Большинство генераторов, приводимых во вращение гидравличе скими турбинами, выполняется с вертикальным расположением вала. Для сохранения определенного положения вала генератор имеет один упорный подшипник (подпятник) и один или два радиальных (направляющих) подшипника. Упорный подшипник воспринимает вес вращающихся частей генератора и турбины, а также вес воды над
рабочим колесом турбины. По конструктивной схеме вертикальные генераторы делятся на подвесные и зонтичные (рис. 33-4). В подвес ном генераторе упорный подшипник 1 расположен на верхней кре стовине 5, а в зонтичном генераторе — находится на нижней кресто вине 15 или на направляющем аппарате турбины. Применение зонтичного генератора позволяет снизить высоту агрегата и машин ного зала за счет уменьшения размеров верхней крестовины, что способствует также снижению массы агрегата. На одном валу с гене ратором в верхней его части размещаются роторы вспомогательных машин: возбудителя 4, подвозбудителя 3 и регуляторного генера тора 6 — магнитоэлектрического синхронного генератора для элек троснабжения маслянного насоса регулятора турбины. Небольшой генератор постоянного тока (подвозбудитель) предназначен для возбуждения главного возбудителя, снабжающего постоянным током обмотку индуктора синхронного генератора. В крупных синхронных машинах вместо возбудителя постоянного тока применяется вспо
могательный синхронный |
генератора 19 |
и ионные |
выпрямители |
с соответствующей системой регулирования. |
|
|
При быстром уменьшении нагрузки (например, отключении гене |
ратора |
|
от сети) скорость |
п у |
вращения |
агрегата может достичь |
1,7 |
-г- |
2, |
5 |
синхронной скорости |
щ . Угонная скорость |
п у вращения |
|
|
|
|
|
|
|
определяет наибольшие возможные по условию прочности.размеры диаметра ротора синхронного генератора. Допустимая угонная
|
|
|
|
|
|
|
окружная скорость |
зависит от материала обода роторного |
колеса |
и составляет ѵ2У = |
НО ~ |
130 м/сек. Поэтому при угонной скорости |
«у = |
2,5 п х номинальная |
окружная скорость |
ротора |
ѵг |
= 44 ч- |
Ч- 52 |
м/сек и диаметр ротора не более 60 ѵ2/ ( л п 1) |
— (840 |
900) : пѵ |
Так, |
диаметр ротора генератора Волжской ГЭС имени В.ч |
И- . |
Ленина |
равен 14 м (к , = 68,2 об/мин). Наиболее ответственной частью роторного колеса является обод, собранный из листовой стали толщиной 4-ьб мм и насаженный на спицы, прикрепленные к цен тральной втулке. Полюсы крепятся к ободу ротора при помощи Т-образных хвостов. На полюсах, кроме обмотки возбуждения, укладывается успокоительная обмотка. Вследствие большого мо мента инерции ускорение ротора при пуске и замедление при оста новке получается небольшим, особенно затягивается время оста новки из-за неплотностей в затворе турбины. Продолжительная работа упорного подшипника при низкой скорости вращения может привести к повреждению его сегментов, так как нарушаются условия образования слоя смазки между трущимися поверхностями. Поэтому для ускорения остановки ротора предусматривается специальная тормозная система, состоящая из тормозных сегментов на роторе и домкратов-тормозов 14 на фундаменте генератора. Для возмож ности транспортировки статор по окружности делится на 6 частей. Сердечник статора состоит из отдельных пакетов, собранных из электротехнической стали. Между пакетами образуются радиальные вентиляционные каналы. Обмотка статора обычно волновая двух слойная (см. рис. 19-11). В крупных генераторах применяется волновая однослойная обмотка, в этой обмотке расход изоляционных
материалов меньше, чем в двухслойной, и оолегчается выполнение
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
непосредственного водяного |
охлаждения проводников. |
|
поверх |
При мощности генератора до 250 Мв-а |
применяется |
ностное воздушное |
охлаждение |
сердечников |
и обмоток статора и |
ротора. |
Необходимое |
давление |
воздуха |
создается |
поверхностями |
частей |
|
ротора, |
перпендикулярными |
к |
направлению |
вращения |
и специальными |
лопастями, укрепленными -• |
|
|
|
|
на ободе ротора. Холодный воздух из охла |
|
|
|
|
дителей поступает к ротору (обычно с обоих |
|
|
|
|
торцов) и через каналы |
в |
ободе |
попадает в |
|
|
|
|
пространство между |
катушками. |
После |
ох |
|
|
|
|
лаждения катушек ротора воздух |
через |
за |
|
|
|
|
зор |
направляется |
в |
радиальные |
каналы |
|
|
|
|
статора, охлаждает пакеты статора и об |
|
|
|
|
мотку. |
|
Две |
небольшие |
струи |
. воздуха, |
|
|
|
|
параллельные основному потоку, |
охлаждают |
|
|
|
|
лобовые части катушек возбуждения и об |
|
|
|
|
мотки статора. Нагретый воздух |
направляе |
|
|
|
|
тся |
в |
охладители |
и после охлаждения снова |
|
|
|
|
поступает к ротору. Описанная схема венти |
|
|
|
|
ляции генератора |
называется |
симметричной |
|
|
|
|
радиальной. Возможно также сочетание |
|
|
|
|
осевого направления движения охлаждаю |
|
|
|
|
щего воздуха между катушками ротора и |
|
|
|
|
радиального в каналах статора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Размеры генератора Братской ГЭС (мощ |
|
|
|
|
ность 225Мет, скорость вращения 125 об/мин) |
|
|
|
|
являются предельными по условиям прочнос |
|
|
|
|
ти обода ротора и возможности транспорти |
|
|
|
|
ровки. Дальнейшее увеличение мощности |
|
|
|
|
возможно только путем применения более |
|
|
|
|
интенсивного |
охлаждения: |
непосредствен |
|
|
|
|
ного |
охлаждения |
водой |
проводников |
об |
Р и с . |
33 -5 . |
Паз |
статора |
мотки |
статора и непосредственного |
охлаж |
с однослойной |
обмоткой |
дения |
воздухом или |
водой |
проводников |
1 — клин, |
2 — изоляция |
стержня, 3 —сплошные про |
обмотки |
ротора. |
С этой |
целью |
часть |
про |
водники, |
4 — трубчатые |
водников стержня |
обмотки статора |
выпол |
проводники, |
5 — изоляция |
|
проводника |
няется |
|
трубчатыми |
(рис. |
33-5). |
Подвод |
и |
|
|
|
|
отвод воды осуществляется распределительными трубами, рас положенными по окружности лобовых частей обмотки в нижней части генератора. Соединения стержней обмотки с распределитель ными трубами выполняются резиновыми шлангами. Непосредст венное охлаждение воздухом проводников обмотки возбуждения осуществляется путем создания поперечных каналов между витками катушки за счет изоляционных прокладок или применением ребри стого проводника. Внутренняя ширина катушки делается больше ширины сердечника полюса и между катушкой и полюсом образуется распределительный канал, в который поступает воздух из радиаль ных каналов обода ротора. Для облегчения входа воздуха у осно-
вания полюса делается осевой канал 6 в ободе (рис. 33-6). Часть воздуха из радиальных каналов обода поступает непосредственно в пространство между полюсами. Применение поперечных каналов 5 значительно увеличивает поверхность охлаждения катушек, позво ляет выбрать более широкий проводник и снизить высоту полюса.
Ри с . 33 -6 . Схема усиленного охлаждения катушек возбуждения
1— сердечник полюса, 2 — катушка, з — обод ротора, 4 — распределитель ный канал, 5 — поперечные каналы, в — осевой канал в ободе
И.з пространства между катушками полюсов воздух поступает в ра диальные каналы статора и охлаждает его сердечник. Такой способ охлаждения применен в генераторах Красноярской ГЭС.
При непосредственном охлаждении проводников обмоток статора и ротора мощность генератора при заданных размерах его ограни чивается значениями параметров и к. и. д., так как превышение температуры обмоток можно обеспечить ниже допускаемого предела. Применение непосредственного охлаждения проводников целесооб разно также и при мощности генератора меньше предельной, если
размеры его ограничены условиями размещения на гидростанции, например, в случае погружного исполнения. Строительство гидро станций и изготовление генераторов для них явилось прямым след ствием осуществления плана ГОЭЛРО. В 1923—1924 гг. завод «Электросила» получил заказ на изготовление шести генераторов для строящихся электростанций: Волховской и Земо-Авчальской. В то время гёнератор для Волховской ГЭС массой около 260 т был крупнейшим в Европе. В 1932 г. был изготовлен самый большой в мире генератор для Днепровской ГЭС мощностью 62 Мет при скорости вращения 68,3 об/мин, наружный диаметр генератора 12,5 м, масса 780 т. В 1933 г. был изготовлен генератор для Свирской ГЭС, который по давлению на упорный подшипник (1130 тс) в свое время также был рекордным. Затем для Рыбинской и Угличской ГЭС были изготовлены генераторы мощностью 55 Мет, 62,5 об/мин с давлением на упорный подшипник 2000 тс. После Отечественной войны были вновь построены генераторы для ряда восстановленных электростанций и изготовлены генераторы для волжских станций: в 1953 г. — генератор мощностью 128 Мет, 68,2 об/мин для элек тростанции имени В. И. Ленина и в 1957 г. такой же генератор для электростанции имени XXII съезда КПСС. В 1960 г. был изготовлен самый мощный генератор в мире для Братской ГЭС и в 1964 г. еще более мощный генератор для Красноярской ГЭС мощностью 500 Мет,
93,8 об/мин.
Б. Неявнополюсные синхронные машины. Особенностью неявно полюсных машин является ротор в виде.кругового цилиндра, в пазах которого уложена обмотка возбуждения (см. рис. 18-3, б). Расположе ние вала обычно горизонтальное. Такая конструкция применяется в генераторах с приводом от паровых турбин и в двигателях при большой скорости вращения (свыше 1500 об/мин). На рис. 33-7 представлен продольный разрез неявнополюсного синхронного гене ратора мощностью 100 Мет. Ротор, выполненный из поковки с утол щенной средней частью и шейками по концам, должен обладать большой прочностью и высокой магнитной проницаемостью, поэтому для ответственных машин применяется специальная сталь типа хромо-никель-молибдено-ванадиевой (марка 35ХНЗМФА). Большие напряжения в материале, вызванные центробежными силами, не позволяют увеличивать диаметр ротора свыше 1,2 м, а допустимый прогиб ограничивает длину сердечника ротора величиной 7 м. Для удаления загрязненной части металла, контроля качества поковки и уменьшения напряжений в материале сверлится центральное отверстие диаметром 100—150 мм. В машинах большой мощности в это отверстие вставляется стальной стержень по длине сердечника с целью увеличения магнитной проводимости ротора. Обмотка воз буждения состоит из отдельных катушек, ширина меньшей катушки обмотки возбуждения составляет примерно третью часть полюсного деления (см. рис. 18-3, а). Прямоугольные пазы ротора с проводни ками показаны на рис. 33-8, а. В генераторах мощностью 500 Мет и выше увеличение прочности зубцов и уменьшение неравномерности распределения индукции в зубцах достигается применением трапе-
1 |
2 3 4 5 Ь 7 в 9 |
Ю |
|
|
|
/ / |
11 |
|
|
12 |
Рис. 33-7. Неявнополюсный генератор с водородным охлаждением |
|
|
|
1 —пакеты сердечника статора, 2 — ротор, з |
— охладитель, 4 — нажимной палец, 5 — нажимная плита, 6 — стяжная шпилька, |
|
обмотка ста |
тора, 8 — бандаж ротора, 9 — обмотка ротора, 10 — диффузор, |
11 |
— вентилятор, |
12 |
— направляющая воронка, |
13 масляное |
уплотнение, |
14 — подшипник, 15 — контактные кольца, |
16 — возбудитель, |
|
|
|
7 |
|
17 — токопровод к обмотке возбуждения, 18 — торцовый щит, 19 выводы, |
20 — соединительная муфта
Р ис. |
33-8. Пазы ротора неявнополюсного генератора: |
|
а — прямоугольный, б — трапецеидальный |
|
1 — к л и н , 2 — р о то р , 3 — п р о во д н и ки , 4 — н акл о н н ы е |
к а н а |
лы в п р о в о д н и к а х , S — в и т к о в а я и зо л я ц и я , в — н и ж н я я п р о к |
л а д к а , |
7 — п азо в а я |
и зо л я ц и я , 8 — в е р х н я я п р о к л ад к а , |
9 — |
|
отверстие |
д л я охл аж д аю щ его водорода |
|
Ось рот ора.
Рис. 33-9. Бандаж ротора: о — с жестким кольцом,
б— с эластичным кольцом
1 — сердечник рото р а , 2 — бан д аж , 3 — обм отка р о то р а , 4 — ц ентрирую щ ее ко л ьц о
цеидальных пазов (рис. 33-8, б). Пазовая часть обмотки удержи вается клиньями 1 из проката специального профиля (сплав алю миния марки Д16Т). Крепление лобовых частей обмотки произво дится бандажами (рис. 33-9) из прочной магнитной или немагнитной стали. Для. генераторов мощностью 100—300 Мет применяются бандажи с упругими центрирующими кольцами. У генераторов мощ-
ностыо 500 Мет и выше бандаж опирается только на сердечник ротора (центрирующее кольцо отсутствует) и под ним располагается медное кольцо, замыкающее клинья для создания успокоительной обмотки.
Сердечник статора выполняется из холоднокатаной электротехни ческой стали и состоит из отдельных пакетов шириной 30—60 мм, расстояния между которыми образуют радиальные вентиляцион ные каналы шириной 5—10 мм. Пазы статора имеют прямоуголь ную форму (рис. 33-10). Обмотка обычно двухслойная стержневая, при водяном охлаждении применяется однослойная обмотка. Перед
укладкой |
в пазы стержни |
обмотки подвергаются компаунди- |
ровке, при которой в ва |
б) |
кууме и |
температуре 150° С |
Z9.9
Рис. 33-10. Пазы статора: а — с двухслойной обмот
кой, |
б — с однослойной обмоткой |
|
1 — кл и н , 2 и 3 — и зо л я ц и я с тер ж н я , 4 — сплош ной |
п ро во дн и к , |
5 — трубчаты й |
п р о во д н и к , в — п р о к л ад к а м еж ду |
сторонам и |
|
кату ш ки |
|
извлекаются из изоляции воздух и влага и производится пропитка лаком под давлением 6—8 ати. Стержень обмотки обычно состоит из нескольких проводников и для уменьшения потерь от вихревых токов выполняют транспозицию этих проводников (см. рис. 10-16).
Охлаждение генераторов производится по замкнутому циклу,
при котором в герметически закрытой |
машине циркулирует один |
и тот же объем охлаждающего газа. |
Генераторы мощностью до |
30 Мет охлаждаются воздухом, а при большей мощности исполь зуется водород. Во избежание попадания воздуха через уплотнения и образования внутри генератора гремучей смеси давление водорода