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尾水管内气液两相流动测量

上海交通大学学报 2024年第8期58卷 1188-1200页

作者：李金凤陈武光张正川徐用良李开盈尹俊连王德忠上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 水力发电设备国家重点实验室哈尔滨150040 哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨150040 哈尔滨大电机研究所哈尔滨150040 中核核电运行管理有限公司浙江嘉兴314300

当水轮机在部分负荷工况下运行时,尾水管内会形成不稳定的螺旋涡带流动,导致严重的流量不平衡,进而影响系统动态特性.获取尾水管内完整的气液两相流动,是分析涡带生成和发展机理从而对其进行有效控制的基础.为此,本文突破传统测量技术... 详细信息

当水轮机在部分负荷工况下运行时,尾水管内会形成不稳定的螺旋涡带流动,导致严重的流量不平衡,进而影响系统动态特性.获取尾水管内完整的气液两相流动,是分析涡带生成和发展机理从而对其进行有效控制的基础.为此,本文突破传统测量技术在气液两相流测量中的局限性,结合粒子图像测速和脉冲阴影技术,同步测量液相速度场和两个垂直方向的涡带形态.分析不同涡带形态的演化过程,进一步通过图像处理获取螺旋涡带的直径和空间信息,实现单螺旋涡带的三维重建,得到单螺旋涡带清晰的三维形态和旋转进动过程.最后对尾水管内呈现单螺旋涡带时的液相速度场进行分析,并将液相速度场与涡带的三维形态进行空间关联分析.实验研究表明:尾水管内涡带呈现单螺旋、双螺旋、气芯堆叠3种形态的不稳定循环流动演化,单螺旋涡带局部一分为二时,会转化为双螺旋涡带;单螺旋涡带局部螺旋升角不断减小时,会发生涡带堆叠破裂;尾水管内呈现单螺旋涡带时,涡带整体随液相主流绕中心轴线旋转进动,同时涡带自身局部存在绕某一轴线的旋转,涡带形态的螺旋旋向与整体旋转进动的螺旋旋向相反.流动根据轴向速度分为外围主流区和中心滞止区两部分,主流区和滞止区之间的剪切层卷起形成旋涡,液相旋涡的位置决定了螺旋涡带的空间形态.

关键词：尾水管涡带气液两相流粒子图像测速脉冲阴影涡带三维重建

双并列转子永磁直驱电机转子不平衡力分析与优化

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电工技术学报 2024年第10期39卷 2961-2973页

作者：陶大军陈阳李峥戈宝军大型电机电气与传热技术国家地方联合工程研究中心(哈尔滨理工大学) 哈尔滨150080

双并列转子永磁直驱电机受轴间距限制,设计时会切掉部分定子铁心和绕组,造成转子电磁力不平衡。为最大限度地抑制转子所受的不平衡电磁力,该文从双并列转子结构出发,分析了电机绕组电感参数不对称的原因,提出通过合理设计线圈跨距和分... 详细信息

双并列转子永磁直驱电机受轴间距限制,设计时会切掉部分定子铁心和绕组,造成转子电磁力不平衡。为最大限度地抑制转子所受的不平衡电磁力,该文从双并列转子结构出发,分析了电机绕组电感参数不对称的原因,提出通过合理设计线圈跨距和分布平衡三相电感。在此基础上,构建转子所受总电磁力的数学模型,理论分析各个分力的来源及影响因素,研究各个分力对转子所受总电磁力的影响,提出了优化占空角、优化耦合间距、采用定子端部不对称结构、采用转子偏心结构和切除部分单元电机五种优化方法,实现对转子所受电磁力的优化,探讨了不同方法的优化效果,以及其对转矩脉动的影响,总结了不同优化方法的优缺点。

关键词：双并列转子永磁直驱电机电磁力优化方法

基于改进型ADRC的PMSM无位置传感器控制

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电机与控制学报 2024年第4期28卷 50-60页

作者：肖芳谢元宇王明辉林海波哈尔滨理工大学大型电机电气与传热技术国家地方联合工程中心黑龙江哈尔滨150080

针对永磁同步电机矢量控制中传统速度环PI调节器存在协调性与抗干扰能力差的问题,引入自抗扰控制(ADRC)替代速度环PI调节器,考虑到线性ADRC中PD控制存在性能较差的缺点,选择滑模控制代替PD控制,提出改进型ADRC控制方法;同时采用模型参... 详细信息

针对永磁同步电机矢量控制中传统速度环PI调节器存在协调性与抗干扰能力差的问题,引入自抗扰控制(ADRC)替代速度环PI调节器,考虑到线性ADRC中PD控制存在性能较差的缺点,选择滑模控制代替PD控制,提出改进型ADRC控制方法;同时采用模型参考自适应系统(MRAS)取代传统机械式位置传感器对电机的转子位置进行检测,实现了永磁同步电机无位置传感器控制。通过采用改进型ADRC与MRAS相结合的控制方法,电机控制系统具有了更好的动态响应速度和抗干扰能力。最后通过永磁同步电机对拖实验平台对电机在转速恒定负载突变和带载启动转速突变两种工况下进行实验,验证了改进型ADRC与MRAS相结合的控制策略的有效性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器滑模控制自抗扰控制模型参考自适应

复合材料螺旋桨BEM/FEM流固耦合计算方法研究

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中国舰船研究 2024年

作者：郭春雨朱世祺叶礼裕王超哈尔滨工程大学青岛创新发展基地哈尔滨电机厂有限责任公司沪东中华造船(集团)有限公司哈尔滨工程大学船舶工程学院

[目的]旨在预报复合材料螺旋桨的水动力性能并研究其流固耦合特性。[方法]结合边界元法（BEM）和有限元法（FEM）建立复合材料螺旋桨流固耦合计算方法，以边界元法计算复合材料螺旋桨桨叶表面压力及水动力，并将计算得到的桨叶表面压力... 详细信息

[目的]旨在预报复合材料螺旋桨的水动力性能并研究其流固耦合特性。[方法]结合边界元法（BEM）和有限元法（FEM）建立复合材料螺旋桨流固耦合计算方法，以边界元法计算复合材料螺旋桨桨叶表面压力及水动力，并将计算得到的桨叶表面压力传递到有限元结构模型中，然后以有限元法预报复合材料桨叶在受到载荷下的位移与应力分布，并将变形传递到螺旋桨边界元法水动力计算中，从而实现双向流固耦合计算；应用该方法对5 471桨进行计算并与文献中的试验值进行对比分析，以验证该方法的可行性，随后将5 471桨型复合材料螺旋桨与刚性桨的水动力性能进行对比分析。[结果]研究表明，采用本文方法可实现复合材料螺旋桨水动力性能分析的一体化，具有实施简单、计算效率高、准确等优点。[结论]所做研究可为复合材料螺旋桨的自适应性设计工作提供可靠的数据支撑，提升复合材料螺旋桨的设计效率。

关键词：复合材料螺旋桨流固耦合边界元法有限元法

变速抽水蓄能电机在发电工况不同转速下磁场和损耗研究

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大电机技术 2024年第1期 48-53页

作者：韩继超董桀辰张勇孙玉田李桂芬张春莉胡金明于鸿浩水力发电设备全国重点实验室(哈尔滨电机厂有限责任公司) 哈尔滨150040 哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨150040 哈尔滨大电机研究所哈尔滨150040 哈尔滨理工大学哈尔滨150080 雅砻江流域水电开发有限公司成都610051

本文对变速抽水蓄能发电电动机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程进行了推导,并建立了10MW变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型,对变速抽水蓄能发电电动机的电磁场数学方程进行了计算,得到了变速抽水蓄... 详细信息

本文对变速抽水蓄能发电电动机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程进行了推导,并建立了10MW变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型,对变速抽水蓄能发电电动机的电磁场数学方程进行了计算,得到了变速抽水蓄能电机在发电机工况下超同步速时定子电压和定子电流的波形,分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下不同转速时磁密的分布规律,研究了不同转速下定子铁芯损耗和转子铁芯损耗占总铁芯损耗比例的变化规律。搭建了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机试验测试平台,通过试验测试得到的结果与计算结果较为接近。

关键词：变速抽水蓄能发电电动机不同转速磁密铁芯损耗试验测试

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计及复杂换位结构的百万千瓦级汽轮发电机定子流固耦合传热研究

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5328-5337,I0026页

作者：边旭孟雨鹏梁艳萍王乃元韩仰志哈尔滨理工大学黑龙江省哈尔滨市150080

百万千瓦级汽轮发电机的定子绕组通常采用多根空、实心股线并绕的复杂编织换位结构,针对尺寸相差悬殊的复杂结构使得其定子流固耦合模型的数值求解存在网格数量多、容易出现奇异解的难点问题,该文提出三维区段式流固耦合网格划分方法,... 详细信息

百万千瓦级汽轮发电机的定子绕组通常采用多根空、实心股线并绕的复杂编织换位结构,针对尺寸相差悬殊的复杂结构使得其定子流固耦合模型的数值求解存在网格数量多、容易出现奇异解的难点问题,该文提出三维区段式流固耦合网格划分方法,根据不同区段股线的结构及传热特点,通过非均匀网格划分方法大大降低求解模型的网格数量,实现计及复杂换位结构的定子流固耦合模型的数值求解,并通过一台124万kW水氢氢冷汽轮发电机的短路型式实验进行验证。在此基础上,提出定子绕组的新型交叉换位方法并与传统换位方法的温度进行对比,结果表明,新型交叉换位方法使定子绕组股线以及绝缘的温度分布更加均匀,并且能够有效降低定子绕组最高温度。

关键词：百万千瓦级汽轮发电机定子复杂换位结构流固耦合传热

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基于TOP策略调频的风电机组功率控制的优化

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大电机技术 2024年第4期 97-103页

作者：张华彧柴博容新疆大学电气工程学院乌鲁木齐830046 哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨150040

当双馈风力发电机系统频率发生变化时,存在转子转速无法响应电网频率和没有多余的有功功率来支撑频率的变化等问题。本文针对双馈风力发电机组的一次调频进行研究,提出一种基于转子动能控制的临时过载输出(Temporary Over-Production,T... 详细信息

当双馈风力发电机系统频率发生变化时,存在转子转速无法响应电网频率和没有多余的有功功率来支撑频率的变化等问题。本文针对双馈风力发电机组的一次调频进行研究,提出一种基于转子动能控制的临时过载输出(Temporary Over-Production,TOP)控制策略,根据电力系统一次调频基本要求,给出了双馈风力发电机组参与系统一次调频的原理方案。仿真结果表明,通过对附加策略前后频率、转速、风机输出功率进行对比,以及对功率控制过程中提供功率支撑的附加功率值、支撑的时长、转子恢复阶段的加速功率这三个参数进行分析,验证了TOP策略的有效性。

关键词：双馈风力发电机一次调频 TOP策略

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氦气风机驱动电机转子径向通风结构研究

电机与控制学报 2024年第3期28卷 96-109页

作者：陶大军孟卓然徐金燕戈宝军哈尔滨理工大学电气工程学院黑龙江哈尔滨150080

氦气风机驱动电机是高温气冷堆一回路唯一能动设备,其安全性直接影响到高温气冷堆的安全稳定运行。针对高温高压环境及氦气传热工质对驱动电机风路结构设计及相关参数影响引发的新问题,通过建立双侧转子铁心三维风路结构流固耦合传热模... 详细信息

氦气风机驱动电机是高温气冷堆一回路唯一能动设备,其安全性直接影响到高温气冷堆的安全稳定运行。针对高温高压环境及氦气传热工质对驱动电机风路结构设计及相关参数影响引发的新问题,通过建立双侧转子铁心三维风路结构流固耦合传热模型,计算分析了高温高压环境下传热工质氦气在转子径向风沟内的流动特性,研究了转子分别在动态和静态情况下,通风结构内流体流动规律及转子铁心和导条的温升变化规律。同时,对不同种类传热工质的对应规律进行了对比研究,搭建了模拟实验测试装置,实测数据与数值计算结果吻合较好,验证了计算分析结果的合理性和正确性,为氦气风机驱动电机转子风路结构优化、冷却性能的有效提升提供一定的理论参考。

关键词：高温气冷堆氦气风机驱动电机通风结构传热特性流固耦合

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兆瓦级高速永磁电机新型转子冷却结构研究

电机与控制学报 2024年第5期28卷 38-47页

作者：蔡蔚牛金花唐跃哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

兆瓦级高速永磁电机转子侧无强迫冷却措施时转子侧温升高、永磁体失磁风险高,基于此问题,提出一种新型的加强筋转子轴向通风结构,该结构能够提高转子侧的壁面对流散热系数、提升转子侧的散热能力、降低电机温度。以一台1 MW、18000 r/mi... 详细信息

兆瓦级高速永磁电机转子侧无强迫冷却措施时转子侧温升高、永磁体失磁风险高,基于此问题,提出一种新型的加强筋转子轴向通风结构,该结构能够提高转子侧的壁面对流散热系数、提升转子侧的散热能力、降低电机温度。以一台1 MW、18000 r/min的高速永磁电机为例,建立该电机的三维全域流固耦合求解模型,基于计算流体力学和有限元法对电机流体场与温度场进行分析,揭示电机在额定工况下的流体与温度分布规律。将新冷却结构与传统冷却结构的散热性能及温升变化进行对比,验证新型冷却结构在提升电机散热性能方面的有效性。最后,分析入口风速对电机最高温度的影响,得到适合该冷却结构的入口风速范围,为外部风压设备的选择提供理论支撑。

关键词：兆瓦级高速永磁电机电机损耗转子通风冷却流体场温度场冷却结构优化

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