Файл: Глебов, И. А. Научные проблемы турбогенераторостроения.pdf

ции до 37.5 мкм увеличивает вес сердечника статора со 170 до

190 т.

Изгибные колебания сердечника обратно пропорциональны модулю упругости сердечника и кубу высоты спинки ярма. По­ этому эти два фактора в основном и определяют уровень вибрации сердечника статора.

их длительности, удельного давления, подогрева сердечника при

опрессовке.

Как показали проведенные исследования, существенного повы­ шения модуля упругости можно достигнуть путем склеивания листов стали в процессе сборки сердечника и последующего их запекания. Кроме того, склеивание листов сердечника является эффективным средством для предотвращения расслоений листов в случае ослабления опрессовки в зоне зубцов. По данным фирмы

«Парсонс», модуль упругости сердечника при этом достигает величины 1.4∙108 кГ/см2.

Английская фирма «Парсонс» производит склеивание листов сердечника, для чего с одной стороны каждого листа на кера­ мическую изоляцию наносится слой клея. При сборке произво­ дится регулярная подпрессовка сердечника. После сборки сер­ дечник нагревается до температуры полимеризации клея. Фирмы

«Дженерал Электрик» (США) и «Крафтверкунион» (ФРГ) кон­

цевые пакеты сердечника статора выпускают клеенными.

Всеми фирмами сердечник статора мощных турбогенераторов,

как правило, собирается из листов холоднокатаной ориенти­ рованной электротехнической стали толщиной 0.35—0.5 мм. Та­ кая сталь обеспечивает более низкие потери и большую магнит­ ную проницаемость в направлении прокатки. Однако для этой стали модуль упругости вдоль проката оказывается существенно ниже. Поэтому, учитывая, что потери в стали составляют не более 10% общих потерь в машине, представляется целесообраз­ ным штамповать сегменты сердечника статора таким образом, чтобы магнитный поток в спинке проходил поперек проката.

Английская фирма «Дженерал Электрик» для сердечника

статора двухполюсных турбогенераторов использует холоднокатан-

ную изотропную легированную электротехническую сталь тол­ щиной 0.35 мм с содержанием кремния 3%. Анизотропная холодно­

катаная сталь используется этой фирмой только для четырех­ полюсных турбогенераторов. Несколько ранее фирма применяла для сердечников горячекатаную сталь. Однако холоднокатаная

сталь обеспечивает меньшие допуски по толщине сегментов и луч­ шую отделку поверхности. В результате достигается большая монолитность сердечника и меньший уровень шума.

64

Изоляция листов стали большинством фирм выполняется с помощью лака; английские и японские фирмы для этой цели

используют керамическую изоляцию или изоляцию на основе каолина (наполнитель) и органического связующего. На заводах фирмы «Дженерал Электрик» листы стали покрываются лаком один раз. Качество лакировки сегментов проверяется на специаль­ ном устройстве; критерием служит величина тока, протекающего

между электродами при приложении между острым и тупыми электродами напряжения, равного 0.5 В. На фирме «Крафтвер-

кунион» сегменты сердечника изолируются высокопрочной бума­ гой повышенной теплостойкости толщиной 0.02 мм. Общая тол­

щина изоляции, включая клей, равна 0.025 мм.

Листы сердечника крепятся на клиньях-призмах, которые некоторые фирмы изготовляют латунными («Дженерал Электрик»,

Англия, «Аллис-Чалмерс», США) или бронзовыми (СЕМ, Фран­

ция). Фирма «Жемон-Шнейдер» и CEM сборку сегментов стали сердечника производят на немагнитных круглых стяжных шпиль­ ках, изолированных бакелитом. Фирма «Крафтверкунион» сер­ дечник собирает на изолированных болтах. Призмы, на которых собираются сегменты сердечника, фирма «Броун Бовери» по тор­ цам замыкает медными кольцами, что обеспечивает уменьшение

нагрева корпуса до 10°.

Активная сталь сердечника в турбогенераторах фирмы «Аль­

стом» обычно прессуется без подогрева при давлении 10—12 кГ/см2

спредварительной подпрессовкой через каждые 30—40 см. Аме­ риканская фирма «Дженерал Электрик» при запрессовке сердеч­ ника статора устанавливает давление 14—21 кГ/см2. Прессовку производит с помощью гидравлического пресса. Фирма «Крафт­ веркунион» прессовку производит пакетами через 10 см при давлении до 20 кГ/см2, остаточное давление — 10 кГ/см2. В про­ цессе сборки сердечник несколько раз нагревается до темпера­ туры 90—95°, что позволяет повысить его жесткость. Англий­

ская фирма «Дженерал Электрик» прессовку производит также

спомощью гидравлического пресса. На половине высоты сердеч­ ника производится его нагрев магнитным полем и выдержка под давлением в нагретом состоянии в течение 24 час. Такая же опе­ рация повторяется после окончания сборки сердечника.

Важным является выбор ширины полки таврика вентиля­

применяются две распорки на зубец и две на паз. Максимальное расстояние между распорками, а также распоркой и краем листа в зоне зубца не превышает 25—32 мм, в зоне спинки 50—56 мм. Ширина таврика распорки выбирается равной примерно 10 мм.

Контроль качества сердечника фирма «Крафтверкунион» осу­ ществляет с помощью намагничивающих витков при индукции

1.4 Тл. Нагрев сердечника измеряется на ощупь и термопарами. Сердечник считается удовлетворительным, если разность темпе­ ратур не превышает 5—6° С. Американская фирма «Дженерал Электрик» испытание сердечника статора на потери, как правило,

не производит. Исключение составляют опытные образцы, а также

серийные машины в том случае, если при сборке сердечника были отмечены какие-либо отклонения от нормы.

Для уменьшения шума важным является исключение взаим­ ного перемещения сердечника и призм. C этой целью призмы к сердечнику прижимаются с помощью специальных болтов, устанавливаемых с задней части призм (фирма «Дженерал Элект­

рик», Англия). Фирма «Крафтверкунион» применяет легкие кольца, к которым привариваются призмы, специальными раз­

резными кольцами, стягиваемыми болтами. Разрезные кольца соединяются между собой с помощью планок, к последним при­ крепляются пружины упругой подвески. После затяжки разрез­

ные кольца привариваются к охватываемым их легким кольцам.

23-. КРАЙНИЕ ПАКЕТЫ И НАЖИМНАЯ ПЛИТА СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА

Для уменьшения добавочных потерь и нагревов в торцовой зоне статора зарубежными фирмами проводятся работы по усо­ вершенствованию системы охлаждения торцовой зоны, локали­ зации потерь в специально установленных интенсивно охлаждае­

мых элементах, замене магнитных элементов на немагнитные,

установке экранов, расщеплению зубцов крайних пакетов и на­

жимных пальцев, выбору конфигурации крайнего пакета и на­ жимной плиты, обеспечивающей оптимальный вход потока рас­

сеяния (ступеньки, скос).

Для улучшения охлаждения при использовании радиальной

системы крайний пакет делится на пакеты меньшей ширины по сравнению со средней частью. На поверхности крайнего пакета нажимной плиты и экрана устанавливаются трубки с охлаждаю­

щей жидкостью.

При аксиальной системе вентиляции на нажимную плиту возлагается функция водораспределительного коллектора (фирма

«Броун Бовери»),

Для уменьшения потерь во всех современных конструкциях крайние пакеты выполняются с плавным или ступенчатым скосом.

В настоящее время нет единого, принятого всеми турбогене­ раторостроителями, конструктивного решения торцовой зоны гене­ ратора. В одних конструкциях устанавливаются электромагнит­ ные экраны, в других — магнитные шунты, а в ряде конструкций

роль экранов или шунтов выполняет нажимная плита. В мощных

• зарубежных турбогенераторах экраны устанавливаются снаружи

’■66

Фирма «Дженерал Электрик» (Англия) на турбогенераторе мощностью 300 МВт провела экспериментальное исследование влияния различного конструктивного исполнения нажимной

плиты сердечника статора (рис. 3-1). Результаты исследований

Испытания показали, что при выполнении нажимной плиты и пальцев из немагнитного чугуна и применении медного экрана

(рис. 3-1, в) снизились нагревы элементов торцовой зоны и умень­

шились потери на 80 кВт по сравнению с конструкцией, в которой применяется магнитная нажимная плита, немагнитные пальцы

имедный экран (рис. 3-1, б).

Втурбогенераторах фирмы «Вестингауз» применяется магнит­ ный шунт, выполненный ступенчатым со значительным скосом.

Установка такого шунта снижает величину потока рассеяния,

входящего в нажимную плиту и крайний пакет, при этом несколько

кунион» (ФРГ) вся нажимная плита покрывается медным экраном.

По краям экрана и плиты делаются прорези для снижения потерь

инагревов. В четырехполюсных машинах мощностью 800 МВт

иболее для защиты нажимной плиты применяются магнитные

шунты, крепящиеся к нажимной плите с помощью нажимных болтов. В последнем случае нажимная плита выполняется маг­ нитной; четыре крайних пакета имеют уменьшенную толщину

20—25 мм вместо 60—65 мм в середине сердечника. Под таврики высотой 3 мм прокладываются прокладки, которые ставятся также и под пальцы.

Исследования, выполненные одним из авторов настоящей книги, показали, что при наличии радиального вентиляционного

канала, совпадающего со ступенчатым изменением зазора в зоне

5* 67

крайнего пакета при переходе от одной ступеньки к другой,

величина торцового магнитного потока на поверхности пакета

оказывается больше соответствующего поля, когда радиальный канал находится посередине ступеньки. Это приводит к увеличе­ нию потерь в крайних пакетах.

Для крайнего пакета, выполненного ступенчатым, характерно неравномерное распределение основного магнитного поля вдоль

Рис. 3-1. Конструкция нажимной плиты сердечника статора (фирма «Дженерал Электрик», Англия).

а — плита из немагнитного чугуна, алюминиевый экран толщиной 9.5 мм; б — магнитная плита, немагнитные пальцы, медный экран толщиной 12.7 мм; в — плита и пальцы из немагнитного чугуна, медный экран толщиной 12.7 мм.

длины ступенек, приводящее к более резкому затуханию напря­

женности торцового магнитного поля, проникающего в крайние пакеты. Если выровнять распределение основного поля путем

выполнения более длинных (в аксиальном направлении) ступенек, то будет наблюдаться более глубокое проникновение торцового

поля с меньшей величиной и, таким образом, более равномерное распределение потерь в крайнем пакете.

Фирма «Броун Бовери» приняла два варианта исполнения

крайних пакетов сердечника. Для турбогенераторов мощностью до 600 МВт крайние пакеты выполняются ступенчатыми; на турбогенераторах мощностью 300 МВт делается 6 ступенек высо­ той 5 мм и шириной 10—15 мм. Нажимная плита и пальцы вы­

полняются из немагнитной стали и представляют единое целое как по радиусу, так и по окружности. В турбогенераторах мощ-

68

ностыо 600 МВт и более крайние пакеты выполняются скошен­ ными, угол скоса пакетов 22° к вертикальной оси. При этом скошенные пакеты являются одновременно нажимными плитами.

Специальные исследования показали, что изготовление сер­ дечника статора турбогенератора мощностью 1200 МВт, 3000 об./мин. с углом скоса 30° и длиной, равной высоте крайнего пакета, при угле скоса, равном 0, позволит снизить удельные

потери в зубцовой зоне от собственных полей лобовой части обмотки статора приблизительно с 13—22 Вт/кг до 0.7—1.8 Вт/кг, т. е. в 12—19 раз, а суммарные потери в сердечнике — прибли­

зительно в два раза.

C целью максимального использования преимуществ скошен­ ного крайнего пакета шихтовку стали в наклонной части следует производить с меньшим коэффициентом заполнения (до 0.5) по

сравнению с коэффициентом заполнения для пазовой части.

В последнем случае потери в крайнем пакете уменьшаются при­ близительно в 6 раз при одновременном уменьшении расхода материалов. Выбор оптимального угла скоса зависит от конструк­ тивного исполнения генератора и связан с длиной скошенной

части. Расчеты показывают, что целесообразная длина в скошен­ ной части должна быть меньше kγ τ, где kγ — коэффициент укоро­

чения при угле скоса 30—40°.

В настоящее время все турбогенераторы большой мощности выполняются с прорезью в зубцах крайнего пакета, что позво­ ляет снизить местные потери и нагревы в крайнем пакете. В турбо­ генераторах фирмы «Крафтверкунион» в концевых пакетах вы­ полняются прорези, высота которых составляет 5/6 высоты паза. Для исключения вибраций крайних пакетов в прорези заклады­ вается стеклокартон. Такой же шлиц делает и фирма «Броун Бовери».

Для снижения местных нагревов крайнего пакета фирма

«Дженерал Электрик» (Англия) рассечку пакетов производит по всей высоте зубца. Для уменьшения потерь в зубцах фирма

«Дженерал Электрик» (США) выполняет 2 или 3 прорези (шлица) по ширине зубца с высотой, равной высоте зубца. C целью повы­

шения механической устойчивости зубцов делают очень узкие прорези, сегменты крайнего пакета шихтуются таким образом,

чтобы прорези в следующих друг за другом слоях не совпадали. Исследования распределения местных потерь в крайних сег­ ментах сердечника показали, что основная доля потерь в крайних сегментах приходится на коронку зубца. Распределение потерь вдоль высоты зубца в различных сечениях по ширине носит

неодинаковый характер. Если потери по стенке паза и щели убы­ вают по высоте зубца, то потери по ширине, наоборот, возрастают

в области дна паза. При высоте шлица, равной высоте паза,

имеет место значительное возрастание потерь посередине зубца и по дну паза.

R9