water- cooling were created. Although these models were not verified by actual measurements on the generators, the results indicated that the application of water-cooling in this type of machine is appropriate and provides many benefits.
Description
Citation
SIKORA, M. Inovace systému chlazení točivých elektrických strojů s využitím CFD metod [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2011.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika
Comittee
doc. Ing. Čestmír Ondrůšek, CSc. (předseda)
Ing. Vít Kotrba, CSc. (člen)
Ing. Martin Sháněl, Ph.D. (člen)
Ing. Karel Fučík (člen)
prof. Ing. Vítězslav Hájek, CSc. (člen)
Ing. Petr Krejčí, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Nahodil (člen)
Ing. Tomáš Nepustil (člen)
Date of acceptance
2011-10-13
Defence
Obhajoba DP pana Ing. Sikory byla zaměřena na zkoumání vlivu chlazení na činnost el. strojů o malém a velkém výkonu. Dizertant svoji prací a obhajobou prokázal, že je perspektivním vědeckým pracovníkem, má schopnost vytvářet inženýrské závěry a podle zkušební komise splnil veškeré podmínky pro udělení titulu Ph.D.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení