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

величина предела текучести цо максимальным тангенциальным

напряжениям на внутренней поверхности при разгонной скорости

достигнет 100 кГ/мм2. Хотя вес слитков бандажных колец для че­ тырехполюсных машин несколько больше, чем для двухполюс­ ных, однако понижение требования к механическим свойствам поковок делает проблему создания бандажных колец четырех­ полюсных машин более простой по сравнению с двухполюсными машинами той же мощности. Тем не менее для обеспечения бан­

Таким образом, проанализировав основные механические ха­ рактеристики поковок бандажных колец отечественного про­ изводства, представляет интерес рассмотреть требования к поков­ кам бандажных колец, которые используются в США (табл. 6-6).

Из табл. 6-6 следует, что в США требования к поковкам

Особо следует обратить внимание на высокий уровень требо­

ваний в США к механическим свойствам бандажных колец че­ тырехполюсных турбогенераторов. Такой уровень к показателям может быть объяснен тем, что, во-первых, скорость вращения

четырехполюсных машин в США равна 1800 об./мин. и, во-вторых, уже освоенные четырехполюсные турбогенераторы имеют мощ­

ность 1280 MBA.

В заключение необходимо кратко рассмотреть еще одну очень важную проблему для обеспечения надежной работы бандажных колец. Это — исключение возможности появления коррозийных

трещин, а также подгаров и растрескиваний. В [17] указывается,

132

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

БАНДАЖНЫЙ УЗЕЛ, ДЕМПФЕРНАЯ СИСТЕМА

71-. БАНДАЖНЫЙ УЗЕЛ РОТОРА

В настоящее время в мощных турбогенераторах применяется несколько разновидностей конструкции бандажного узла, отли­ чающихся способом крепления бандажа и типом центрирующего кольца. Применяются посадки бандажного кольца на бочку ротора,

на центрирующее кольцо и двухпосадочная конструкция.

Наиболее рациональной является консольная конструкция,

вкоторой бандажное кольцо крепится только на бочке ротора,

ацентрирующее кольцо не имеет посадки на вал. Эта конструкция

используется всеми ведущими электромашиностроительными фир­ мами для мощных турбогенераторов.

Сама конструкция с консольной посадкой бандажа имеет ряд разновидностей, отличающихся способом крепления бандажного кольца на бочке ротора. Основными видами крепления являются резьбовое соединение бандажного кольца с бочкой ротора и креп­ ления с помощью запирающих элементов. В настоящее время

находят применение оба вида крепления.

Резьбовое соединение в свою очередь имеет ряд разновидностей, отличающихся резьбовыми элементами. Ряд иностранных фирм

применяет непосредственное навинчивание бандажного кольца

на бочку ротора, при этом улучшаются или полностью исключа­ ются переходные сопротивления для замыкания вихревых токов. Крепление с помощью запирающих элементов предусматривает

наличие в бандажном кольце и бочке ротора кольцевых канавок, в которые и вводятся запорные элементы (кольца, сегменты и др.).

Известно большое количество запирающих элементов, их вид

в мощных турбогенераторах не нашла широкого применения.

После длительной эксплуатации при отставленном бандажном кольце наблюдались изломы верхнего витка в месте его располо­

жения между бочкой ротора и бандажным кольцом.

134

В настоящее время ведутся работы по применению для изго­ товления бандажных колец титановых сплавов, обладающих та­

кой же прочностью, как сталь, но значительно более легких

(в 1.7 раза).

Наиболее перспективной для турбогенераторов мощностью 1000 МВт и более является конструкция с уменьшенным диамет­ ром бандажного кольца, полученным за счет отгиба лобовых час­ тей обмотки возбуждения к валу, с непосредственной посадкой бандажного кольца на бочку ротора.

72-. ДЕМПФЕРНАЯ СИСТЕМА РОТОРА

Демпферная система ротора в турбогенераторах образуется клиньями, удерживающими в пазах обмотку ротора. Кроме того, в турбогенераторах большой мощности используется специальная демпферная обмотка, укладываемая в пазы под клинья ротора.

Проводимость материала клиньев значительно больше прово­ димости материала зубцов, поэтому основная часть вихревых токов, наводимых в роторе в несимметричных режимах работы, будет протекать по клиньям. В современных типах турбогенера­ торов клинья по длине ротора разделены, в результате в местах раздела вихревые токи из клиньев переходят в зубцы ротора, что может вызвать в некоторых случаях местные перегревы.

Для повышения термической стойкости ротора в несимметрич­ ных режимах фирма «Крафтверкунион» клинья ротора изготов­ ляет из бронзы с пределом текучести 70—75 кГ/мм2, длиной 0.5— 1.0 м. Проводимость материала клиньев составляет примерно

1/3 проводимости меди. В некоторых случаях по требованию

заказчика клинья серебрят для улучшения контакта с зубцами ротора.

При отсутствии специальной демпферной системы вихревые токи на торцах ротора замыкаются через бандажное кольцо. По­ этому многие фирмы применяют серебрение контактных поверх­

ностей в этой зоне как бочки ротора, так и внутренней поверх­ ности бандажного кольца. В большинстве случаев серебрение осуществляется методом распыления с помощью специальной

переносной установки.

Для турбогенераторов большой мощности демпферная сис­ тема, образованная клиньями ротора, является недостаточной для обеспечения необходимой термической стойкости ротора в несимметричных режимах. Поэтому ведущие фирмы переходят

на применение специальных демпферных обмоток на роторе.

Американская фирма «Дженерал Электрик» в крупных турбо­

генераторах применяет демпферную обмотку длиной 0.5 м в па­ зовой части, демпферная обмотка замыкается короткозамыкаю-

щим кольцом под бандажом. Клинья ротора этой фирмой выпол­ няются из дюралюминия, концевые — из немагнитной стали.

135

Для улучшения формы магнитного поля в зазоре клинья в пазах, ближайших к большому зубу, выполняются из магнитной стали.

Для двухполюсных турбогенераторов мощностью 1280 MBA

и более, а также четырехполюсных мощностью 1440 MBA и более

на роторе.

Фирма «Броун Бовери» применяет также полную демпферную обмотку на роторе в турбогенераторах мощностью 300 МВт и бо-

1 2

Рис. 7-3. Демпферные полосы в торцовой части ротора фирмы «Альстом».

1 — клин; 2 — первый стык между клиньями; з — массив ротора; 4 — торец бочки ротора.

лее, которая закладывается во все пазы, включая пазы в большом зубе (рис. 7-1). В зоне большого зуба заполнение всех проме­

жутков под бандажом обеспечивается припайкой дополнительных полос. Пазы большого зуба закрыты магнитными клиньями, ос­

136

тальные пазы — клиньями из немагнитного материала, одинако­

вого по всей длине.

В турбогенераторах фирмы «Альстом» демпферная обмотка

щения демпферной обмотки на большом зубе на нем имеются спе­ циальные пазы небольшой глубины. В торцовых частях ротора полосы демпферной обмотки замыкаются бандажным кольцом

(рис. 7-3). Медные полосы под бандажным кольцом отгибаются в разные стороны. В результате образуются две взаимно пере­ крывающиеся системы шин, которые при вращении ротора при­

жимаются одна к другой и к бандажному кольцу. Крайние клинья

серебрятся.

Фирма «Крафтверкунион» для генераторов большой мощности предполагает применить демпферные полосы по всей длине ро­ тора вблизи краев большого зуба для разгрузки ротора от вихре­ вых токов в несимметричных режимах.

37.- ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ РОТОРА В НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМАХ

Подробные исследования термической стойкости ротора были выполнены фирмой «Альстом» [50]. Исследования проводились на турбогенераторе мощностью 250 МВт, 3000 об./мин. в режимах

установившегося двухфазного короткого замыкания при отно­ шениях IiHn от 0.055 до 0.20, а также при форсировке возбужде­ ния с замкнутыми накоротко двумя фазами статорной обмотки. Измерения нагревов элементов ротора производились с помощью 75 термопар, установленных на бочке ротора и демпферной об­

мотке.

На рис. 7-4 приведена зависимость превышения температур

от (∕3∕∕b)2. Как следует из данных исследований, наибольший перегрев происходит в демпферной обмотке вблизи центра полюса.

Разность температур ротора у края поперечных канавок и около

их центра не превышает 10° С. Максимальная разность темпера­ тур между ротором и бандажным кольцом находится в пределах

Ho С.

На рис. 7-5 показаны зависимости превышения температур

от времени для различных значений (∕2∕∕u) Для термопары, нахо­ дящейся на демпферной обмотке между бандажным кольцом и бочкой ротора на оси полюса. По данным исследований, было получено, что для турбогенератора мощностью 250 МВт, 3000 об./мин. термическая стойкость ротора характеризуется критерием (∕2∕∕u)2 i=10.

После проведения исследований при осмотре ротора были

обнаружены мелкие выгорания диаметром порядка 1 мм на кон­

тактных поверхностях между клиньями и демпферными полосами,

137

а также между демпферными полосами и прокладками под бандаж­ ное кольцо. Кроме того, было установлено, что в этих местах кон­ такты не были достаточно совершенными.

ЛЭО «Электросила» и ВНИИЭ [44] были проведены подробные исследования турбогенератора мощностью 60 МВт, 3000 об./мин. в несимметричных режимах. Исследования проводились с по­ мощью 40 медпогкоистаитаповых термопар, расположенных в 20,

50 и 150 мм от торца бочки равномерно по зубцам и клиньям

по полуокружности. Определение установившихся нагревов про-

водилось в режиме двухфазного ко­ роткого замыкания вплоть до токов Z2=O-I I11. Нагревы элементов тор­

цовых зон ротора ’в кратковремен­

ных несимметричных режимах иссле-

Зависимости получены при, условии, что наибольшая темпе­ ратура клиньев при кратковременных несимметричных режимах ограничивается 200o С.

Распределение температуры вдоль концевого дюралюминиевого

Ili

Осмотр турбогенератора мощностью 60 МВт при снятых бан­ дажах показывает, что принятая во время испытаний в качестве

предельно допустимой температура до 200° G является занижен­ ной.

Обширные исследования термической устойчивости роторов

в несимметричных режимах были выполнены фирмой «Дженерал Электрик» (США). По результатам исследований, проведенных

138