Optimization of the design and parameters of electromechanical energy converters using multiparametric design techniques

Abstract

The aim of the work is to increase the accuracy of electromechanical equipment (turbogener-ator) designing,selectingthe optimal design and maximum permissible electromechanical loads in given dimensions by using the capabilities of multiparametric design, in particular, using the particle swarm method. Due to the refined calculations the presence of thermal and mechanical reserves, the possibility of using the turbogenerators existing cooling system when increasing their capacity have been proven. Multiparameter design using the particle swarm method makes it possible to search for the best solution in a multidimensional parameter space, where the “swarm particles” (possible solutions) gradually ap-proach the optimal result while simultaneously maintaining all turbogenerator interrelated parameters within acceptable limits. The goal set is achieved by establishing the heat exchanger optimal operating parameters and turbogenerator cooling system other elements while increasing its power and maintain-ing all characteristics and indicators within the limits established for turbogenerators of similar power by the manufacturer.The most important result is the establishment possibility of using the factory cooling system when increasing the new turbogenerators power while maintaining the dimensions due to the identified thermal reserves in the base generator at refined multiparametric designing.The optimal geometry of the core and stator winding cooling channels and the internal layout of the heat exchanger elements have been established.The obtained results significance is that the proposed multiparametric designingmethodologyusing the particle swarm method can be used for the optimal design of new electromechanical equipment or its modernization at power plant units.

Scopul lucrării este de a crește precizia proiectării echipamentelor electromecanice (turbogeneratoare), selectând designul optim și sarcinile electromecanice maxime admisibile în dimensiuni date, utilizând capacitățile proiectării multiparametrice, în special metoda roiului de particule. Datorită calculelor rafinate, a fost demonstrată prezențarezervelor termice și mecanice, posibilitatea utilizării sistemului de răcire existent al turbogeneratoarelor la creșterea capacității acestora. Proiectarea multiparametrică utilizând metoda roiului de particule face posibilă căutarea celei mai bune soluții într-un spațiu de parametri multidimensional, unde „particulele roiului” (soluțiile posibile) se apropie treptat de rezultatul optim, menținând simultan toți parametrii corelați ai turbogeneratorului în limite acceptabile. Obiectivul stabilit este atinsprin stabilirea parametrilor optimi de funcționare ai schimbătorului de căldură și a celorlalte elemente ale sistemului de răcire a turbogeneratorului, crescând în același timp puterea acestuia și menținând toate caracteristicile și indicatorii în limitele stabilite de producător pentru turbogeneratoare de putere similară. Cel mai important rezultat este stabilirea posibilității de utilizare a sistemului de răcire din fabrică la creșterea puterii noilor turbogeneratoare, menținând în același timp dimensiunile datorită rezervelor termice identificate în generatorul de bază la proiectarea multiparametrică rafinată. Au fost stabilite geometria optimă a canalelor de răcire ale miezului și înfășurării statorului, precum și dispunerea internă a elementelor schimbătorului de căldură. Semnificația rezultatelor obținute constă în faptul că metodologia de proiectare multiparametrică propusă, utilizând metoda roiului de particule, poate fi utilizată pentru proiectarea optimă a unor noi echipamente electromecanice sau pentru modernizarea acestora la unitățile centralelor electrice.

Целью работы является повышение точности проектирования электромеханического электрооборудования (турбогенераторов),выбор оптимальной конструкции и максимально допустимых электромеханических нагрузок в заданных габаритах за счет использования возможностей мультипараметрического проектирования, в частности, при использовании метода роя частиц. В работе за счет уточнённых расчетов доказана возможность использования существующей системы охлаждения турбогенераторов при повышении мощности новых машин с сохранением габаритов и при модернизации турбогенераторов, которые уже работают на электростанциях. Установлены запасы по тепловым характеристикам, которые позволяют выполнять такое увеличение мощности. Мультипараметрическое проектирование с использованием метода роя частиц делает возможным выполнять поиск наилучшего решения в многомерном пространстве параметров, где «частицы роя» (возможные решения) постепенно приближаются к оптимальному результату при одновременном поддержании всех взаимосвязанных параметров турбогенератора в допустимых пределах.Доказательством того, что поставленная в работе цель достигнута является определение оптимальных рабочих параметров теплообменника и других элементов системы охлаждения турбогенератора при повышении его мощности и условии сохранения всех характеристик, показателей и габаритов в пределах, установленных для турбогенераторов аналогичной мощности заводом-изготовителем. Наиболее важными результатами является получение данных о возможности использования заводской системы охлаждения при повышении мощности новых турбогенераторов с сохранением размеров за счет выявленных тепловых запасов в базовом генераторе при помощи уточненного мультипараметрического проектирования по методу роя частиц. Установлена оптимальная геометрия каналов охлаждения сердечника и обмотки статора, внутренняя компоновка элементов теплообменника. Значимость полученных результатовсостоит в том, что предложенная методика мультипараметрическогопроектирования с использованием метода роя частиц может использоваться для оптимального проектирования нового электромеханического оборудования или проведения модернизации электрооборудования,уже работающего на электростанциях.