Файл: Глебов, И. А. Научные проблемы турбогенераторостроения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 0
раторов. Кроме того, массивные элементы подшипников приб
лижаются к лобовым частям обмоток, что может вызвать мест
ные нагревы в элементах подшипников.
35-. ШУМЫ
В связи с непосредственным влиянием шума турбоагрегатов на персонал, эксплуатирующий и ремонтирующий машины, эта проблема становится все более важной при разработке и создании турбогенераторов. Этим обстоятельством объясняется то, что
в 1971 г. этой проблеме было уделено особое внимание на засе дании научно-исследовательского комитета «Вращающиеся элек трические машины» международной энергетической организации
СИГРЭ в г. Баден-Бадене (ФРГ).
Основными составляющими в шуме турбогенераторов явля
ется шум с частотой 50 Гц (60 Гц), обусловленный вращением ге
нераторов, и шум с частотой 100 Гц (120 Гц), создаваемый маг нитными силами. Воздействие магнитных сил сопровождается вибрацией сердечника статора, его обмотки и корпуса статора. Интенсивность вибраций, а следовательно, и шума зависит от величин магнитной индукции, плотностей тока и конструкции статора машины, в особенности от монолитности сердечника.
Во время дискуссии проблем шума указывалось, что, помимо шума, обусловленного магнитными силами и вращением главной
машины, существенными источниками шума являются: возбуди тельный агрегат, щеточно-контактный аппарат, вентиляторы кон
тактных колец. Поэтому для снижения уровня шума от этого оборудования обычно применяются звукопоглощающие кожухи.
Дискуссия показала, что уровень шума зависит главным
образом от скорости машины и величины магнитной индукции.
Нагрузка машины, по-видимому, оказывает сравнительно не большое влияние на уровень шума. Разные точки зрения выска зывались по вопросу о том, существует ли связь между уровнем шума и мощностью турбогенератора. Одни специалисты считают,
что такой зависимости нет, другие . утверждают, что такая за висимость существует. В частности, указывалось, что уровень шума турбогенератора может быть определен по формуле:
= (10 ÷ 15) Ig(AfWi)-I-X, дб.
По мнению зарубежных специалистов, одной из наиболее сложных проблем при сдаче турбогенераторов заказчиком по
степенно начинает становиться проблема допустимого уровня шума. Хотя еще и нет международных стандартов по уровню допустимых шумов турбогенераторов, тем не менее многие зарубежные фирмы начинают ориентироваться на уровень шума около 90 дб.
В зависимости от конструкции турбогенератора уровень шума может изменяться в пределах 10—15 дб. Дальнейшее снижение уровня шума на 10—15 дб может быть достигнуто за счет исполь зования звукопоглощающих кожухов у главной машины.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ОБМОТКА СТАТОРА И ЕЕ КРЕПЛЕНИЕ
14-. СХЕМЫ ОБМОТОК СТАТОРА.
Современные турбогенераторы большой мощности выполня ются с трехфазными двухслойными симметричными обмотками статора петлевого типа с 60-градусной зоной. Как правило, со кращение шага обмоток принимается равным около 5/6 полюсного
деления для снижения 5 и 7-й гармонических н. с.
При целом числе пазов на полюс и фазу q двухполюсные турбо генераторы с такой обмоткой могут быть выполнены с одной или двумя, а четырехполюсные — также и четырьмя параллельными ветвями. Обмотки с дробным числом (для двухполюсных турбо генераторов gr=0+1∕2, где b — целое число) в настоящее время распространения не получили. Такие обмотки могут выполняться только с одной параллельной ветвью, и в кривой н. с. статора при сокращении шага будут иметь место значительные четные
гармонические поля.
В последнее время с целью снижения объема тока в пазу и свя
занных с ним электромагнитных усилий, действующих на стержни, для турбогенераторов большой мощности рассматривается при менение ряда других схем обмотки статора.
Для турбогенератора мощностью 1200 МВт, 3000 об./мин. ЛЭО «Электросила» предполагается [5] применение шестифазной обмотки статора, состоящей из двух независимых трехфазных систем, сдвинутых относительно друг друга на 30 эл. град. Об
мотка является двенадцатизонной. Преобразование шестифазной системы в трехфазную может быть осуществлено с помощью трех
обмоточного трансформатора, две первичные обмотки которого
имеют соединения в звезду и треугольник, а также трансформа
торной группы из двух трехфазных на половинную мощность или трех однофазных трехобмоточных трансформаторов.
Как показывает анализ [43], в кривой н. с. шестифазной, две надцатизонной обмотки будут иметь место высшие гармонические,
порядок которых определяется выражением
4 = 12n + l (n = l,2, ...), |
(4.1) |
т. е. И, 13, 23, 25 и т. п. гармонические.
77
Коэффициент распределения ѵ-й гармонической шестифазной
обмотки |
sɪɪɪɪ |
(4. 2) |
|
κv-> ~ ' |
VTt ’ |
||
|
isinI¾
где q — число пазов на полюс и фазу,
Коэффициент сокращения шага обмотки может быть выбран из условия ослабления 11 и 13 гармонических и будет близким к
10 |
И |
12 |
(4. 3) |
11 ’ |
12 |
или 13 • |
В результате за счет увеличения шага и лучшего коэффициента распределения может быть достигнуто повышение использования активного объема машины
‰6 6-фаз 0.9885 • 0.9914 0.9659 • 0.9545 =1∙ 062
ʌоб 3-фаз
Применение шестифазной обмотки в турбогенераторе мощ ностью 1200 МВт, 3000 об./мин. позволяет уменьшить объем тока
в пазу с 21.4 кА в турбогенераторе мощностью 800 МВт,
3000 об./мин. до 16 кА при одном и том же напряжении 24 кВ. При использовании турбогенераторов с шестифазной обмоткой статора усложняется система шин между генератором и трансфор матором, однако, учитывая, что при шестифазной системе шины выполняются на половинный ток, их стоимость [93] изменяется
мало.
Другим направлением, обеспечивающим снижение объема тока в пазу, является применение обмоток статора с повышенным чис
лом параллельных ветвей |
αj>2p. |
- |
(4.4) |
Для двухполюсных турбогенераторов такими будут |
обмотки |
||
с тремя или четырьмя, для четырехполюсных — с шестью парал лельными ветвями.
Обмотки статора двухполюсного турбогенератора с тремя и четырьмя параллельными ветвями, а также четырехполюсного турбогенератора с тремя параллельными ветвями являются не
симметричными.
Схемы несимметричных обмоток могут быть выполнены син фазными или с равными амплитудами эдс. Синфазные несимме тричные обмотки с тремя параллельными ветвями для двухполюс
ных турбогенераторов могут быть выполнены при числе пазов на полюс и фазу, кратном трем.
78
Схема обмотки (рис. 4-1) составлена таким образом, что парал лельные ветви выполняются в пределах каждой фазной зоны с че
редованием параллельных ветвей в одной (первой) фазной зоне
1-2—3 — 1-2—3 — 1-2-3
и в другой (четвертой)
3-2—1 — 3—2—1 —3—2-1.
При таком расположении параллельных ветвей по фазным зонам получаются синфазные обмотки с неравенством эдс по парал
лельным ветвям 1—3 |
(рис. |
4-2): |
|
|
|
E2=Umm, |
|
||||||||
где |
|
|
|
E1 = E3 = Umm c°s α, |
(4.5) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При среднем |
значении напряжения 24 000, |
В _ , |
,, РЧ |
||||||||||||
|
|
|
„ |
|
E1 + E2-]- E3 |
|
|
Umm |
|
„ |
|
||||
|
|
|
bcp =----------з---------- = —3— (1 + 2 cosa). |
(4.6) |
|||||||||||
E1 = E3 = |
23945 |
В, |
E2 = Umm = |
24110 В, |
и разница |
эдс по отно |
|||||||||
шению к |
|
|
0.45 |
0∕0. |
|||||||||||
ЕСў |
составит |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Синфазные обмотки |
при |
2р = |
2 |
и |
a1 = |
4 |
могут |
быть выпол |
|||||||
нены только |
при |
q, |
кратном |
четырем. |
В этом |
случае |
векторы па |
||||||||
зовых эдс одной фазной зоны могут быть |
разбиты на две ветви с |
||||||||||||||
одинаковым числом пазов, результирующие эдс которых совпа
дают по фазе. |
обмотки при |
2р = |
2 |
и |
a1 = |
4 |
может |
|
Выполнение синфазной |
|
|
|
|||||
быть показано на примере |
схемы обмотки |
статора |
при Z1 |
= 72 и |
||||
шаге 1—30. |
|
в |
одной |
(первой) |
фазной |
|||
При чередовании параллельных ветвей |
||||||||
зоне
1-2-3-4 - 1—2-3-4 - 1-2-3—4
и в другой (четвертой)
4—3-2-1 — 4-3—2-1 — 4-3-2—1
получается синфазная обмотка с неравенством эдс по параллель
ным ветвям 1,4 и 2,3. При этом
E1 Ei—Umm cos 2 ,
(4. 7)
а
Ea = E3= Umm cos —,
где
360 а— 72 — 5° •
79
Рис. 4-1. Схема обмотки при Z1= 54, α1= 3 , 2р
Среднее значение эдс
|
ŋ |
^макс (__ |
(4.8) |
|
Максимальная |
*cp — |
|
2 |
|
разница |
эдс по |
отношению к средней составит |
||
£.2 |
= 0. 38%. |
|
||
-ɛep
Схемы обмотки двухполюсного тур богенератора с четырьмя параллель ными ветвями при равных амплитудах
эдс и сопротивлениях в них могут быть
выполнены при четном q. Сдвиг по фазе
между двумя парами параллельных вет вей может быть небольшим при q >■ 6.
Для того чтобы эдс отдельных вет
вей были равны по амплитуде, векторы пазных эдс каждой из ветвей должны иметь все номера пазов, не повторяясь, и могут отличаться от векторов другой
ветви только индексами (при системе нумерации, согласно которой векторы
эдс, расположенные симметрично отно
сительно оси фазовой зоны, имеют оди наковые номера и отличаются индекса
ми) [43].
По данным фирмы «Дженерал Элек
трик», США [21], турбогенератор мощ ностью 1200 MBA, 3600 об./мин.
с Z1=48, α1=4 будет иметь разницу
іэдс холостого хода 1/8% и циркуляци онный ток при полной нагрузке менее
1% номинального тока.
Рис. 4-2. Векторная диа грамма обмотки, приведен ной на рис. 4-1.
42-. СТЕРЖНИ ОБМОТКИ СТАТОРА
Стержни статорной обмотки выполняются с двумя или четырьмя столбиками элементарных проводников. Конструкция стержней в известной мере зависит от принятой системы охлаждения об мотки статора. В мощных генераторах все фирмы начинают ис пользовать водяное охлаждение обмотки статора. C этой системой охлаждения американская фирма «Вестингауз», которая ранее
использовала водородное охлаждение в обмотке статора, изгото вила четырехполюсный турбогенератор мощностью 1300 MBA и
двухполюсный турбогенератор 800 МВт для ТЭС «Митчел».
Вода проходит по полым медным проводникам, которые, как правило, чередуются с медными проводниками сплошного сече-
β И. А, Глебов, Я. Б. Данилевич |
81 |