Створення методу розрахунку сучасних конструкцій струмопровідних елементів великих електричних машин у тривимірній постановці

Автор(и)

  • Олексій Володимирович Третяк Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", Україна https://orcid.org/0000-0002-7295-5784
  • Сергій Іванович Смик Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0001-8941-2631
  • Станіслав Сергійович Кравченко Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", Україна https://orcid.org/0009-0009-6409-4767
  • Сергій Олександрович Смахтін Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", Україна https://orcid.org/0009-0003-4393-9915
  • Дмитро Андрійович Брега Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", Україна https://orcid.org/0000-0002-5134-4351
  • Антон Юрійович Жуков Товариство з обмеженою відповідальністю "Харківський Електро-Машинобудівний Завод", Україна https://orcid.org/0009-0001-5229-1685
  • Сергій Анатолійович Сергієнко Товариство з обмеженою відповідальністю "Харківський Електро-Машинобудівний Завод", Україна https://orcid.org/0009-0000-6377-209X
  • Євген Юрійович Дон Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-1508-8397

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.310049

Ключові слова:

гідрогенератор, ротор, міжполюсне з'єднання, міжполюсна перемичка, система вентиляції гідрогенератора, умови охолодження, напружено-деформований стан, тривимірний розрахунок, міцність обертових деталей

Анотація

Значно напруженими елементами конструкції гідрогенератора є перемички міжполюсного з’єднання ротора. Ці вузли часто виходять з ладу з причини виникнення деформації, що перевищує розмір повітряного проміжку. Існуючи методи не враховують теплову складову, а спроби удосконалити конструкцію не спираються на математичні моделі, що дають можливість виконувати розрахунок з точністю більше 50%. Створений в ході даної роботи метод дозволяє отримати граничні умови третього роду на підставі тривимірного математичного моделювання вентиляційної системи гідроагрегату без спрощень. Точність методу пояснюється врахуванням просторової теплової складової. Визначений за цим методом коефіцієнт тепловіддачі в зоні розташування міжполюсних з’єднань становив ~ 250 Вт/(м2·К). Використовуючи метод скінчених елементів було проведене математичне моделювання термонапруженного стану міжполюсних з’єднань з урахуванням механічних та теплових чинників. Це дозволило розробити конструкцію удосконаленого з’єднання з додатковими елементами кріплення, які дозволяють знизити переміщення до 0,03 мм, а напруження – до 53 МПа при частоті обертання ротора 880 об/хв. Дана конструкція дозволяє забезпечити надійну роботу гідроагрегату за умови збільшення частоти обертання ротора до розгінної з роз'єднаною комбінаторною залежністю за умови, що фактичні напруження становлять 0,95% від межі плинності матеріалу. Достовірність результатів розрахунку міцності міжполюсних з’єднань була оцінена методом HSS. Збіжність отриманих значень становила більше 99%. Практичним результатом є розроблені пропозиції з модернізації конструкції струмопровідних елементів електричних машин великої потужності

Біографії авторів

Олексій Володимирович Третяк, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут"

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра аерогідродинаміки

Сергій Іванович Смик, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кандидат технічних наук

Відділ Наукового центру Повітряних Сил

Станіслав Сергійович Кравченко, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут"

Аспірант

Кафедра аерогідродинаміки

Сергій Олександрович Смахтін, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут"

Аспірант

Кафедра аерогідродинаміки

Дмитро Андрійович Брега, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут"

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аерогідродинаміки

Антон Юрійович Жуков, Товариство з обмеженою відповідальністю "Харківський Електро-Машинобудівний Завод"

Аспірант

Сергій Анатолійович Сергієнко, Товариство з обмеженою відповідальністю "Харківський Електро-Машинобудівний Завод"

Аспірант

Євген Юрійович Дон, Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Кандидат технічних наук

Кафедра Автомобілів ім. А.Б. Гредескула

Посилання

  1. Liu, X., Luo, Y., Wang, Z. (2016). A review on fatigue damage mechanism in hydro turbines. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54, 1–14. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.025
  2. Selak, L., Butala, P., Sluga, A. (2014). Condition monitoring and fault diagnostics for hydropower plants. Computers in Industry, 65 (6), 924–936. https://doi.org/10.1016/j.compind.2014.02.006
  3. Kobzar, K. O., Gakal, P. G., Ovsyannykova, O. O. (2015). The Review of the Methods Used for the Analysis of the Thermal State of the Turbo-Generator Rotor with the Intermediate Hydrogen Cooling. NTU “KhPI” Bulletin: Power and Heat Engineering Processes and Equipment, 15, 112–117. https://doi.org/10.20998/2078-774x.2015.15.14
  4. DeCamillo, S. M., Dadouche, A., Fillon, M. (2013). Thrust Bearings in Power Generation. Encyclopedia of Tribology, 3682–3690. https://doi.org/10.1007/978-0-387-92897-5_57
  5. Zhou, C., Bian, X., Liang, Y., Zong, R. (2018). Numerical calculation and analysis of temperature field for stator transposition bar in hydro-generator. International Journal of Thermal Sciences, 125, 350–357. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2017.12.004
  6. El-Zohri, E. H., Shafey, H. M., Kahoul, A. (2019). Performance evaluation of generator air coolers for the hydro-power plant of Aswan High Dam at Egypt. Energy, 179, 960–974. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.05.006
  7. Li, D., Li, W., Li, J., Liu, X. (2020). Analyzing regularity of interpolar air motion and heat dissipation coefficient distribution of a salient pole synchronous generator considering rotary airflow. International Communications in Heat and Mass Transfer, 119, 104828. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2020.104828
  8. Verma, S., Chelliah, T. R. (2024). Restoration of extra-high voltage power grids through synchronous and asynchronous hydro units during blackout – A comprehensive review and case study. Electric Power Systems Research, 228, 110054. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2023.110054
  9. Dang, D.-D., Pham, X.-T., Labbe, P., Torriano, F., Morissette, J.-F., Hudon, C. (2018). CFD analysis of turbulent convective heat transfer in a hydro-generator rotor-stator system. Applied Thermal Engineering, 130, 17–28. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.11.034
  10. Bucur, D. M., Cosoiu, C. I., Iovanel, R. G., Nicolae, A. A., Georgescu, S.-C. (2017). Assessing the Operation of the Cooling Water System of a Hydro-Power Plant Using EPANET. Energy Procedia, 112, 51–57. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.1058
  11. Goričanec, D., Pozeb, V., Tomšič, L., Trop, P. (2014). Exploitation of the waste-heat from hydro power plants. Energy, 77, 220–225. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.06.106
  12. Olkkonen, V., Haaskjold, K., Klyve, Ø. S., Skartlien, R. (2023). Techno-economic feasibility of hybrid hydro-FPV systems in Sub-Saharan Africa under different market conditions. Renewable Energy, 215, 118981. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.118981
  13. Stancel, E., Cadis, M., Schiau, C., Ghiran, O., Stoian, I. (2007). Temperature Monitoring – Improved Diagnosis Support for Hydro Power Generators. IFAC Proceedings Volumes, 40 (8), 177–181. https://doi.org/10.3182/20070709-3-ro-4910.00029
  14. Bomben, S. G., LeBlanc, J.-B. (2009). Experience with field coil interconnection failures on large hydro generators Part I. 2009 IEEE Electrical Insulation Conference. https://doi.org/10.1109/eic.2009.5166391
  15. Chaulagain, R. K., Poudel, L., Maharjan, S. (2024). Design and experimental analysis of a new vertical ultra-low-head hydro turbine with the variation of outlet flow level on the head drop section of an open canal. Results in Engineering, 22, 102240. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102240
  16. Zito, R., Ardebili, H. (2019). Energy Storage: A New Approach. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781119083979
  17. Keyhani, A. (2019). Design of Smart Power Grid Renewable Energy Systems. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781119573265
  18. Rotor Inspection (2020). Handbook of Large Hydro Generators, 417–463. https://doi.org/10.1002/9781119524205.ch9
  19. Rausand, M., Barros, A., Hoyland, A. (2020). System Reliability Theory. Wiley Series in Probability and Statistics. John Wiley & Sons, Inc. https://doi.org/10.1002/9781119373940
  20. EN IEC 60034-33:2022. Rotating electrical machines - Part 33: Synchronous hydrogenerators including motor-generators - Specific requirements. Available at: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/clc/f12936e0-2cf5-4b1d-990f-b3ee4f12ca57/en-iec-60034-33-2022
  21. Wang, H. (2023). Similarity and Dimensional Analysis. A Guide to Fluid Mechanics. Cambridge: Cambridge University Press, 230–245. https://doi.org/10.1017/9781108671149.009
  22. Tretiak, O., Kritskiy, D., Kobzar, I., Arefieva, M., Nazarenko, V. (2022). The Methods of Three-Dimensional Modeling of the Hydrogenerator Thrust Bearing. Computation, 10 (9), 152. https://doi.org/10.3390/computation10090152
  23. Tretiak, O., Kritskiy, D., Kobzar, I., Sokolova, V., Arefieva, M., Tretiak, I. et al. (2022). Modeling of the Stress–Strain of the Suspensions of the Stators of High-Power Turbogenerators. Computation, 10 (11), 191. https://doi.org/10.3390/computation10110191
  24. Tretiak, O., Kritskiy, D., Kobzar, I., Arefieva, M., Selevko, V., Brega, D. et al. (2023). Stress-Strained State of the Thrust Bearing Disc of Hydrogenerator-Motor. Computation, 11 (3), 60. https://doi.org/10.3390/computation11030060
  25. Anderson, D. A., Tannehill, J. C., Pletcher, R. H., Ramakanth, M., Shankar, V. (2020). Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781351124027
  26. Putignano, C., Afferrante, L., Carbone, G., Demelio, G. (2012). A new efficient numerical method for contact mechanics of rough surfaces. International Journal of Solids and Structures, 49 (2), 338–343. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2011.10.009
  27. Gerling, D. (2014). DC-Machines. Electrical Machines. Springer, 37–88. https://doi.org/10.1007/978-3-642-17584-8_2
  28. Li, W., Liu, Y.-P., Peng, X.-F. (2012). The generalized HSS method for solving singular linear systems. Journal of Computational and Applied Mathematics, 236 (9), 2338–2353. https://doi.org/10.1016/j.cam.2011.11.020
Створення методу розрахунку сучасних конструкцій струмопровідних елементів великих електричних машин у тривимірній постановці

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-08-21

Як цитувати

Третяк, О. В., Смик, С. І., Кравченко, С. С., Смахтін, С. О., Брега, Д. А., Жуков, А. Ю., Сергієнко, С. А., & Дон, Є. Ю. (2024). Створення методу розрахунку сучасних конструкцій струмопровідних елементів великих електричних машин у тривимірній постановці. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(1 (130), 87–96. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.310049

Номер

Том 4 № 1 (130) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Oleksii Tretiak, Serhii Smyk, Stanislav Kravchenko, Serhii Smakhtin, Dmytro Brega, Anton Zhukov, Serhii Serhiienko, Yevhen Don

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.