автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Тепловые исследования и температурная диагностикаэлектрических машин

^ о а

2 7 ^ ^

Научио-исслсдовательский институт электромашиностроения

На правах рукописи

Гуревич Эльрих Иосифович

Тепловые исследования и температурная диагностика электрических машин

Специальность 05.09.01 - Электрические машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в акционерном обществе "Электросила"

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Попов В.В., доктор технических наук, профессор Рубисов Г.В., доктор технических наук, профессор Цветков В.А.

Ведущее предприятие: Акционерное общество "Ленэнерго"

Защита состоится "J7 " 1997 г. в 'l часов

на заседании диссертационного Совета Д 143.02.01 по адресу: Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 100, НИИЭлектромаш.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЭлектромаш.

Отзывы в двух экземплярах с подписями, заверенными печатью, просим направлять по адресу: 196084, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 100, НИИЭлектромаш.

Автореферат разослан "

1997 г.

Ученый секретарь специализированного Совета Д. 143.02.01

доктор технических наук

В.Н.Антипов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Приоритеты надежности занимают все более прочное место в стратегии использования силового электротехнического оборудования в отечественной и мировой промышленной практике. Поскольку цена единичного отказа электрической машины в ответственном энергетическом комплексе бывает соизмерима с ее собственной стоимостью, снижение вероятности повреждения решает серьезную экономическую задачу. С другой стороны, предрасположенность новой конструкции к отказам, способная поставить под сомнение целесообразность ее тиражирования, может быть ликвидирована благодаря изучению ее свойств. Развитие методов предупреждения отказов, обусловленных термическими дефектами, и исследования тепловых характеристик конструкций электрических машин на стадии их создания в равной степени актуальны в условиях технического прогресса.

Техническая диагностика, направленная на раннее выявление дефектов оборудования в процессе его работы, до последнего времени была в известной мере дистанцирована от углубленных исследований, которые сопутствуют созданию новой техники. Для проблематики теплового состояния электрических машин такой разрыв не представляется логически обоснованным. Эффективность решения задач надежности может быть повышена за счет синтеза двух указанных научных и инженерных направлений на единой методической основе. Для этого знание свойств, органически присущих задашюму конструктивному типу машины, требуется ориентировать на использование в направлении выявления и анализа аномалий в действующих образцах машин. Существует и полезная обратная связь, когда алгоритмы и результаты обследования технического состояния (в данном случае, теплового) действующих образцов способны обогащать факпгческим материалом теорию и практику создания конструкций, корректных в тепловом отношении.

Цель работы состоит в решении методологических вопросов тепловых исследований и разработке научных и инженерных основ температурной диагностики электрических машин как совокупности взаимосвязанных экспериментальных и расчетно-аналитических процедур, направленных на изучение термических свойств конструкции и выявление температурных аномалий. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

- на базе расчетно-теоретического исследования температурных полей разработать и обосновать компактные математические модели для экспресс-оценки максимальных и средних температур активных

частей в стационарных и динамических режимах применительно к исправному л характерным дефектным тепловым состояниям машин различных видов;

- усовершенствовать методический аппарат опытного изучения тепловых процессов в электрических машинах в отношении средств и методов измерений, а также распространения результатов эксперимента на условия, отличные от реализованных в опыте;

- получить экспериментальные тепловые характеристики крупных электрических машин, в первую очередь, турбо- и гидрогенераторов, выполнить ах научный анализ и обобщение с целью принятия прогрессивных решений при проектировании высокоиснользованных электрических машин последующих поколений и формирования библиотеки эталонов для решения задач эксплуатационной диагностики;

- разработать научные основания и инженерные методы выявления и идентификации локальных и крупноочаговых термических аномалий в активных частях электрических машин применительно к задачам эксплуатационной диагностики и изучения термических свойств конструкций;

выполнить систематический анализ количественных характеристик чувствительности существующих и новых экспериментальных методов эксплуатационной температурной диагностики с целью оценки и обоснования диагностических процедур различного уровня;

- разработать алгоритмы ранней диагностики и методы выявления прогрессирующих термических неисправностей в текущих и тестовых режимах применешггелыю к диагностическим обследованиям турбо- и гидрогенераторов на базе автоматической системы мониторинга или обычного эксплуатационного контроля.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- определены в обобщенной форме в реально существующем диапазоне параметров конструкции методические погрешности и границы правомерного использования известных и предложенных автором приближенных .методов теплового расчета стационарных и переходных тепловых режимов крупных электрических машин;

- разработаны универсальные модели для расчета стационарных и нестационарных температур обмоток электрических машин с непосредственным охлаждением; предложены методы расчета нестационарных температур в машинах с замкнутыми системами охлаждения и на этой основе - алгоритмы их диагностирования в эксплуатационных и аварийных режимах;

- исследованы зависимости систематических погрешностей температурных измерений в электрических машинах от параметров термической связи термоприемника с объектом и построены наглядные и эффективные математические модели для изучения реакшш термоприемника на действие удаленного источника тепла в стационарных и динамических режимах;

- предложены модели и алгоритмы для количественной оценки параметров термических дефектов в активных частях: локальных -по результатам опроса точечных средств измерения температуры и крупноочаговых - по средней температуре электрической обмотки;

- предложены и обоснованы новые методы п средства косвенных измерении параметров систем охлаждения электрических машин, в том числе температурно-динамические методы, обладающие повышенной информативностью по сравнению со стационарными;

- получены нетривиальные результаты эксперимента в отношении характеристик газового охлаждения турбогенераторов (устойчивость системы с самовентиляцией ротора из зазора; распределение расходов газа в роторе с подпазопым каналом; теплоотдача в диагональных каналах ротора);

- предложен ряд новых конструкций систем охлаждения крупных электрических машин, характеристики которых прогнозированы с учетом анализа результатов упомянутых выше экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы определяется эффективностью инженерных приложений выполненных исследований: методики тепловых расчетов, предложенные автором, обладают высокой достоверностью благодаря обобщенному анализу методических погрешностей; полученный фактический материал натурных и модельных исследований систем охлаждения и его анализ дает возможность совершенствования новых конструкций; предложенные алгоритмы диагностирования дефектов в действующих машинах обеспечивают получение объективной информации для принятия решения относительно условий работы машины; вопросы методики измерений и экстраполяции опытных результатов во всех случаях ориентированы на повышение представительности материала при надлежащей компактности опытных процедур.

Внедрение результатов диссертации выражается в применении разработанных методов расчета и исследования при проектировании и создании электроэнергетических машин на заводе "Электросила" и на других предприятиях отрасли. Отдельные методики тепловых расчетов и испытаний, содержащиеся в диссертации, приняты в состав нормативно-технической документации в качестве

отраслевых стандартов или стандартов предприятия. В прямой связи с темой диссертации находятся разработанные автором ГОСТ 2500081 (Машины электрические вращающиеся. Методы испытаний на нагревание) и ГОСТ 12259-75 (Машины электрические. Методы определения расхода охлаждающего газа). Новые конструкции электрических машин и измерительных устройств, разработанные на уровне изобретений с участием автора, по большей части внедрены в производство на электромашиностроительных заводах. Алгоритмы выявления и анализа термических дефектов использованы при выполнении тепловых диагностических испытаний турбогенераторов на Игналннской, Смоленской, Ровенской, Курской, Калининской АЭС; Лукомльской, Запорожской, Славянской, Киришской ГРЭС; Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС. Автоматизированная система контроля и диагностики турбогенераторов, в которой реализованы указанные алгоритмы, успешно работает на ТЭЦ-22 Ленэнерго в течение четырех лет.

Теоретические разделы работы использованы в практике преподавания курсов "Теплопередача в электрических машинах" и "Контроль и диагностика крупных электрических машин", поставленных для слушателей факультета усовершенствования дипломированных инженеров при ЛПИ им. Калшпгаа, а также при руководстве дипломными работами студентов специальности "Электрические машины" ЛПИ, ЛИАП и ЛЭТИ.

Апробация основных положений диссертации была сделана на заседаниях Научно-технического совета ЛПЭО (АО) "Электросила" (1964-97); тематических конференциях и совещаниях Научно-технических советов Минэлектротехпрома и Минэнерго СССР (1966-88); научно-технической конференции по развитию электромашиностроения и электроаппаратостроения НТО ЭП (1964, Ленинград); совместных Заседаниях Научно-технических советов по сотрудничеству "Электросила" - ЧКД (1967,Прага; 1976, Ленинград) и "Электросила" - ГАНЦ (1968, 1987, Будапешт); Всесоюзных конференциях и совещаниях: "Состояние и перспективы развития средств измерения температуры контактным и бесконтактным методами" (1978, Львов), "Вопросы проектирования, исследования и производства мощных турбо- , гидрогенераторов, и крупных электрических машин" (1988, Ленинград); заседании Научного совета АН СССР по комплексной проблеме "Научные основы электрофизики и энергетики": "Проблемы технической диагностики и надежности электроэнергетического оборудования" (1989, Ленинград); Республиканском семинаре НТО "Техническая диагностика и методы расчетов магнитных и тепловых полей

гидрогенераторов" (1985, Ереван); заседаниях кафедры "Электрические машины" ЛПИ им. Калинина (1969, 1978); семинаре-совещании РАО ЕС России "Разработка и внедрение новых нетрадиционных методов контроля состояния турбо- и гидрогенераторов" (1996, Санкт-Петербург).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 монографиях, 40 научных статьях и тезисах докладов и 18 авторских свидетельствах и патентах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы из 154 наименований; объем диссертации - 264 страницы текста со 103 рисунками и 2 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено обоснование актуальности научного направления, дана общая постановка задачи диссертационного исследования и предложена стратегия температурной диагностики электрических машин. Мотивирована жесткая потребность в количественных оценках представительности и достоверности результатов исследования в диагностических задачах, откуда следует необходимость согласовать с порогом достоверности выходной информации свойства всех звеньев информационной системы, от перв[гчного преобразователя сигналов совместно с объектом до алгоритмической части с ее относительно свободными предпосылками.

В первой главе выполнена оценка современного состояния теоретических и экспериментальных исследований тепловых процессов и проблемы температурной диагностики электрических машин. Научные и инженерные основы решеши задач теплообмена в электрических машинах заложены А.Е.Алексеевым, Г.Готтером, Р.Зодербергом и И.Ф.Филипповым. Развитие методов тепловых расчетов и исследований крупных машин содержится в работах Т.И.Альпер, В.П.Анемподистова, И.П.Боляева, А.И.Борисенко, Ю.К.Васильева, И.С.Генендера, В.Г.Данько, Л.А.Дугинова, О.Н.Костикова, А.И.Москвитина, В.В.Попова, И.М.Постникова, В.Г.Рязанова, Г.Г.Счастливого, Т.Г.Сергиевской, Т.Г.Сорокера, Й.Хака, Г.М.Хуторецкого, А.И.Яковлева. Вопросы диагностики технического состояния крупных электрических машин, включая алгоритмы температурной диагностики, изложены в работах И.Н.Богаенко, И.А.Глебова, Е.В.Гущина, Я.Б.Данилевича, В.В.Кузьмина, Л.Г.Мамиконянца, Г.М.Федоренко, В.А.Цвегкова.

Заполнение некоторых методических пробелов, имеющихся в теории и практике тепловых исследований электрических машин, предпринято в реферируемой работе под углом зрения ее диагностической направленности. Задачами изучения термических свойств конструкции или образна машины диктуется служебная роль теоретических представлений и соответствующего расчетного аппарата по отношению к эксперименту, роль которого при этом трансформируется: вместо традиционной корректировки расчетно-теоретической версии эксперимент приобретает функцию источника базовой информации, которая подлежит последующим расчетным преобразованиям. В этих условиях математические модели и схемы, на основании которых подлежат' пересчету опытные характеристики и параметры, приобретают специфические черты, отличающие их от проектно ориентированных. При этом возрастающие требования к объему и качеству экспериментальной информации побуждают к развитию соответствующих методов и средств опытного изучения тепловых процессов в электрических машинах.

Во второй главе разработаны математические модели стационарных температурных полей и предложены экспресс-оценки установившегося нагрева активных частей, ориентированные, в первую очередь, на применение в диагностических задачах.

В силу преобладающей тангенциальной симметрии условий тепловыделения и отвода тепла в исправной электрической машине в качестве расчетной области можно использовать половину пазового или полюсного деления в пределах пакета активной стали. Поле температуры в этой составной области, содержащей распределенные источники двух видов (обмотка и активная сталь), подлежит исследованию на базе системы уравнений теплопроводности. Отдельные элементы области могут быть признаны термически автономными при их слабом взаимодействш! с другими элементами (когда связующий поток намного меньше собственных потоков и тепловыделений). Модели теплопередачи в телах простой формы дали возможность оценки максимальных температур активных частей с учетом неравномерности внутреннего тепловыделения и особенностей граничных условий. Методические погрешности приближенных расчетов исследованы в работе в зависимости от предложенных безразмерных параметров конструкции.

При анализе распределения температуры в обмотках с непосреоственным охлаждением целесообразно разделить общую задачу таким образом, чтобы граничными условиями внутренней задачи являлся результат приближенного решения внешней, из которого исключается зависимость косвенного теплового потока и

температуры охлаждающей среды при входе в канаты от искомого распределения температуры обмотки. В этих условиях все известные конструкции обмоток охватываются моделью, каждый элемент которой имеет внутренний и несколько наружных канатов, а также находится в тепловой взаимосвязи по всей длине с несколькими другими элементами. Распределение температуры в элементарных проводниках описывается системой уравнений вида (общее число уравнений ЗК):

^ - (р. (0,. - ) - £ (рш (- Э.л ) - £ (Р;т(0; ~вт)= Г., ■

(IX к-1 т=1

^йПце^а,).

(1х с01

Здесь и 0т - температура проводников; 9-, и 9а, О, и 0„>, а ,• и аш- температура охлаждающей среды, ее расходы и коэффициенты теплоотдачи во внутреннем и наружных канатах;^ , Щ и <Р\т - функции, отражающие теплообмен на граничных поверхностях / -го проводника, обращенных к внутреннему и наружному каналам, а также к соседним проводникам; Ч'-, - функция, отражающая удельное тепловыделение; П, - периметр внутреннего канала; с - теплоемкость охлаждающей среды.

Система уравнений использована для оценки аналитических методов расчета конкретных типов обмоток (обмотка ротора турбогенератора с самовентиляциеи из зазора и с внутренним продольным'газовым охлаждением, полюсная катушка с поперечным воздушным охлаждением, обмотка статора с водяным охлаждением).

При расчете характерных температур узлов электрических машин с косвенным охлаждением приемлемая точность достигается при использовании известного метода эквивалентных схем. При необходимости изучения распределения температуры в активной зоне приходится решать задачу в полевой постановке с неизбежной идеализацией геометрических и физическх условий. В частности, зубцовое деление магнитопровода статора или якоря можно представить в виде двух сопряженных призм, теплообмен в которых происходит преимущественно в аксиальном и радиальном направлениях. Такое двумерное представление удовлетворительно отображает процесс теплопередачи в пазовой зоне, если при косвенном охлаждении обмотки присоединить ее потери к

собственному тепловыделению зубца, а при непосредственном -учесть величину теплового потока через основную изоляцию обратного направления. В указанной постановке выполнено исследование температурных полей в активной зоне статора турбогенераторов с косвенным воздушным охлаждением мощностью от 60 до 220 МВт и в торцевых пакетах статора генераторов с водяным охлаждением обмотки мощностью от 300 до 1200 МВт.

При разработке новых конструкций целесообразно выполнять расчет температурного поля композиций активных частей при менее радикальных упрощениях. Например, для поля температуры ротора турбогенератора с охлаждением обмотки при помощи радиальных и внугрипроводниковых каналов решение выполнено в трехмерной постановке, что обусловлено значимыми факторами пространственной неравномерности: во-первых, это переменные условия теплооотдачи в радиальных и подпазовом каналах по длине обмотки и подогрев воздуха в продольных каналах; во-вторых, -неравномерное распределение температур и тепловых потоков в поперечном сечении, обусловленное тепловой связью обмотки с зубцами и поверхностью подпазового канала. Математическое моделирование трехмерного температурного поля ротора выполнено в диссертации для турбогенераторов с воздушным охлаждением. В третьей главе представлены математические модели и инженерные методы расчета динамических тепловых процессов в электрических машинах.

Строгое исследование динамических тепловых режимов в электрических машинах выполняется на основе неоднородного дифференциального уравнения нестационарной теплопроводности с соответствующими условиями однозначности. При схематизации процесса консервативные способности элементов системы отображаются теплоемкостью С = сС, а динамизм реакции на возмущение - тепловой проводимостью Л на пути к стокам. Если условпгься относительно доли прогреваемых масс, присоедшшемых к активному телу для вычисления теплоемкости С, и определиться в отношении сопротивления Л = МЛ, то переходная тепловая характеристика дается экспонентой 0 = 1 - ехр(-г/7)| с постоянной времени Т - сйК. Применительно к. композиции

л

активного тела с пассивными Т —{&му I Р)У црр^ , где 0„у -

/='

максимальное установившееся превышение температуры' /-го активного тела; Р - потери в этом теле; 7 - весовой коэффициент каждой составляющей (0 < г;у < 1).

При анализе тепловой инерции идеализированных активных элементов конструкций, в которых движение потоков тепла в одном из направлений существенно преобладает над остальными, исследована относительная погрешность одноемкостных моделей путем сопоставления функций температуры с точным решением.

Особые условия, затрудняющие постановку вопроса о тепловой инерции, имеют место при нагреве массивных тел поверхностным источником. Для однородного массива с температуропроводностью а = Я/(ср), действие поверхностного источника </г при отводе тепла с интенсивностью а приводит к изменению температуры поверхности во времени по следующему закону:

_ а2г а г Л

& = — [7-ехр——еггс(—л/т)], где г = —Л а Л' Я ср

Расчеты показывают, что во всем временном интервале допустимо представление полупространством тела конечных размеров, если размер тела в направлении потока 8> 3Х/а.

Значимое термическое взаимодействие элементов конструкции побуждает к применению многоемкостных моделей. В частности, в двухъемкостной модели имеется два активных тела, которые разделены изоляционным слоем с тепловым сопротивлением связи /?св и нулевой теплоемкостью. На свободных поверхностях оба тела отделены от теплоносителя сопротивлениями Я/ и В общем случае в обоих телах одновременно начинают выделяться потери Р/ и Р2. Решение задачи:

0 = в/0у = 1~ Ае~"Г' - (/ - А)е-',г",

2 Г, (Г

«ж. 0 =

ц, ' " +ясв

Л/ = [а(/+г1)+/ + гг]2; N = 4а{г; +г,г2 + г2);

С2С2 К< Т Г О

Сопротивления Я/ и Я2 могут быть конвективными, смешанными или кондуктивными, а при распределенном тепловыделении в телах / и 2 с конечной теплопроводностью им можно приписывать смысл внутренних сопротивлений источников. Общая форма решения соответствует композиции обмотки с непосредственным

охлаждением и зубца статора или якоря с радиальными каналами при включении машины под нагрузку (потери выделяютя в обоих телах, имеющих автономные стоки Л/ и Л2 и связанных через корпусную изоляцию сопротивлением Лсв). Условие Р/ = О для такой конструкции отвечает режиму холостого хода. Условие Р2 = О при Р1 * О соответствует подаче возбуждения в индуктор (неявнополюсный ротор с непосредственным охлаждением обмотки). Дополнительное условие .К/ —> оо соответствует таковому же режиму для неявнонолюсного ротора с косвенным охлаждением обмотки. Случаю конечного сопротивления Я/ при отсутствии стационарного стока от пассивног о тела (Р2 = 0, Я2 -> м) соответствует переходный режим в обмотке возбуждения явнополюсного ротора синхронной машины или полюсной катушки машины постоянного тока.

Инженерные расчеты, построенные на представленных моделях двух типов, дают возможность находить температурно-временные зависимости в переходном тепловом режиме с контролируемой методической погрешностью при известных значениях безразмерных параметров конструкции. Для пакетов магшгтопроводов, изолированных обмоток с косвенным охлаждением, а также для значительной части обмоток с непосредственным охлаждением (при существенном преобладании теплового потока к теплоносителю над потоком через основную изоляцию) приемлемы одноемкостные модели. При этом отличие формы температурно-временной зависимости от экспоненты при скачкообразном энергетическом возмущении не исключает возможности использования единственного показателя термической инерции (например, при непосредственном жидкостном охлаждении). Для композиции обмотки в пазу и магнитопровода при наличии ощутимой термической связи между ними предпочтение следует отдать двухъемкобтной модели. Для электрической машины в целом (ротор и статор или якорь и магнитная система, разделенные воздушным зазором) применима схема расчета, учитывающая конвективную связь между парой двухъемкостных блоков.

Нагрев активных частей при сложных графиках тепловой нагрузки и охлаждения в ограниченных пределах подлежит исследованию на базе одноемкостных моделей. В такой постановке при произвольном графике изменения во времени тепловыделения Р(1), теплового сопротивления Щ() и показателя термической инерции Т(0, когда указанные функции заданы в дискретной форме Р, , /?, и Г; (/ - номер участка соответствующих ступенчатых графиков), температура активной части в конце и-ой ступени будет

/=/ V 'а '

При периодическом изменении тепловой нагрузки, в частности, при повторно-кратковременном режиме, начатом из практически холодного состояния, температура активной части к концу //-го периода на участке нагрузки составляет:

0H(I= PR [1 - exp(-zl / / 7-)]Z ехр[- *(/„ + О / Г],

к=0

а к концу соответствующей паузы

Ограничения на применение одноемкостных моделей в данном случае являются более жесткими, чем для. простого переходного режима в связи с накоплением ошибки. В частности, для изучения температуры активной зоны при периодическом изменении тепловой нагрузки в ударных или импульсных генераторах требуется, как минимум, двухъемкостная модель. Работа таких генераторов характеризуется попарным чередованием периодов нагрузки и холостого хода. Температурно-временные зависимости получены путем последовательного решения двух пар уравнений двухъемкостной модели применительно к необходимому числу циклов работы генератора. В качестве начальных условий для последующей паузы всякий раз используется информация о температуре к концу предыдущего периода нагрузки.

Применение двухъемкостных моделей для данной группы задач взамен одноемкостных требуется, чтобы ограничить накопление погрешности при многократном повторешш циклов. Однако и при этом проявляется остаточная погрешность, о чем свидетельствует сопоставление схематизированного решения с полевым. Возможны ситуации, когда полевое решение является единственно приемлемым. Так обстоит дело, например, при изучении теплового процесса в трехобмоточном асинхронном двигателе со сложным чередованием периодов нагрузки и пауз в каждой обмотке и периодически изменяющимися условиями охлаждения. Здесь эффект накопления ошибки удается снизить до приемлемого уровня только при посредстве численного решения задачи нестационарной теплопроводности в многосвязной области в двумерной постановке.

Для задач с апериодическим изменением те/повой нагрузки. характерным для существующих на практике эксплуатационных, аварийных и испытательных режимов, найдена возможность компактного анализа температурно-временных зависимостей.

Решение уравнения теплопроводности, выполненное для различных непрерывных графиков монотонно убывающей тепловой нагрузки P(t) = Рмакс^Л обнаруживает консервативность характерных температур к форме зависимости (p(t) при заданном значении

1 '*

интегрального параметра р =-\P(t)dt (t*- длительность

Л.акс О

процесса). Относительное различие максимальных температур для разных форм (p(t) не превосходит 10% при одном и том же значешш р, если соблюдается условие р > 0,5 при любых г = t*/ Т (Т -показатель термической инерции объекта) или при г< 0,5 при любых р. Данное универсальное свойство действительно и при наличии в графиках P(t) второстепенного периодического компонента.

Выполненное исследование динамических тепловых процессов в замкнутых системах охлаждения имеет значительную область приложения в диагностике аварийных режимов для генераторов с непосредственным охлаждением. Тепловое состояние конструкций с замкнутыми контурами циркуляции теплоносителей обладает специфическими свойствами при трех видах энергетических возмущений: 1) изменении во времени тепловой нагрузки при нормальных условиях охлаждения; 2) прекращении циркуляции теплоносителя во вторичном контуре; 3) изменении теплоотводящих свойств или режима движения теплоносителя в первичном контуре.

Переходный режим с изменением тепловой нагрузки характеризуется накоплением и переносом информации в пределах всего цикла и на протяжении всего процесса, следствием чего является энергетическое воздействие каждого элемента на все остальные. Строгое описание процесса в контуре требует формализации взаимозависимости между температурами первичного теплоносителя при входе в'теплообменник 9п( t) и при выходе из него 90( t), т.е. между входным воздействием и выходной функцией при заданных параметрах преобразующего звена: это замкнутая система дифференциальных уравнений, в которых связь между переменными 9,,..., ;0, ,...,Ot ,...,в„ осуществляется при

посредстве промежуточной переменной 90( t).

Анализ существенно упрощается, если принять во внимание незначительную инерцию теплообменников по сравнению с активными частями. Приписываемая объекту условная способность мгновенного преобразования входного воздействия 9n(t) - ■9Пю в выходной сигнал 90(t) - 9IUx на протяжении всего процесса отображается постоянным множителем пропорциональности:

■V; - -V = К«) - ^//«1= (/г«/лс)[ .9„(/) - %)],

где - тепловое сопротивление теплообменника; /?с - тепловое сопротивление, связанное с подогревом первичного теплоносителя. Если допустить, что подогрев л9/({) = £„(/) - 9„(1) изменяется во времени независимо от 9^) , можно вначале решить задачу о подогреве теплоносителя в разомкнутом контуре, а затем найти температуру холодного и нагретого теплоносителя в замкнутом.

Искусственное распространение на текущие температуры свойства аддитивности, реально присущего только установившимся температурам всех точек системы, обосновано уточненным анализом собственных теплоннерционных свойств теплообменника и взаимодействия источника и стока в переходном тепловом режиме. Динамические характеристики теплообменника изучены на модели с противотоком с включением в ее параметры теплоемкости трубы сТ Ст и введением коэффициентов теплоотдачи щ и аи на поверхностях и РИ, обращенных соответственно к первичному и вторичному теплоносителю:

с исп

( дЭи 39

—— + V,, —-

V д1 дх

= апГп{в- &и)-

д&

стСт — = а^О, -©)- а„ГП{0- 9и).

¿7/

Здесь и уц - скорость первичного и вторичного

теплоносителей; , <7;/ - их масса в заполненном теплообменнике. Краевые условия: £//¿,0 = 0\ .9/0,/) = 9П\ .9, {х,0)=9И(х,0)=(\х,0)= 0.

Решение задачи определяется следующими безразмерными параметрами:

„, _£/&_. ,„ - спО„ . гт - С'МС1Л

а, Г, аиР„ V, стС7Т

Расчетное исследование в указанной постановке, подтверждаемое экспериментом, показывает, что длительность переходного процесса в теплообменниках электрических машин исчисляется секундами.

Тепловое взаимодействие источника и стока в переходном режиме изучено с помощью модели замкнутого контура: это пара сопряженных трубок, одна из которых содержит распределенный источник теплоты, а другая служит теплообменником. Тепловой

процесс в указанной системе при постоянной тепловой нагрузке в активной трубке и при отсутствии подогрева вторичного теплоносителя в теплообменнике дается системой уравнений:

СП ¿?Л"а /на

<ха 81 тж ¿ус охс /мс

С0с сгс д1 тс тс

Краевые условия: Ч л^О) = 0) =_ £»с( -х"с,0) = _0С( 0) =_0;

¿>„(0,0= 5.(1, О ; ¿>,(1,/)- 5,(0,/). Здесь индекс "а" относится к активной трубке, "с" - к устройству стока (теплообменнику). Все превышения температуры выражены в долях установившегося подогрева среды в канале активной трубки = Р/Со0.ъ )■ В уравнениях приняты обозначения:

с„(7,. с „О, с„0„

СГ = 0 йа ; О- ,= 0 0с ; 1П =—т ■

г _ . = V М-^Ь.-

гт г ' а г ' с / ' ~ Т ' г '

«ЛЛ К К 1'А к

Расчеты переходного процесса в системах с водяным и газовым охлаждением показывает, что наличие замкнутого контура в том и друтом случаях приводу к увеличешпо продолжительности переходного режима по сравнению с разомкнутой схемой. Этот эффект сильнее проявляется при водяном охлаждении.

Аварийные режи.мы, связанные с внезапными нарушениями нормальной работы теплообменников, проявляются в прекращении циркуляции теплоносителя во вторичном контуре. Математическая модель процесса построена из трех элементов: 1) источника тепла в виде активной трубки; 2) промежуточного тракта поглощения тепла, объединенного свойствами расширительного бака; 3) поврежденного теплообменника. Процесс описывается системой уравнений:

сга с>1 ша дх й) д&2 = - % + 0 , _ ( , сгс шс ¿'У £7/

7 'Ж

1^—0. — я

- 'Лм ^ м

С б ^

Здесь. сг6 - — сга - ——-, сгс - ——, си- — .

с Ой спСпа с2<7„2 Сал

Условия сопряжения элементов зависят от последовательности их взаимного расположения. Для модели с баком, расположенным па пути первичного теплоносителя от теплообменника к обмотке: 9, (О, Г)= 9,о, 9,(1, 0= 9}0\ 9,(1, /1= 920 = 92(0, Г)\ для модели с баком, расположенным непосредственно после обмотки:

9,(0, Г) = 9,о] 9,(1, Г) = 91в\ 92(1, Г) = 9,(0, Г) .

Количественное исследование процесса в системах водяного охлаждения мощных турбо- и гидрогенераторов показывает, что температурно-временные зависимости обмотки в наиболее нагретой области содержат три участка: а) начальный с малой скоростью повышения температуры; б) промежуточный, в котором эта скорость определяется тепловыми процессами в матоинерционных звеньях -обмотке и теплообменнике; в) квазистационарный, определяемый суммарной теплоемкостью всех звеньев системы и обладающий меньшим темпом роста температуры, чем предшествующий.

Прекращение циркуляции воды в газоохладителях при работе электрической машины с газовым охлаждением шшщшрует тепловой процесс, характеризуемый выраженной ранней стадией температурных зависимостей с относительно низкой скоростью нарастания температуры и последующим плавным выходом кривой на квазистационарный участок.

В четвертой главе разработаны теоретические предпосылки температурной диагностики электрических машин.

Целевое назначение температурной диагностики состоит в опытном установлении и анализе степени несоответствия температурного поля обследуемого объекта норме (эталону) при заданной совокупности параметров режима. В качестве

первопричины формирования поля температуры рассматриваются: 1) электромеханические и магнитные параметры I/)/, определяющие поле тепловыделении </,{л-, у, г, О, 2) параметры отвода тегша Е/1/, отражающие характеристику теплопроводных и граничных стоков. Применительно к нормальным условиям работы машины характеристика стоков неизменна, благодаря чему поле температуры О(х,у,1,0 может быть исследовано как итог входного энергетического воздействия (¡¡(х,у,гЛ) при заданных свойствах системы. В условиях, отличных от эталонных, указанные свойства могут отличаться от номинальных и изменяться во времени. Это означает, что при математическом моделировании тепловых процессов применительно к диагностическим задачам коэффициенты в уравнениях модели могут зависеть от характера аномалии.

Преобразование входных параметров в выходную совокупность значений температуры в любой момент времени 0(х,у,г,() при наличии термических дефектов в отдельных областях (точках) с координатами {.V* ,у*1 , г* } оставляет следы в других точках с координатами X, , , Zi , в которых расположены средства шмерения. Информация ,У; служит отображением

сведений о температурном поле 0(х, у, г, 0, включающем и особые значения 0*1 (л* , д>* , г* , I), обнаруживая при этом свойство памяти (в силу конечной инерционности передачи сигнала в теплопроводной среде). Вопрос об эффективности указанного отображения концентрирует проблематику температурной диагностики электрических машин. Активная зона крупной электрической машины содержит большое число элементарных областей со сравнительно слабыми термическими связями, поэтому практическое решение диагностической задачи сопряжено с поиском аномалии при ограниченной экспериментальной информации.

Температурная диагностика электрических машин направлена на изучение термических свойств конструкции (диагностика конструкций) и выявлении температурных аномалий в условиях работы машины (эксплуатащкишая диагностика). В первом классе задач подлежат исследованию детерминированные характеристики теплового состояния машины, изготовленной в точном соответствии с проектом. В идеальном плана диагностика конструкций преследует цель идентификации температурного поля в активной зоне исправных машин заданного типа. Частная задача диагностики конструкций - это выявление и анализ температурных аномалий, присущих тому или иному исполнению, на типичном

образце серии при допущениях о симметрии и повторяемости температурных распределений в сходственных элементах машины. Соответствующие исследования, предполагающие реконструкцию стационарного поля температуры или восстановление картины динамических процессов, требуют адекватного информационного обеспечения: обследуемая область должна быть оснащена надлежащим числом рационально размещенных средств измерений, при этом требуется достаточный набор испытательных режимов.

Другой класс задач (эксплуатационная диагностика) направлен на отыскание и анализ термических отклонений в индивидуальных образцах машин, работающих в нормальных или специфических условиях. В настоящей работе термический дефект определен как достоверно регистрируемое повышение температуры произвольной области машины при заданной нагрузке по сравнению с исходной температурой, соответствующей заведомо исправному состоянию машин при той же нагрузке. Выявление дефектов предполагает определение местоположения, объема и интенсивности очага повышенного нагрева. Для эксплуатационной диагностики характерны условия ограниченной экспериментальной информации, поскольку здесь невозможно предварительно согласовать места расположения измерительных средств с дефектными зонами.

В ходе диагностической процедуры локальные температурные аномалии, как правило, получают отображение удаленными средствами измерения. В этих условиях предсказание температуры источника б на основе показаний ограниченного числа датчиков 0,2} требует реконструкции температурного поля 0(ху,г) по конечному числу точек £Я (Л^, У^ ) с определением температуры особой тбчки, в которой действует источник. Параметрами такой обратной задачи являются сведения о теплопроводности Л(х,у,г), теплоотдаче на граничных поверхностях а(хг ,уг ,гР ), температуре теплоносителя вблизи этих поверхностей 9ог (->->, }'г, гг), а также о числе точек п с известной температурой. Точность прогноза определяется несистематическими колебаниями исходных параметров и реально измеренных температур. Для достоверной оценки искомой температуры существует нижний предел необходимой экспериментальной информации, определяемой числом и расположением датчиков применительно к телам той или иной формы. Вопрос о пределах погрешности обсуждаемого прогноза может быть изучен с помощью представленной ниже модели.

Рассматривается одномерное стационарное поле температуры в стержне длиною I. и сечением Я(х) с теплопроводностью Л(х),

охлаждаемом с наружной поверхности по периметру П(х) при интенсивности а(х) и с торцевых поверхностей с интенсивностыояо и aL. В точке х = I действует источник мощностью Р, в точках Х1 и Х2 расположены термоприемники / и 2. Температура охлаждающей среды изменяется по длине стержня по закону 9{х) и принимает самостоятельные значения 90 и 9L вблизи торцевых поверхностей. Подлежит исследованию связь между температурами стержня в точках X, и Х2 с учетом возможного несистемат1гческого изменения коэффициентов теплоотдачи и теплопроводности в заданных пределах: неопределенность этих коэффициентов может быть охарактеризована дисперсиями од и аа

Математическое описание задачи дается системой дифференциальных уравнений

± |[Д (л-) ± + И-v,) ± а.Щх^в, - 3(х,)] = О

£ {[* (-V,)± + [а(х:)±*а]П(х2)[в2 - 3(х2)] = О

с граничными условиями: при .v7 = О

(1&Л 0)

при .V, = L

cl&JL)

nPHv = v=/ + . Р

при Л; Л; / , , -I-

±х2 я (/)£(/) •

Целью задачи является реконструкция температурного поля в стержне по показаниям двух датчиков, установленных в точках X, и Л'_, и обремененных собственными погрешностями +Л0/ и +ЛО2 Вопрос сводится к определению температурного интервала &* + АО* в месте действия точечного источника и координаты ¡этого источника, получаемой также в виде некоторого интервала X* + X*. Сформулированная таким образом обратная задача подлежит

численному решению. Расчеты указывают на практическую применимость представленной линейной модели для существенно неодномерных процессов теплопроводности в активных частях.

Реакция термоприемника на удаленный источник в нестспрюнарномрежиме обладает повышенной информативностью, поскольку запаздывание измерительного сигнала определяется термофизическими свойствами и размерами соответствующего пространственного промежутка. Таким образом, единственный датчик, опрашиваемый неоднократно в динамическом режиме, решает ту же диагностическую задачу, что и несколько датчиков, работающих в установившемся режиме. Это можно показать посредством модификации представленной выше линейной модели к нестационарному режиму:

л (х) ± сгя Л} - [а (.V) ± \щх)\е- ад]

Вышеприведенные граничные условия дополняются начальным условием #(дг,0) = £?у(дг) [сброс нагрузки из установившегося режима]. Нестационарное температурное поле стержня, содержащего источник в точке X* = /, после сброса тепловой нагрузки из предшествующего установившегося режима обладает следующими свойствами. Переход каждой точки стержня из исходного температурного состояния 0(х) в состояние теплового равновесия с охлаждающей средой характеризуется зависимостями 0(.х,1), каждая из которых содержит участок запаздывания по сравнению с кривой 0(Х*,1). Если в точке х = X, измерить температуру в различные моменты времени, то при известных термофизических характеристиках стержня и условиях его охлаждения на граничных поверхностях может быть реконструирована кривая 0(Х*,\). Для этого необходимо определить точку А'* и исходную интенсивность тепловыделения Р, сброс которого обусловит полное совпадение частного решения уравнения для точки Х1 с опытной кривой 0^1,1). Тогда другое частное решение даст искомую функцию 0(Х*,1) с интересующим нас особым значением в(X*, 0).

Очаги повышенного нагрева могут занимать ощутимую долю активного объема, например, электрической обмотки. Поставлена задача установить степень неравномерности нагрева обмотки, располагая измерениями только средней ее температуры. Для этого использованы следующие свойства температурных зависимостей: а)

в стационарном тепловом режиме зависимость превышения температуры от нагрузочного параметра (потерь или квадрата тока) небезразлична к неравномерности распределения температуры: чем эта неравномерность больше, тем в большей степени при прочих равных условиях данная зависимость отличается от линейной; б) в переходном тепловом режиме на теплоинерционные свойства различных участков обмотки оказывает влияние распределение интенсивности охлаждения, что отражается на форме безразмерной температурно-временной зависимости обмотки в целом.

Температурно-нагрузочная зависимость в стационарном режиме исследована теоретически на модели обмотки - одиночном проводнике, теплообмен которого с окружающей средой К(Х) изменяется по длине произвольным образом. Предложено характеризовать форму исследуемой кривой #ср(?) одним числовым параметром - коэффициентом нелинейности k¡:

А - - -г[ J* щг _ <Й )

' 20*с р1/2 Ч K(X)-p&JXí K(X)-O,5/í0 0б

где О,,,-, = Р(/УКв; К6 - базовое значение коэффициента теплопередачи, деление на которое функции К(Х) дает безразмерную функцию распределения теплопередачи; Р - температурный коэффициент сопротивления материала обмотки.

Зависимость к,(вср>а) в реальном температурном диапазоне слабо реагирует на вид функции К(Х). определяющим параметром здесь служит степень неравномерности охлаждения со = Ктах / Ктт . Асимптотическое значение k¡ при со -> 1 равно k¡* =1+0,5 Р0ср .

Область повышенного нагрева может быть смоделирована ступенчатым графиком KQQ, причем в дополнение к коэффициенту а> = K/K¡ здесь появляется еще один параметр - относительный размер очага 1= L,/L . Для указанных условий

А = <V (М -0,5р&Вс*)(М - О,5/1со0Ос*)

0o,*(M2-j3co0OQ*)

/-а/Ч*; M=r+(w-m

m = coj3(l + j30C!¡*)-, п = М[М+(1 + со)Щ*]. {

Для однозначной оценки размеров очага и неравномерности нагрева необходимо располагать температурно-нагрузочной зависимостью обмотки прн заведомо исправном ее состоянии.

Отношение температуры поврежденной обмотки к исходной 0,:

1г., - ,. Иг.. .

' Ч» и ^ ь ' 1 И ср-

к2 = -[М + р@Ла>]+ Л-\М + Р0 Л(о\-р& Ат{1-1)

Лео— со - 1.

Уравнения / = ( со ) и / = /2{со) при попарно фиксированных значениях параметров 0ср* и А; , вср* и к, дают для / =/2(со):

(а>-1) (к2 +Р&ср)

откуда однозначно определяются относительный размер / и степень неравномерности охлаждения со.

Переходный тепловой режим дает еще один диагностический признак при ступенчатом распределении Щх). Если в исходном (исправном) состоянии обмотка имеет следующую переходную характеристику в безразмерной форме

в^Л.е-^ + и-Л,)^173

и часть обмотки, имеющая относительную длину /, претерпела ухудшение охлаждения в со = К2 /К1 раз, то темперагурно-временная зависимость обмотки в поврежденном состоянии

0 (О=Д1е~'-/Г1 +/Г е"</72 + Я г"'/г3 ,

с ру ' 1 2 3

где

В\ = \+1{со-\)А^ В2 + =

В обычных для практики условиях можно искусственно приравнять друг другу инерцию внешних тепловых влияний на обмотку и тепловую инерцию дефектного участка обмотки: Т2~Т3. В этом случае температурно-временная зависимость в новом виде

р(0 = V'"7' + + въ )е~'Г2

содержит всего две экспоненты, причем признаком термического дефекта является возрастание весового коэффициента В2 + В3 перед экспонентой с большей постоянной времени. Основания для принятия указанной характеристики эталона дают выполненные исследования математической модели ротора турбогенератора с непосредственным газовым охлаждением. Установлено, что динамике вторичных воздействий на исправную обмотку со стороны внешних элементов конструкции отвечают постоянные времени,

превышающие показатель термической инерции этой обмотки в 5 -10 раз, и масштаб суммарных воздействий не превосходит 20%.

Пятая глава посвящена вопросам выявления и анализа термических дефектов в индивидуальных образцах машин.

Нормальному состоянию системы охлаждения электрической машины соответствует воспроизводимость температурного поля активной зоны при заданных режимах тепловыделения и отвода тепла. Нарушение этой воспроизводимости свидетельствует об отклонениях параметров теплообмена от исходного состояния.

Повышение температуры в активном объеме машины при заданной тепловой нагрузке может быть: равномерным по всему объему или в пределах активной части; крупноочаговым или локальным - в различных по размерам областях магнитопровода, обмоток статора или индуктора. Местные термические дефекты независимо от их первопричины (увеличение тепловыделения или ухудшение условий отвода тепла) проявляются при работе машины в возрастании установившейся температуры повреждетюй и смежных областей или охлаждающей среды вблизи поврежденной области, а также могут сказываться на средней температуре крупного узла. Увеличенные тепловыделения характеризуются повышенными скоростями изменения температуры при внезапном появлешш или сбросе тепловой нагрузки. Снижение интенсивности отвода тепла сопровождается увеличением термической инерции области. Эти проявления термических дефектов дают возможность применять для диагностики ряд соответствующих экспериментальных методов.

В зависимости от объема экспериментальной информации можно различать три уровня решения задач диагностики. На первом (низшем) уровне устанавливается факт присутствия термического дефекта в машине, когда сняты сомнения с показаний средств контроля. Решение задачи^на втором уровне предполагает получение характеристики дефекта, т.е. определение наибольшей достигнутой температуры и ориентировочных размеров очага повышенного нагрева. Полное решение задачи диагностики (третий уровень) состоит в выяснении механизма и причин дефекта.

Если тепловое состояние машины при отклонениях режимных параметров от нормы контролируется штатными средствами, то в силу тангенциальной симметрии изменения картины тепловыделения или охлаждения немногочисленность этих средств не снижает их представительности до тех пор, пока достоверность их показаний не ограничивается динамическими погрешностями измерений1. Эти погрешности затрудняют выявление кратковременных перегрузок по токам. Термические последствия анормальных режимов с резким

перераспределением потерь в активной зоне можно определить при помощи специальных датчиков, установленных в соответствующей части машины (возрастанию локальных тепловых нагрузок соответствует незначительное изменение суммарных потерь, поэтому наблюдение за температурой охлаждающих агентов ие эффективно). Неисправности вторичного охлаждающего контура не вызывают усугубления неравномерности нагрева в активной зоне, поэтому наблюдение за темпом роста температуры первичного теплоносителя дает предельную оценку нарастания температуры в активной зоне. При снижении общего расхода или ухудшении теплоотводящих свойств первичного теплоносителя могут возрастать локальные температуры в элементах с протяженными каналами. Средства температурного контроля при изменившихся условиях теплообмена не обязательно сохраняют исходную способность реагировать на измеряемую величину. Мерой отклонения режима от исходного может служить избыточная температура первичного теплоносителя при выходе из активной зоны, если этому не препятствует возрастание тепловой инерции термопрпемника, сопутствующее ухудшению свойств теплоносителя.

Часть температурных аномалий, возникающих на ранних стадиях повреждения машины, принадлежит к скрытым дефектам, которым соответствуют неявные сигналы средств информации. Оценка температурной чувствительности этих средств к избыточному нагреву в активной зоне потребовала специального расчетного исследования температурных полей в активных частях при наличии температурных дефектов в них. Термические дефекты в обмотке статора с водяным охлаждением изучены применительно к ее исправному состоянию и при закупорке одного, двух и трех полых проводников. Температурное поле стержня исследовано с учетом неравномерности тепловыделения по высоте и длине стержня и термических связей обмотки со смежными областями. Установлено, что при расположении закупоренных проводников на расстоянии, превышающем 40% высоты стержня, их уже не удается обнаружить термометром под клином. При установке термометра на боковой поверхности стержня создается возможность выявления местного дефекта безотносительно к положению закупоренного проводника.

Местные повышения температуры обмотки ротора с непосредственным газовым охлаждением исследованы для условий ослабления циркуляции газа вследствие перекрытия некоторой части каналов. Имея в виду бестеплоконтактные средства измерения, можно считать доступными для обследования поверхности зубцов и пазовых клиньев ротора. Расчеты температурных полей обмотки

ротора турбогенераторов мощностью 800 и 1000 МВт в исправном состоянии и при перекрытии различного числа каналов показывают, что уменьшение расхода на 50% приводит к повышению температуры в поврежденном отсеке на 20-30 ос, а в смежных с ним отсеках па 10-20 ос. Уменьшению расхода в 10 раз соответствует повышение максимальной температуры на сотни градусов, при этом избыточный нагрев меди в поврежденном и смежных с ним отсеках в заметной мере зависит от расположения витка в пазу. Полной непроходимости каналов соответствует максимальный избыточный нагрев более 700ОС в верхнем и неограниченное его нарастание в нижнем витке. Указанным изменениям температурного состояния обмотки против исходного сопутствуют заметные перераспределения температуры охлаждающего газа и наружных поверхностей ротора, обращенных к зазору. При этом поверхность клина более отзывчива к уменьшению расхода, чем поверхность зубца.

Местные повышения температуры пакетов активной стали статора изучены в сопоставлении с реакцией на них контактных и бесконтактных средств измерения, использующих доступные для обследования участки пакетов (радиальные каналы и зазор между статором и ротором). Для крайнего пакета активной стали произведена расчетная оценка чувствительности поверхности зубца со стороны нажимного пальца, а для основного пакета - со стороны радиального канала. Температурная реакция поверхностей пакета активной стали на точечный очаг определяется соотношением внутренних тепловых сопротивлений в продольном и поперечном направлениях и относительной интенсивностью кондуктивного отвода тепла от пакета. В практических условиях значения чувствительности находятся в пределах от 0,02 до 0,1.

Диагностика силового^оборудования на тепловых и атомных электростанциях связана с внедрением автоматизированных систем контроля и мониторинга. Применительно к такой системе выполнена разработка алгоритмов температурной диагностики, в которых заключение о неисправности базируется на сопоставлении численных значений параметров, получаемых в процессе текущей эксплуатации турбогенератора, с соответствующими эталонными значениями, присущими исправному состоянию машины. Диагностическая процедура содержит этап обучения системы, на котором производится накопление базовой информации. Разработаны и внедрены на электростанции следующие процедуры, основанные на периодическом температурном контроле: 1)Проверка состояния общей системы газового охлаждения турбогенератора.

2) Выявление термических дефектов в активной стали статора. 3) Проверка качества работы газоохладителей. 4) Контроль нормальной работы теплообменников в системе водяного охлаждения обмотки статора. 5) Диагностика теплового состояния обмотки статора в отношении закупорки полых проводников.

Ввиду высокой ответственности последней процедуры разработаны алгоритмы температурной диагностики обмоток с водяным охлаждением, ориентированные и на текущие наблюдения, и на специальные тесты, обслуживаемые приборами контроля. В частности, можно анализировать индивидуальные уклонения показаний отдельных термометров от среднего арифметического из показаний всех термометров в заданном режиме работы обследуемой машины. Поведение указанных уклонений с изменением параметров режима и дштмика этих уклонений при долгосрочном наблюдении дают основания для отыскания дефекта. Целям проверки состояния обмотки статора и одновременно контролю качества измерительной системы служит тестовый режим, в котором производится по возможности глубокое изменение температуры дистиллята на входе в систему охлаждения. Попарное сопоставление показаний одноименных термометров дает возможность определить меру чувствительности отдельных стержней к осуществленному изменению температуры дистиллята: меньшая разность начальной и конечной температур соответствует ухудшенным условиям водоснабжения данной цепи стержня. Ослабление чувствительности в сочетании с относительно высоким положительным уклонением 6>-показаний данного термометра от среднего является вероятным признаком термического дефекта гидравлической цепи. Сочетание низкой чувствительности с отрицательным уклонением от среднего соответствует ослаблению теплового контакта термометра со стержнем обмотки и ограничению его контрольных функций.

Поскольку характерные неисправности термической природы не возникают в электрических машинах внезапно, а постепешю развиваются под действием ряда положительных обратных связей, имеется возможность выявления прогрессирующего нагрева активных частей в текущих эксплуатационных режимах. Для этого требуется вести периодическую регистрацию температуры в ряде установившихся тепловых режимов и подвергать результаты измерений соответствующему статистическому анализу. Динамика повреждения можег быть выявлена в приемлемо компактных испытаниях, если ввести коррекцию измерений путем учета сигналов помехи, обусловленных колебаниями параметров режима.

Предварительно должна быть получена из опыта детерминированная зависимость полезных сигналов (превышений температуры) от указанных параметров в первоначальном состоянии обследуемой машины. В данном случае роль "заведомо исправной машины" как эталона исполняет машина на момент начала обследования.

В шестой главе рассмотрена проблематика диагностирования термических свойств конструкций.

В задачи температурной диагностики конструкции как совокупности процедур опытного изучения и анализа теплового состояния машины, не имеющей значимых индивидуальных отклонений от проекта, входит: 1) идентификация температурного поля в активной зоне машин заданного типа; 2) выявление температурных аномалий, присущих тому или иному проектному решешпо; 3) выявление устойчивых связей между опытными распределениями температуры и параметрами системы охлаждения; 4) распространение результатов эксперимента на условия и объекты, отличные от обследованных. Решение названных задач потребовало совершенствования методических приемов реконструкции температурного поля применительно к электрическим машинам. В качестве научной базы такой реконструкции использован аппарат решения обратных задач теплопроводности, применяемый в технической теплофизике. На этой основе разработаны методики построения картины плоского стационарного температурного поля в пакетах магнитопровода и в многопроводниковых изолированных обмотках по немногим измеренным точкам с учетом факторов граничного теплообмена. Это позволило в свое время определить закономерности распределения температуры в активных частях генераторов мощностью до 500 МВт и создать достатоверную базу для прогноза тепловых характеристик более мощных машин.

Разработка методического инструмента расчетного прогноза базировалась на соображениях приближенного подобия, которым требовалось подчинить параметры "модели" (промышленного прототипа) и "натуры"(проектируемой машины). С учетом этих соображений поставлена и решена в ряде инженерных приложений задача приведения измеренных значений температуры активных частей машины к сходственным элементам другой машины в произвольном диапазоне режимных параметров.

В качестве основы для пересчета температуры по параметрам конструкции и режима принята упрощенная модель стационарного теплообмена в произвольном элементе конструкции электрической машины. В источнике тепла выделяются суммарные потери Р; часть

тепла Р, — (1 - ш>)Р отводится к охлаждающей среде в канале; оставшаяся част ь Р2 = а>л1' - к другим деталям конструкции. Поток Л, преодолевает последовательно тепловые сопротивления: активного элемента /?=<57(-Я.,/\,), изоляции Л - 5. /(Я „ /•"„) и конвекции Иа =

а 4 а А II II 4 >1 II/ ч

1 /(аГк), где 8л и 8п - пути теплового потока в активном и изоляционном слоях; Да и -Яи, и - теплопроводности и проходные сечеипя для теплового потока; а - коэффициент теплоотдачи в канате; Рк - поверхность каната. Среда в канате с расходом подогревается на £>с = (1+ сох)Р/(сО ). Перед входом в канат среда предварительно нагрета на известную величину Эс0 (в долях собственного подогрева 9с0/&е = еос).

Связь между максимальными превышениями температуры 0Ч, и 0М2 сходственных точек модели и натуры :

/

1 + й) ,,

-'+1x2

1 . 3» £

гд- гп "" ^"'»'+ГГ"'»|+Т а,2 С2 ¿-Р-

а а /

В задачах выявления температурных аномалий конструкции требуется использование этатона, в котором отражены расчетные или иные обобщенные знания об идеализированных свойствах объекта. Подлежит анализу фиксируемое опытным путем значимое отличие температуры некоторой области машины ог расчетной (эталонной). Частным случаем такого отличия является повышение температуры одного или нескольких элементов по сравнению с другими, сходственными с ними; такое представление допускает сравнение между собой только опытных величин в обследуемой машине. В качестве этатонов в задачу могут вводиться не только конечные эффекты (температуры), но и промежуточные, в виде характерных соотношений, задаваемых в безразмерной форме (типовое распределение потерь, скоростей теплоносителей, коэффициентов теплопереноса и др.).

На указанных методических основаниях автором в разное время выявлены и проанатизированы конструктивные и технологические причины разнообразных отклонений в системе охлаждения электрических машин. И если масштаб указанных отклонений не всегда угрожал жизнеспособности машин заданного типа или серии,

то во всех случаях их устранение способствовало повышению долговечности и надежности работы агрегатов. Так, опытная оценка удельных тепловыделений и теплопередачи в торцевых пакетах статора турбо- и гидрогенераторов позволила установить и ликвидировать в последующих конструкциях электромагнитную причину повышенного нагрева пакетов; при этом были объективно квалифицированы реальные возможности воздушного, водородного и водяного охлаждения элементов торцевой зоны. Удалось диагностировать разнообразные варианты нарушения устойчивости вентиляционной системы турбогенераторов различной мощности и связать эти аномалии как с конструктивными особенностями машин, так и с производственными дефектами сборки узла вентилятора. На ранней стадии создания турбогенераторов с непосредствешшм газовым охлаждением обмотки ротора выявлены значительные пиковые нагревы в протяженных каналах лобовых частей, что было обусловлено применением однопоточной схемы вентиляции - в дальнейшем эта схема была заменена на более эффективную многопоточную. Обнаруженная экспериментально и обоснованная расчетом неравномерность газоснабжения сердечника статора и зазора турбогенераторов с водородным охлаждением при однострунной схеме вентиляции обусловила применение альтернативной (радиалыю-тангенциальной) схемы в машинах последующих поколений, и т.п.

Выполненные диагностические испытания, единообразные в отношении целевой функции и методологии, различаются по глубине детализации, диктуемой содержанием конкретной задачи. Пример подробного изучения свойств конструкции дает исследование системы водородного охлаждения турбогенераторов с самовенттяцией ротора га зазора: здесь осуществлен синтез математического моделирования и эксперимента лабораторного уровня, осуществленного на ряде опытных и промышленных исполнений турбогенераторов с различными вариантами системы вентиляции. В основу расчета положена идея Л.А.Дугинова относительно взаимодействия давления, развиваемого вращающимся потоком газа в зазоре, с иными источниками. давления -вентиляторами, заборниками, дефлекторами, газоразделительными барьерами. Существо экспериментального исследования состояло в оценке влияния тангенциальной скорости потока в зазоре на интенсивность циркуляции газа в различных звеньях системы; изучалось также изменение самой этой скорости за счет притоков

или убыли порций газа, выбрасываемых или поглощаемых охлаждающими каналами ротора и статора, а также вследствие механических воздействий на поток (закручивание ротором, торможение вблизи расточки статора). Влияние скорости газа в зазоре по-разному сказывается на эффективности работы заборников и дефлекторов ротора в нормальных условиях вентиляции и при появлении аномалий. В первом случае опыт дает пропоциональную связь измеренных скоростей газа в каналах ротора и скоростей встречи для одинаковых условий, определяющих качество преобразования скоростного напора встречи в действующий перепад давления на заборнике и дефлекторе. Если тангенциальная скорость газа на отдельных участках зазора становится чрезмерно большой, то происходит значительное понижение местных скоростей газа в каналах ротора. Этому сопутствуют также нарушения исходной картины вентиляции статора, которые могут проявляться в снижении скоростей газа в радиальных канатах статора, а в пределе - в изменении направления движения газа. Радикальным средством устранения аномалий является применение искусственного торможения потока газа в зазоре при помощи продольных барьеров.

Изучение свойств новых конструкций требует физического моделирования процессов течения теплоносителя и распространения тепловых потоков в активной зоне. Примером служит выполненное исследование воздушного охлаждения ротора турбогенератора на полномасштабной вращающейся модели с питанием воздухом радиальных канатов в обмотке возбуждения из подпазовых канатов. Эксперимент на вращающемся роторе дал характерные распределения скоростей и масштабы общего расхода воздуха через систему для широкого спектра исполнений, что позволило мотивировать перенос лишь отдельных характеристик неподвижных систем раздачи на вращающиеся (отношение максимальной скорости к минимальной, общее сопротивление системы раздачи). В то же время выявлены существенные особенности формы распределения потоков по радиальным каналам и специфическая, присущая только вращающейся системе, реакция обсуждаемых распределений на геометрические условия входа в подпазовыи канал: протяженный вход обеспечивает более благоприятные эпюры скоростей по сравнению с внезапным входом. Обобщение результатов исследования способствовало выбору рациональной геометрии

системы каналов, при которой достигаются приемлемо малые различия скоростей воздуха в радиальных каналах, и послужило основой для выполнения инженерных расчетов новых конструкций.

Седьмая глава посвящена вопросам методики эксперимента и физического моделирования для целей температурной диагностики.

Тепловой эксперимент в электрических машинах, будучи ограничен рядом специфических условий, обладает известной самостоятельностью в пределах общетехнической термометрии и калориметрии. Соображения достоверности измеряемых температур, расходов теплоносителей, потерь и коэффициентов теплопереноса побудили к совершенствованию методов и средств измерений и к углубленному анализу экспериментальных погрешностей.

Исследование ошибок, имеющее своей основной целью внесение поправок в результаты пли минимизацию полосы неопределенности прямых температурных измерений, способствует также оценке качества косвенных методов, включающих термоизмерительные процедуры и предназначенных для определения тепловых параметров (потери, коэффициенты теплоотдачи, теплопередачи и теплопроводности). Ошибки измерения стационарных и изменяющихся во времени температур классифицированы и изучены применительно к теплоконтактным (по большей части, электрическим) средствам измерения, в основном используемым в практике тепловых испытаний и исследований электрических машин. Достоверное определение погрешностей, в особенности, динамических, потребовало выполнения расчетного анализа теплообмена в системе "термоприемник - объект" в широком спектре конструкций применяемых температурных датчиков и условий их размещения. Для этой цели большое число вариантов реальных исполнений и условий отображено в ограниченном числе компактных расчетных моделей, на базе которых предложены формулы для оценки погрешностей отдельных видов. Исследование типовых условий теплопередачи в районе измерительного элемента позволило связать численные значения некоторых видов ошибок и показателей термической инерции с параметрами конструкции и режима с надлежащей степенью надежности, благодаря чему удалось разработать упомянутые в четвертой, пятой и шестой главах алгоритмы и диагностические процедуры восстановления температуры объекта по показаниям "удаленного" датчика.

Измерение расходов и скоростей теплоносителей в каналах электрических машин подвержено еще большему воздействию

искажающих факторов, чем температурные измерения. В целях обеспечения приемлемо достоверных и представительных измерении потребовались новые разработки электрических расходомеров и датчиков скорости калориметрического и термоанемометрического типа, адаптированных к свойствам обследуемых объектов. Предложенные автором термоанемометры различных конструкций и калориметрические расходомеры на базе гальванических термопар обладают надлежащими показателями надежности, что обусловило их преимущественное использование в практике вентиляционных исследований на отечественных и некоторых зарубежных электромашиностроительных предприятиях. Для всех предложенных датчиков исследованы основные свойства рабочих характеристик и сформулированы правила корректного тарирования измерительных элементов в условиях, близких к натурным.. Наряду с применением термоэлектрических датчиков, работающих в установившемся тепловом состоянии термометрической цепи, исследованы температурно-временные характеристики термоанемометров и калориметров в переходном режиме. Указанными исследовашшми мотивирована принципиальная и практическая возможность определения скоростей теплоносителей термоэлектрическим преобразователем на основе измерения его выходного сигнала в переходном тепловом режиме, когда мерой скорости потока служит темп изменения электрического сигнала, следующего за изменением избыточной температуры чувствительного элемента. Специальные конструкции динамических тепловых расходомеров были разработаны для применения в устройствах защиты судовых электродвигателей от прекращешм расхода охлаждающего воздуха, а также для.лабораторных экспериментов.

Косвенные измерения потерь мощности при тепловых исследованиях и диагностических испытаниях электрических машин рассмотрены в работе с позиций повышешш точности измерения. Анализ методических погрешностей при измерении местных потерь термометрическим методом выполнен применительно к активным элементам, обладающим умеренной тепловой инерционностью (активная сталь статора, обмотки с косвенным охлаждением). Для таких элементов теоретическим расчетом определены границы временного участка квазистационарного теплового состояния, практически свободного, с одной стороны, от влияния начального непостоянства функции тепловыделения (электромагнитная погрешность), и, с другой стороны, от ошибок, обусловленных активизирующимся с течением времени теплообменом в районе термоприемника. В пределах указанного временного участка,

протяженность которого исследована в обобщенной форме в зависимости от геометрии, теплофизпческих свойств объекта и электрических характеристик исходного состояния машины, действительно представление об адиабатном режиме, для которого применим термометрический метод.

Определение суммарных потерь в испытуемой машине калориметрическим методом представляет затруднения, главным образом, в связи с преобладающей погрешностью измерения расхода теплоносителя, которое входит в качестве одной из составляющих этого метода. Автором предложена компенсационная схема определения потерь, позволяющая исключить измерение расхода за счет внесения в поток теплоносителя дополнительного источника калиброванной мощности. В качестве устррйства сравнения и усреднения температуры теплоносителя (жидкости) по сечению потока применены батареи дифференциально включенных термопар, отношение электрических сигналов которых пропорционально количествам тепла, воспринимаемым жидкостью от испытуемого и дополнительного источника.

Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи составляет одну из наиболее значимых, методически сложных и трудоемких экспериментальных процедур в составе тепловых и диагностических исследований. Для измерения локальных коэффициентов теплоотдачи в каналах электрических машин автором разработан миниатюрный активный датчик упрощенной конструкции, который по сравнению с существующими оказывает меньшее возмущающее действие на поток теплоносителя и требует меньшей затраты труда в изготовлении. Измерительный элемент содержит нагреватель, металлическую пластину, обращенную к потоку теплоносителя, и изоляционную подложку между нагревателем и объектом'. Измеряются температуры пластины, теплоносителя и подложки, а также мощность электронагревателя. Для оценки вторичного теплового потока, минующего границу теплообмена, производится тарирование термических сопротивлений датчика и независимое расчетное исследование температурного поля и тепловых потоков в районе датчика на натурном объекте. При помощи указанного датчика выполнены натурные измерения теплоотдачи в радиальных каналах статора турбогенератора, которые для воздуха и водорода на участках канала, удаленных от входного возмущения, обобщаются критериальной зависимостью Ми = 0,039 1*с °'8(в диапазоне чисел Рейнольдса 3-103 < 1}с < 8-104).

В натурных и лабораторных исследованиях теплоотдачи можно использовать активные части в качестве естественных источников тепловыделения. В частности, определение среднего коэффициента теплоотдачи в сложной системе каналов обмотки, питаемой постоянным током, требует измерения осредненного подогрева охлаждающей среды А 9 и мощности АР, отводимой из обмотки косвенным путем, т.е. не входящей в тепловую нагрузку на поверхности каналов. Последняя задача решается тарированием величины АР в зависимости от средней температуры обмотки 0 при отсутствии циркуляции среды в каналах. Применение такого способа дато возможность определения коэффициентов теплоотдачи в относительно коротких щелевидных каналах обмотки возбуждения гидрогенераторов с воздушным охлаждением. С привлечением базовых исследований теплоотдачи в коротких канатах круглого сечения установлено, что интенсивность теплообмена для щелевого канала (критериачьная зависимость N11 = 0,026 £•/ 1}е 0'8, 2-10* < Ие < 8-10 ) заметно повышается по сравнению с круглым канатом, причем устойчивый турбулентный режим течения достигается в первом случае при меньших числах Рейнольдса. Изложенный способ имеет приблизительно такую же точность, как и известный метод регулярного реэюгша, модифицированный к условиям исследований электрических машин: среднеквадратическая погрешность составляет порядка 10% для каждой точки зависимости а = /(у). Оба метода могут применяться для сравнительных исследований теплоотдачи в канатах различной формы при выборе варианта конструкции и в том случае, когда модельная среда отличается от натурной (например, при замене водорода воздухом).

Определение коэффициента теплопередачи в газоохладителях турбогенераторов с водородным охлаждением в условиях их эксплуатации на электростанции потребовало воспроизведения лабораторных по содержанию измерений на действующей машине с измерением потерь мощности, расходов и температуры первичного и вторичного теплоносителей при входе и выходе из охладителя. Получена критериальная зависимость для водородно-водяного охладителя Ми = 0,68 Ксй;45 (1300 < < 4000).

Определение коэффициентов теплоотдачи в роторах с непосредственным водородным охлаждением выполнено на основе подробных температурных измерений в обмотке, а также при помощи специальной обработки результатов стандартных испытаний серийных турбогенераторов (выборка - более 40 образцов 8 типов турбогенераторов серий ТВФ и ТВВ) с измерением средней

температуры обмотки. В результате исследования установлено существенное повышение интенсивности теплоотдачи за счет применения внутренних диагональных каналов взамен боковых.

В дополнение к традиционным методам определения теплопередачи с измерением температуры поверхности источника автором предложен бестеплоконтактный метод, использующий только текущие измерения температуры потока охлаждающей среды в динамическом режиме. Показано, что о теплопередаче можно судить по темпу изменения температуры потока охлаждающей среды после этого тела при известном графике изменения этой температуры перед телом. Применение метода при измерении неустановившихся температур охлаждающего воздуха в лобовых частях обмотки статора турбогенератора с косвенным охлаждением дает для коэффициента теплопередачи значение к = 25+ 4 Вт/м2К. Метод применим также и для устройств стока тепла. Энергетическое возмущение, которое инициирует переходный режим, зависит от вида испытуемого теплообменника (для воздухо-воздушного охладителя - внезапное прекращение циркуляции теплоносителя во вторичном контуре; для водо-водяного теплообменника или газоохладителя - быстрый ввод испытуемого объекта в рабочее состояние из состояния теплового равновесия с первичным теплоносителем). Опыт на турбогенераторе с воздушным охлаждением дает для охладителя к - 88+ 10 Вт/м2К.

Определение теплопроводности материалов, входящих в состав конструкций исследуемых машин, выполнялось в рамках настоящей работы главным образом применительно к пакетам активной стали статора, массивным изолирующим деталям и композициям проводников и изоляции. Ввиду отсутствия в литературе надежных данных о поперечной теплопроводности пакетов активной стали статора турбогенераторов с водородным охлаждением основное внимание уделено опытной оценке этого параметра в атмосфере воздуха и водорода на основе натурных измерений установившейся и неустановившейся температуры. Поскольку результаты таких измерений носят выраженный стохастический харатер, обследованию подвергнут ряд образцов однотипных машин, при этом в каждой машине измерения выполнены в нескольких аксиальных и тангенциальных сечениях магнитопровода. Для уточнения искомых значений коэффициента теплопроводности использованы экспериментальные сведения о термической инерции магнитопровода, полученные из опыта с внезапным изменением тепловой нагрузки при измерении

изменяющихся во времени превышении температуры в двух характерных точках пакета посередине его толщины и на поверхности канала. Получены данные о повышении поперечной теплопроводности пакета на 50 - 70% при длительной работе в атмосфере водорода взамен воздуха.

Заключение

В диссертации решены основные вопросы методологии тепловых исследований применительно к задачам температурной диагностики крупных электрических машин. Предложена и аргументирована концепция температурной диагностики как совокупности взаимосвязанных экспериментальных и расчетно-аналитических процедур, направленных на изучение .термических свойств конструкции и выявление возможных температурных аномалий.

В работе получены следующие основные результаты.

1. Разработаны и теоретически обоснованы экспресс-методы теплового расчета электрических машин с косвенным и непосредственным охлаждением в стационарных режимах работы. Указанные методы, ориентированные, в первую очередь, на определение ожидаемых установившихся температур в активной зоне при постановке диагностических задач, находят применение также и в проектных расчетах благодаря контролируемой достоверности результатов.

2. Предложены методы теплового расчета электрических машин в динамических режимах с различной степенью учета термического взаимодействия активных элементов. Обобщенный анализ методических погрешностей позволил определить области правомерного использования предложенных одноемкостных и двухъемкостных моделей,, а также схем расчета, содержащих конвективные связи многоемкостных блоков. Разработаны инженерные методы расчета для условий тепловыделения и отвода тепла, сложным образом изменяющихся во времени и по активному объему машины, и найдены пределы правомерного анализа режимов периодического и апериодического изменения параметров на базе простых моделей. Применительно к условиям, выходящим за эти пределы, мотивировашл характерные упрощающие предпосылки в полевой постановке подобных задач.

3. Исследованы закономерности нестационарного нагрева в замкнутых контурах циркуляции теплоносителя, используемых в электрических машинах большой мощности. На основе строгого рассмотрения динамических характеристик теплообменников и

нестационарного теплового процесса в контурах различной сложности предложены методы расчета эксплуатационных и аварийных режимов работы машин с замкнутыми системами жидкостного и газового охлаждения. Указанные методы положены в основу алгоритмов диагностирования эксплуатационных отказов таких систем.

4. Выполнен детальный анализ систематических погрешностей температурных измерений в электрических машинах. Установленные зависимости погрешностей от параметров термической связи термоприемника с объектом наряду с первоначальным назначением -коррекции измерений - послужили отправным пунктом для построения теории реакции термоприемника на действие удаленного источника тепла в стационарном и динамических режимах - эта теория использована при создании алгоритмов диагностики.

5. Разработана теоретическая база и предложены инженерные методы распознавания локальных термических дефектов в активных частях крупных электрических машин. Для идентификации точечных дефектов рекомендован алгоритм последовательного решения прямых и обратных задач теплопроводности применительно к неисправной области. С целью распознавания крупноочаговых дефектов исследована отзывчивость средней температуры электрической обмотки к масштабу локальной температурной аномалии. Диагностическими признаками здесь служат числовые значения параметров температурно-нагрузочной и температурно-временной зависимостей, на чем построены алгоритмы выявления очагов повышенного нагрева по результатам измерения температуры обмотки методом сопротивления.

6. На основе изучения термических дефектов в электрических машинах произведен систематический анализ экспериментальных методов и средств эксплуатационной температурной диагностики; предложены варианты структуры и содержания экспериментальных процедур различного уровня; даны количественные характеристики влияния отклонений режимных параметров на тепловое состояние крупных электрических машин. На базе специального расчетного исследования температурного поля в активных частях машин осуществлен анализ практической выявляемое™, "скрытых" дефектов. Полученные характеристики чувствительности дают реалистическую оценку предельных возможностей систем температурной диагностики, предлагаемых для практики эксплуатации; подобная экспертиза способна снизить вероятность ошибочных решений при построении диагностических систем.

7. Разработаны и внедрены алгоритмы ранней эксплуатационной диагностики турбогенераторов, осуществляемой при посредстве непрерывной регистрации и обработки температурной информации с помощью автоматической системы мониторинга и диагностики. Диагностическая процедура направлена на выявление значимых отклонений параметров системы охлаждения машины от эталонных значений, когда штатный тепловой контроль еще не указывает на критичность ситуации. Численные значения параметров эталона и нормы отклонений для конкретных типов машин получены на основе экспериментального и расчетного исследования их температурных полей в исправном и дефектном состояниях. Разработан метод выявления прогрессирующих термических неисправностей, построенный на анализе текущей температурной информации в чередующихся стационарных режимах работы машины. При этом предусмотрены специальная технология проведения базовых испытаний и статистические приемы подавления информационного шума, обусловленного колебаниями тепловых нагрузок и недоходом измеряемых температур до установившихся значений. Предложены и широко используются на практике алгоритмы для обмоток статора с водяным охлаждением, ориентированные на тестовые режимы изменения тепловой нагрузки и условий охлаждения. В основу указанных алгоритмов положены предварительно изучешше в теорнн и на опыте закономерности поведения измеряемых температур обмотки и теплоносителя в замкнутых контурах его циркуляции при различных вариантах энергетических возмущений.

8. Усовершенствован методический аппарат опытного изучения тепловых процессов в электрических машинах для определения термических свойств конструкций. Предложены расчетные приемы реконструкции температурного поля в активной зоне, при этом методы решения обратных задач, применяемые в технической теплофизике, адаптированы к особенностям устройства машин. На этой основе по результатам натурных и модельных исследований выполнен анализ температурных аномалий ряда конструкций. Разработана методика прогнозирования теплового состояния активных частей проектируемой электрической машины на базе исследования прототипа, связанного с натурным объектом отношениями приближенного подобия.

9. Решен ряд принципиальных и прикладных вопросов методики теплотехнического эксперимента в крупных электрических машинах. Внедрены в практику исследований новые методы и средства косвенных измерений параметров систем охлаждения, в том числе температурно-динамнческие методы, обладающие повышенной

информативностью. Наряду с оценками достоверности измерений предложены способы экстраполяции результатов эксперимента на условия, отличные ог реализованных в опыте. С применением указанных разработок получены и использованы для объективного суждения о состоянии обследуемых машин многочисленные опытные данные. Эти экспериментально установленные факты, составляя базовый материал в отношении термических свойств новых конструкций и будучи проанализированы на надлежащей научной основе, способствовали принятию прогрессивных решений при проектировании высокоиспользованных электрических машин.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ НО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гуревнч Э.И., Филиппов И.Ф. Измерение установившейся температуры потока газа. Сборник "Электросила", №22. 1963. С.37-41.

2. Гуревнч Э.И., Филиппов И.Ф., Хуторецкий Г.М. Анализ распределения температуры в роторах с многострунной системой охлаждения. // Вестник электропромышленности. 1963. №6. С.12-17.

3. Гуревнч Э.И., Филиппов П.Ф.. Исследование системы охлаждения турбогенераторов типа ТВФ-100-2. Сборник "Электросила", №23. 1964. С. 1016.

4. Гуревнч Э.И., Филиппов И.Ф. Постановка исследований охлаждения мощных электрических машин. Л.: НТОЭП. 1964.

5. Гуревнч Э.И., Филиппов И.Ф. Устройство для измерения скорости в каналах электрических машин. "Электротехника". 1964. №8.

6. Гуревнч Э.П., Коновалова К.Н., Сеичугов К.И., Мышенкова Н.К., Си.мо И.II. Иследованне турбогенераторов типа ТВФ-100-2 на местах установки. "Электрические станции". 1964. №12.

7. Гуревнч Э.И. Методика исследования новой системы охлаждения гидрогенераторов. Сборник "Электросила", №24. 1965. С.5-10.

8. Гуревнч Э.П. Тепловой" расчет обмотки ротора гидрогенератора. "Электротехника". 1966. №4.

9. Гуревнч Э.Н. Исследование системы охлаждения турбогенератора ТВВ-500-2. Сборник "Электросила", №26. 1967. С.51-56.

10.Гуревнч Э.И., Уварова В.М, Исследование неустановившейся температуры в обмотках с непосредственным охлаждением . Сборник "Электросила", №26. 1967. С.95-101.

11.Гуревнч Э.И. Расчет неустановившейся температуры обмоток с непосредственным газовым охлаждением. "Электротехника". 1967. №10. С. 2225.

12.Гуревнч Э.И., Шифрина 11.11. Температура газа в зазоре турбогенератора. "Электротехника". 1969. №4. i

13.Гуревнч Э.И. Тепловые испытания турбогенераторов большой мощности / Л.: Энергия, 1969.

14.Гуревич Э.И., Мыслевец K.II., Ошурков II.В., С.шоюерг Л.М., Шифрнпа

II.II. Испытания турбогенератора типа ТВВ-500-2 на стенде завода и на электростанции. Сборник "Электросила", №28. 1970. С.3-7

15.Герасимов В.П., Гуревич Э.Н., Малашсико М.Е. Опытные характеристики системы газового охлаждения турбогенераторов серий ТВФ и ТВВ. Сборник "Электросила". №28. 1970. С10-15.

16.Воитеко U.C., Гуревич Э.И. Исследование температурного поля активной стали статора турбогенератора с водородным охлаждением // Сборник "Электросила". №30. 1974.

17.Гуревич Э.И., Ошурков П.В. Тепловые характеристики серийных турбогенераторов мощностью 500 Мвт// Сборник "Электросила", №30. 1974.

18.Гуревич Э.Н Рыопн ЮЛ., Филиппов II.Ф.. К расчету нестационарных тепловых процессов в электрических машинах. "Электротехника". 1975. №1. СЗО-ЗЗ.

19.Гуревич D.H., Рыбин ЮЛ.. Расчетные модели нестационарных тепловых процессов в электричесских машинах. "Электротехника". 1975. №12. С.35-39

20.Гуревич Э.И., Филиппов И.Ф., Хуторецкий Г.М. Перспективы газового охлаждения ротора мощных турбогенераторов. "Электричество". 1975. №1. С.31-35.

21.Войтеко U.C., Гуревич Э.П., Нечаева Т.А. Математическое моделирование температурного поля крайнего пакета статора турбогенератора //"Электрические машины". 1977. №11. С. 12-14.

22.Войтеко U.C., Гуревич Э.И.„ Рыбин ЮЛ., Шифрнпа H.H. Опытное определение поперечной теплопроводности пакета сердечника статора турбогенератора. "Электрические машины". 1977. №6(76). С. 1-3.

23.Гуревич Э.Н., Рыбин IO.JI. Погрешности термометрического метода измерения местных потерь в электрических машинах. "Электричество". 1977. №7. С.79-81.

24.Гуревич Э.И., Жерве Г. К. Калориметрическое измерение потерь в электрических машинах. Сборник "Электросила",№31. 1977. С150-154.

25. Гуревич Э.И., Иванова Г.В., Шурыгин С.Я. Статистические характеристики систем непосредственного охлаждения турбо- и гидрогенераторов. "Электрические машины". 1977. №4 (74). С. 14-15.

26.Гуревич Э.И. Тепловые испытания и исследования электрических машин / Л.: Энергия, 1977

27.Войтеко U.C., Гуревич Э.И.,, Рыбнн ЮЛ., Шурыгин С.Я.

Экспериментальное исследование тепловых процессов в крайних пакетах статора турбогенераторов мощностью 800 МВт. "Электротехника". 1978. №3. С. 22-25.

28.Гуревич Э.И., Мамиконяиц Л.Г. Некоторые задачи диагностики теплового состояния электрических машин // Электричество. 1979. № 10. С. 20-26

29.Гуревич Э.И., Рыбнн ЮЛ. Экспериментальное исследование нестационарных тепловых процессов в турбогенераторах. Сборник "Электросила", №32. 1979. С.79-84.

30.Гуревич Э.П.„ Кравец Э.С., Ошурков П.В., Рыбнн ЮЛ. Применение термометрического метода для определения потерь в сердечнике статора. Сборник "Электросила". №32. 1979. С.86-91.

31.Гуревич Э.Н. Оценка локальных повышений температуры электрической обмотки на основе метода сопротивления// Электричество". 1980. №1. С.11-17.

32.Вонтеко U.C., Гуревич Э.И., Шурыпш С.Я. Измерение локальных коэффициентов теплоотдачи в турбогенераторах с водородным охлаждением. "Электротехника". 1980. №7. С.46-50.

33.Войтеко U.C., Гуревич Э.И., Карташова Т.Н. Границы естественного разброса показании штатных термометров сопротивления в пазах мощных турбо- и гидрогенераторов //"Электрические машины". 1983. №3. С. 16-18. 34..\уторецкий Г.М., Гуревич Э.И., Петров А.Г. Опыт интенсификации охлаждения турбогенераторов мощностью 500 МВт на АЭС // "Электрические станции". 1983. №11. С. 9-16.

35.Гуревич Э.Н., Рыбин ЮЛ. Переходные тепловые процессы в электрических машинах / Л.: Энергоатомиздат, 1983. 216 с.

36.Войтеко U.C., Гуревич Э.И., Карташова Т.Н. Чувствительность средств теплового контроля мощного турбогенератора к местным повышениям температуры обмотки статора. // "Электрические машины".1983. №10. С.1-3.

37.Войтеко U.C., Гулснко А.Г., Гуревич Э.И. Опыт выявления термических дефектов в обмотках роторов турбогенераторов. "Электротехника". 1985. №6. С.59-62.

38.Войтеко U.C., Гуревич Э.И., Карташова Т.Н. Проявление скрытых термических дефектов в активных частях турбогенераторов // Электричество. 1986. №3. С. 28-34.

39.Гуревич Э.Н., Пафомов Ю.В., Шурыгин С.Я. Калориметрические расходомеры для вентиляционных исследований электрических машин. Сборник "Электросила", №37. 1988.

40.Хуторецкий Г.М., Филиппов П.Ф., Гуревич Э.И., Яннк Б.С. Газовое охлаждение роторов двухполюсных турбогенераторов. "Электротехника". 1990. №3. С. 57-62.

41.Гуревич Э.И., Дроздова JI.A., Карташова Т.Н.. Тепловой расчет ударных и импульсных генераторов. Сборник "Электросила". №38.1991. С.88-95.

42.Гурсвнч Э.И. Бестеплоконтактная оценка тепловых параметров электрических машин по измерениям температуры охлаждающей среды // Тезисы докладов на семинаре-совещании "Разработка и внедрение новых нетрадиционных методов контроля состояния турбо- и гидрогенераторов". РАО "ЕС России". 1996. С.46-48.

43.Шнрк1ш М.Л., Гуревич Э.И., Гриибау.м H.H., Вонтеко II.C. Система теплового и электрического контроля и диагностики турбогенераторов // Тезисы докладов на семинаре-совещании "Разработка и внедрение новых нетрадиционных методов контроля состояния турбо- и гидрогенераторов". РАО "ЕС России". 1996.

44.Гуревич Э.Н. Температурные поля электрических машин / Под ред. Я.Б.Данилевича. РАН, 1996

45.Гуревич Э.И. Температурная диагностика электрических машин / РАН, 1997

46.Гуревич Э.И., Бурандасов A.B., Герасимов В.И., Мельникова В.М.,Филиппов И.Ф. Термоанемометр. Авт.св. СССР№ 152131

47.Гуревич Э.И., Жерве Г.К. Калориметрическое устройство. Авт.св. СССР № 494630.

48.Воронцов Л.И., Гуревич Э.И., Прнгоровский И.Л., Филиппов И.Ф., Хуторецкий Г.М. Система газового охлаждения мощного турбогенератора. Авт.св. СССР № 568117 [Пат.Англии №1503404; пат.Австралии №508562; пат. США №4163163; пат.ШвеПцарии №611087; пат. ГДР №125308; пат.Франции №2347811]

49.Белова Т.Н., Базаров Ю.А., Гуревич Э.Н., Зверев Л.Т., Хуторецкий Г.Л1.

Способ сборки электрической машины. Авт. св. СССР № 633117. [пат. США №4091528; пат.Швейцарии №616283; пат.Франции №2383542]

50.Аврух В.Ю., Лзбукин Ю.И., Гуревич Э.И., Дугпнов JI.A., Портиов U.M., Шелепов В.А. Электрическая машина с газовым охлаждением. Авт. св. СССР № 703882.

51.Гуревич Э.И., Филиппов И.Ф., Хуторецкий Г.М., Воронцов А.И.

Синхронная неявнополюсная электрическая машина. Авт.св. СССР№ S75542.

52.Хуторецкий Г.М., Игнатьев А.Д., Азаров Е.М., Гуревич Э.И., Шурыгин С.Я., Белова Т.Н. Нереверсивная электрическая машина с газовым охлаждением. Авт. св. СССР № 920967.

53.Хуторецкин Г.М., Вартаньян Г.П., Гуревич Э.И., Дубровин Ю.Н., Филиппов И.Ф. Обмотка ротора турбогенератора с газовым охлаждением. Авт.св. СССР № 1056369.

54.Хуторецкий Г.М., Пригоровский П.А., Игнатьев А.Д., Андреев A.B., Гуревич Э.И., Филиппов И.Ф. Электрическая машина с газовым охлаждением. Авт.св. СССР № 1056375.

55.Хуторецкш*1 Г.М., Игнатьев А.Д., Пригоровский H.A., Воронцов А.И., Гуревич Э.И., Филиппов И.Ф. Электрическая машина с газовым охлаждением. Авт.св. СССР № 1098077.

56.Хуторецкнй Г.М., Вартаньян Г.П., Гуревич Э.И., Дубровин Ю.Н., Загородная Г.А.,Филиппов И.Ф., Фридман В.М. Ротор турбогенератора. Авт.св. СССР № 1100685.

57.Гуревнч Э.И., Хуторецкий Г.М., Шурыгин С.Я. Электрическая машина с газовым охлаждением. Авт.св. СССР № 1203649.

58.Хуторецкий Г.М.,Аврух В.Ю., Андреев A.B., Гуревич Э.И., Филиппов

И.Ф. Электрическая машина с газовым охлаждением. Авт.св. СССР № 1598057. [ Патент РФ № 1598057].

59.Хуторецкий Г.М., Гуревич Э.И., Дубровин Ю.П., Филиппов И.Ф., Яник

Б.С. Ротор турбогенератора с газовым охлаждением. Авт.св. СССР № 1700688. [Патент РФ № 1700688].

60.Хуторецкпй Г.М., Гуревич Э.И., Дубровин Ю.Н., Филиппов И.Ф. Ротор неявнополюсной электрической машины с газовым охлаждением. Авт.св. СССР № 1707694. [Патент РФ № 1707694].

61.1Сутателадзе С.С., Розенфельд Л.М., C'e рд а ко в Г.С., Филиппов И.Ф., Хуторецкий Г.М., Гуревич Э.П., Введенский IO.II. Электрическая машина. Авт.св. СССР № 320888.

62.Розенфельд JI.M., Сердаков Г.С., Гуревич Э.Н., Филиппов И.Ф., Хуторецкий Г.М. Система непосредственного испарительного охлаждения электрических машин. Авт.св. СССР № 377942.

бЗЛСутателадзс С.С., Розенфельд Л.М., Сердаков Г.С., Гуревич Э.И., Филиппов Н.Ф., Хуторецкий Г.М., Чехович В.Ю. Электрическая машина. Авт.св. СССР №417872.