Файл: Глебов, И. А. Научные проблемы турбогенераторостроения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 0
охлаждения обмотки ротора (рис. 2-24) в турбогенераторе мощ ностью 500 МВт, 3000 об./мин. Для подвода охлаждающей воды в ротор используется специальное торцовое уплотнение. Вода через центральное отверстие валов возбудителя и генератора подается в распределительный коллектор, откуда с помощью водоподводов — к катушкам обмотки ротора, которые соединены параллельно. В связи с большим током возбуждения токоподвод ротора также охлаждается водой. Для повышения надеж ности распределительный коллектор выполнен в теле вала и об разован системой аксиальных и соединяющих их радиальных
каналов.
Рис. 2-23. Схема водяного охлаждения обмотки ротора турбогенератора ТВМ-500 завода «Электротяжмаш»,
1 — подвод воды; 2 — слив.
Непосредственное водяное охлаждение обмотки ротора ши роко используется при создании турбогенераторов фирмы
«Крафтверкунион». Так, все турбогенераторы мощностью более 800 МВт на 1500 об./мин. фирма изготовляет с водяным охлажде нием обмотки ротора, в том числе крупнейший турбогенератор для АЭС «Библис» мощностью 1200 МВт, 1500 об./мин. C 1970 г. на станции г. Киль успешно работает опытный турбогенератор
мощностью 300 МВт, 3000 об./мин. с водяным охлаждением об
мотки ротора. Охлаждающая вода проходит через аксиальные
ирадиальные каналы в роторе, поступает в водяные коллекторы
иоттуда через трубки из изоляционного материала и немагнит ной стали (рис. 2-25) — к медным соединительным элементам
(рис. 2-26) и виткам обмотки.
Пайка медного соединительного элемента и трубки из немаг
нитной стали производится в вакуумной печи при температуре
IOOOo С, пайка соединительного элемента с витком обмотки осу ществляется с помощью серебряного припоя при температуре
617° С.
Насос для прокачки охлаждающей воды находится непосред ственно на валу ротора (рис. 2-27). Этот же насос используется
для обеспечения циркуляции воды в обмотке статора. Для умень шения возможности коррозии бочки ротора в системе водяного
охлаждения предусмотрен палладиевый катализатор, позволя-
Рис. 2-24. Схема водяного охлажденияобмотки ротора турбогенератора ТГВ-500 завода «Электротяжмаш».
1 — подвод воды; 2 — слив.
ющий значительно снизить содержание кислорода, попадающего в охлаждающую воду при соприкосновении с атмосферным воз
духом в узле водоподвода к ротору.
В турбогенераторе фирмы «Броун Бовери» с полным водяным охлаждением обмотка ротора генератора многослойная. Электри ческие соединения и подвод воды осуществляются на внешней окружности лобовых частей обмотки. Водяной распределительный коллектор жестко прикрепляется к бандажному кольцу ротора и делится на четыре камеры — две напорные и две сливные.
На стороне, противоположной водоподводам, лобовые части об
мотки возбуждения выполняются концентрическими. Вода к рас
пределительному коллектору из центрального отверстия посту пает через радиальные водоподводящие трубки из нержавеющей стали. Трубки из изоляционного материала располагаются на уровне головок катушек.
56
В 1969 г. ЛЭО «Электросила» изготовлен и испытан опытный турбогенератор типа ТЗВ-60-2 с полным водяным охлаждением. Он имеет непосредственное водяное охлаждение обмоток статора
и ротора, а также водяное охлаждение активной стали статора, конструктивных элементов торцовой зоны, щеток и траверсы. Корпус генератора заполняется воздухом при атмосферном дав лении.
Рис. 2-25. Подвод и слив воды в роторе турбогенератора фирмы «Крафтвер-
кунион».
1 — подвод воды; 2 — водяной коллектор; З — изоляционная трубка; 4 — водоподвод; 5 — соединение водоподвода с витками; 6 — слив воды.
В опытном роторе принята самонапорная система водяного охлаждения (рис. 2-28). При помощи фасонного кольца, при
крепленного к упорному кольцу над отверстиями для нижних выводов катушек, образуется кольцевой коробчатый, открытый к валу напорный коллектор, куда свободно заливается охлаж дающая вода. Захватываемая вращающимся ротором вода посту
пает к нижним выводам катушек, центробежной силой прогоня ется по каналам проводников обмотки, вытекает из верхних
выводов катушки и по сливному кольцу, прикрепленному к упор ному кольцу над отверстиями для верхних выводов, выбрасы
вается в неподвижную сливную камеру.
57
Подвод охлаждающей воды в напорный коллектор осуществ
ляется через водоподводящее кольцо, герметически закрепленное к корпусу сливной камеры. В этом кольце для воды имеются аксиальные каналы, заканчивающиеся соплами, направляющими воду в коллектор в сторону вращения ротора. Водоподводящее кольцо имеет кольцевой гребень, образующий при вращении ротора центробежный водяной затвор, герметически отделяющий
камеру слива от внешнего воздуха. Как показали исследования,
центробежный водяной затвор исключает поступление внешнего воздуха в камеру слива и попадание влаги на статор.
Поддержание заданного уровня воды в напорном коллекторе
достигается при помощи скребкового трубчатого приемника, уста
|
|
|
|
навливаемого внутри |
напорно |
||
|
|
|
|
го коллектора, через который |
|||
|
|
|
|
излишек воды, подаваемой в ро |
|||
|
|
|
|
тор, |
сливается |
отдельной |
|
|
|
|
|
струей. |
2-29 приведены диа |
||
/ |
|
|
|
На рис. |
|||
|
|
|
|
граммы давления воды в кана |
|||
|
|
|
|
лах |
катушек ротора |
опытного |
|
Рис. 2-26. Соединение |
водоподвода |
генератора. |
При самонапорной |
||||
на немагнитной стали |
с витком об |
системе полезный центробежный |
|||||
мотки возбуждения. |
|
напор накапливается постепен |
|||||
|
|
|
|
но при переходе от витка к вит |
|||
|
|
|
|
ку и сразу же расходуется на |
|||
сопротивления |
ближайшего |
|
преодоление |
гидравлического |
|||
витка. |
Высокий суммарный полез |
||||||
ный напор воды |
определяет |
минимальное число параллельных |
|||||
цепей охлаждения и минимальное число водоподводов.
Водоподводы закреплены на бандажном узле, имеющем одну посадку на бочку ротора. C неподвижными узлами подвода и слива
они соединяются только через открытые струи воды, что устра няет трудности выполнения водоподводов, связанные со взаим ными перемещениями вала и бандажного узла.
При самонапорной системе отпадает необходимость в уплот нениях ввода воды в ротор, а также в защите вала от коррозии.
Скорость воды в каналах обмотки ротора составляет около 4.5 м/сек. Допустимость такой скорости в отношении эрозии подтверждается опытом завода «Электросила».
Более 9 лет в эксплуатации находится опытный ротор турбо
генератора мощностью 50 MBA и около 5 лет — мощностью
235 MBA; скорость воды в каналах обмотки этих турбогенера торов 4—4.5 м/сек. После шестилетней эксплуатации ротора
турбогенератора 50 MBA для контроля были сняты бандажи
и разрезано несколько проводников на углах и в других местах катушек. Никаких следов коррозии и эрозии проводников и на конечников не было обнаружено.
58
В более мощных турбогенераторах скорость воды в каналах обмотки ротора будет достигать 7—8 м/сек. Для проверки до пустимости такой скорости был построен стенд, на котором в те
чение ряда лет испытывались проводники, наконечники и изоля ционные водоподводы при скорости воды в каналах до 12.5 м/сек. и температуре 70—80° С. Никаких нарушений в каналах провод
ников и деталей пока не обнаружено; толщина вымытого слоя меди составляет менее 1 мк в год.
Отсутствие разрушений кавитационного типа объясняется уме
ренной скоростью и избыточным давлением воды в каналах.
Для исключения кавитации при самонапорной системе необхо
димо исключить возможность возникновения пониженного давле
ния в каналах (разрежения), которое может возникнуть в начале переходов от витка к витку. Величина центробежного давления,
образующегося в переходах от витка к витку в роторе cn=3000 об./мин., может быть представлена формулой:
^np = θ∙l¼ιp^cp> |
(2.1) |
59
где hup — радиальная высота изолированного проводника, см,
√jcp — средний радиус вращения перехода, см.
Давление, образующееся в переходах, возрастает пропор ционально радиусу вращения перехода. При отсутствии началь ного запаса давления для компенсации суммы разностей прироста давления во всех переходах в начале переходов возникает разре-
Рис. 2-28. Конструктивная схема охлаждения обмотки ротора.
1 — фасонное кольцо; 2 — упорное кольцо; з — нижние выводы катушек; 4 — тело ро тора; S — катушки обмотки ротора; S — верхние выводы катушек; 7 — сливное кольцо; 8 — сливная камера; 9 — водоподводящее кольцо; 10 — сопло; 11 — кольцевой гребень; 12 — лабиринтное уплотнение.
жение и возможна кавитация. Во избежание этого давление,
создающееся к началу первого витка, должно быть не менее
Сна, ≥ 0.1⅛ (wk - 1), |
(2.2) |
где Wk — число витков в цепи охлаждения.
Создать такое давление не представляет трудностей. В опыт ном роторе начальное давление составляет 12.7 кГ/см2, а давле ние, необходимое для исключения разрежения, должно быть не ниже 1.53 кГ/см2.
Общая мощность, затрачиваемая на прохождение воды через обмотку ротора, состоит из полезной (насосной) мощности, затра чиваемой на преодоление гидравлического сопротивления цепей,
(2.3)
гДе Gi — расход воды через ротор, кг/сек., а также из потерь энергии на угловое ускорение воды и ее выброс из ротора на
60
большом радиусе вращения. Наибольшая мощность потерь мо-
жет составить |
1 |
|
(2-4) |
||
где |
*2∏— 102 |
|
|||
|
|
|
(2.4) может быть сущест- |
||
Мощность потерь на выброс воды |
|||||
венно снижена. При подаче воды по |
направлению вращения |
Ca |
|||
может |
быть уменьшено при |
, |
i20 - |
|
|
мерно |
на величину полезно- |
|
|
|
|
го давления внешнего насо- |
' |
|
|
|
|
са. Значительное снижение потерь может быть получено также сливом воды по каса тельной в сторону, противо
положную направлению вра
щения ротора.
При рассмотрении роторов с самонапорной системой во
дяного охлаждения устано влено, что мощность, затра чиваемая на движение воды,
составляет около 0.05% но минальной. Если такую же обмотку охлаждать с пода чей и сливом воды через вал от внешне установленного насоса, то мощность, потре бляемая его двигателем, бу
дет практически такой же,
что и мощность, потребляе мая с вала ротора при са монапорной системе.
N2l3!⅜lilffl7 NtSum'κa
Sepxn. I [
Ш\ІѴ
Рис. 2-29. Диаграмма давления воды в каналах ротора.
1 — при самонапорной системе; 2 — при по даче воды из вала к нижнему витку и сливу из верхнего витка; з — то же, но при подаче к верхнему витку и сливу из нижнего; I — напорный коллектор; II и III — изоляцион
ная трубка; ТУ — сливной коллектор.
Существенное уменьшение мощности, затрачиваемой на дви-
жение воды через ротор, при сохранении обмоточных данных возможно только за счет создания низконапорной системы охлаждения с большим числом параллельных цепей охлаждения и водоподводов, с подачей и сливом воды через вал.
52-. ВНЕШНИЕ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
На рис. 2-30 приведена схема водяного охлаждения турбоге нераторов с водяным охлаждением обмоток статора и ротора
фирмы «Крафтверкунион». Для обеспечения циркуляции дистил лята в цепях водяного охлаждения обмоток статора и ротора
61
на валу ротора имеется насос из нержавеющей стали. Вода из резервуара с помощью насоса через охладители и фильтры по дается в обмотки статора и ротора. При неподвижном роторе
вода подается в цепи охлаждения от небольшого вспомогатель ного насоса.
Насос на валу ротора, камеры подачи и слива воды образуют
узел водоподвода (рис. 2-27), который выполняется из нержаве-
Рис. 2-30. Схема водяного охлаждения турбогенераторов фирмы «Крафтверкунион».
1 — водяной резервуар; 2 — насос; з — насос для работы при неподвижном роторе; 4 — охладитель; 5 — фильтр; 6 — ионообмен ный аппарат; 7 — камера для сбора утечек воды; 8 — насос; 9 — палладиевый катализатор.
ющей стали. Все уплотнения вала — уплотнения лабиринтного
типа с увеличенными радиальными зазорами.
Уплотнения вала являются ответственным узлом системы во дяного охлаждения, так как в них из-за имеющихся утечек про
исходит насыщение дистиллята кислородом и углекислым газом.
Для поддержания минимального уровня содержания кислорода
и углекислого газа в дистилляте в системе имеется специальное, оборудование для их удаления из дистиллята, в котором исполь
зуется палладий в качестве катализатора.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
СЕРДЕЧНИК И КОРПУС СТАТОРА
31-. СЕРДЕЧНИК СТАТОРА
Наиболее тяжелой частью турбогенератора является сердеч ник статора. Поэтому для обеспечения возможности транспор
тировки генератора, снижения его веса и стоимости все фирмы
стремятся выполнить сердечник с таким расчетом, чтобы уровень магнитной индукции в частях сердечника был максимально высо ким. При создании сердечника ограничивающими факторами являются насыщение магнитной цепи, потери в сердечнике и до пустимый уровень вибрации. Хотя, как правило, индукция в зуб
цах сердечника принимается достаточно большой, потери в зуб
цах обычно |
не превышают 25% потерь сердечника в целом, |
а вес — 15% |
его веса. В машинах с водяным охлаждением об |
мотки это практически не вызывает трудностей при охлаждении рассматриваемой части машины. Когда пазы генератора выпол
няются относительно глубокими, растет величина н. с. для про ведения потока через зубцы, однако в современных турбогенера торах этот рост по сравнению с н. с. зазора не является сущест
венным. Однако желательно ограничить насыщение коронок зуб цов во избежание дополнительных потерь в верхних проводниках стержней обмотки статора из-за увеличения радиального потока
в пазу.
Основным фактором, определяющим выбор размеров ярма
сердечника статора в двухполюсных турбогенераторах, является обеспечение необходимой виброустойчивости сердечника. Одним из основных источников вибрации статора является магнитное тяжение полюсов ротора, которое в мощных турбогенераторах превышает 2 кГ/см2. Силы такой интенсивности при вращении ротора могут вызвать значительную вибрацию сердечника, даже если сердечник далек от резонанса.
Большинство фирм считает приемлемым уровень вибрации сердечника статора 50 мкм. Вибрация ниже этой границы приво дит к неоправданному увеличению веса статора. Так, для турбо генератора мощностью 500 МВт, 3000 об./мин. снижение вибра-
63