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

водородного охлаждения обмоток (ТГВ-200 и ТГВ-300), водород­ ного охлаждения обмотки ротора и водяного охлаждения обмотки статора (ТВВ-200-2, ТВВ-320-2 и ТВВ-500-2), водяного охлажде­ ния обмоток статора и ротора (ТГВ-500), масляного охлаждения

обмотки статора и водяного охлаждения обмотки ротора (ТВМ-300).

В-3. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Создание турбогенераторов большой мощности является слож­

ной инженерной задачей, для выполнения которой необходимо проведение большого объема опытных работ и решение ряда слож­

ных инженерных проблем.

При создании турбогенераторов на 3000 об./мин. основными научно-техническими проблемами являются:

создание крупногабаритных поковок необходимой прочности для бандажных колец и роторов с диаметром бочки 1350—1400 мм

и длиной до 11 м; разработка более эффективных систем охлаждения, обеспечи­

вающих требуемую перегрузочную способность и тепловую устой­ чивость при несимметричных и асинхронных режимах;

разработка новых конструктивных решений на основе использо­ вания специальных схем соединения обмотки статора (много­ параллельные ветви, многофазные системы) и выноса ее в зазор;

создание новых материалов и конструкций высоковольтной изоляции, позволяющих увеличить напряжение на обмотке ста­ тора до 30—32 кВ; разработка более совершенных методов крепле­ ния статорной обмотки в пазово-лобовых частях на основе ис­

пользования новых синтетических материалов;

создание новых конструктивных решений узлов турбогенерато­ ров с уменьшенными местными потерями и нагревами; разработка уточненных методов расчета электромагнитных полей, потерь и нагревов;

создание новых средств повышения виброустойчивости турбо­ генераторов;

разработка уточненных методов расчета напряженного состоя­ ния и вибро-механических характеристик узлов и элементов турбо­

генератора, а также валопровода турбоагрегата в целом;

разработка и создание надежных конструкций токоподвода к обмотке ротора;

создание новых методов и аппаратуры автоматического кон­ троля теплового и вибрационного состояния турбогенератора, а также защитных устройств и др.

Основной проблемой при создании мощных четырехполюсных

турбогенераторов является изготовление роторов большого веса, производство поковок для которых еще не освоено металлургиче­

ской промышленностью. Поэтому при разработке перспективных

12

ГЛАВА ПЕРВАЙ

ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ

Рост единичных мощностей турбогенераторов в основном осу­

ществляется за счет более интенсивного использования активных

материалов, что приводит к изменению всех основных параметров

Основные данные об изготовленных и проектируемых турбо­ генераторах большой мощности, приведенные в табл. В-5 и В-6,

показывают, что до настоящего времени с ростом единичной мощ­

ности имел место рост номинальных напряжений турбогенерато­ ров (рис. 1—1). По-видимому, эта тенденция сохранится в ближай­ шем будущем. Стремление повысить номинальное напряжение генераторов с ростом их мощности связано с желанием удешевить и упростить конструкцию шинопровода и другой аппаратуры. Однако одновременно с повышением напряжения значительно снижается использование активного объема генератора, увеличи­

вается его стоимость. При прочих равных условиях с повышением

напряжения генератор приходится выполнять с большим числом пазов статора. Учитывая, что с повышением напряжения одновре­ менно увеличивается толщина изоляции обмотки статора, за­ полнение активного объема генератора ухудшается, а электромаг­ нитные нагрузки повышаются. Создание же корпусной изоляции

уменьшенной толщины на повышенное напряжение представляет

собой исключительно сложную научно-техническую задачу. В ре­ зультате фирмы стремятся выполнять турбогенераторы на воз­ можно более низкое напряжение обмотки статора. В настоящее время максимально достигнутое напряжение обмотки статора составляет 26 кВ для двухполюсных турбогенераторов (напри­ мер, турбогенератор мощностью 815 МВт фирмы «Дженерал

14

Электрик», США) и 27 кВ для четырехполюсных турбогенерато­ ров (турбогенератор мощностью 1200 МВт фирмы «Крафтверкунион», ФРГ).

C ростом единичных мощностей турбогенераторов увеличи­

вается также объем тока в пазу. В современных типах турбогене-

Рис. 1-1. Изменение номинального напряжения турбо­

генераторов в зависимости от мощности.

раторов объем тока в пазу достиг 20—21 кА. Увеличение объема тока в пазу приводит к росту усилий, действующих на стержни в пазу, снижает надежность работы генераторов, вызывает необ­ ходимость принятия специальных мер но усилению конструкции крепления обмотки статора. Для

ратора мощностью 1200 МВт, 3000 об./мин., изготовляемого ЛЭО «Электросила».

Анализ разработок турбогенераторов различной мощности показывает, что, несмотря на применение обмоток с повышенным

числом параллельных ветвей или фаз, с ростом мощности объем тока в пазу будет увеличиваться и в турбогенераторах мощностью 2000 МВт на 3000 об./мин. достигнет 22—23 кА и на 1500 об./мин.

будет равен 23—25 кА.

15

Как следует из рис. 1—2, кпд турбогенераторов мощностью порядка 800 МВт, 3000 (3600) об./мин. составляет 98.8%, для четырехполюсных турбогенераторов мощностью 1000—1200 МВт оно равно 98.7%.

Существенного повышения кпд в турбогенераторах большой мощности можно достигнуть при использовании сверхпроводни­ ков для обмотки возбуждения [140]. В последнем случае одно­ временно уменьшаются габариты и вес генератора.

12-. TOK И НАПРЯЖЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ

C ростом единичной мощности турбогенераторов увеличи­ вается мдс возбуждения машин. Так, в турбогенераторе мощ­ ностью 1200 МВт, 3000 об./мин. мдс обмотки возбуждения будет

в 1.5 раза больше, чем в генераторе мощностью 500 МВт,

3000 об./мин.

Заданная величина мдс ротора может быть обеспечена за счет повышенного значения как тока, так и напряжения.

Наибольшая величина тока возбуждения, используемая в на­

Указанная величина тока определяется в большой мере надеж­ ностью работы щеточного контакта на большие токи возбуждения.

Некоторыми фирмами [88, 118] проводятся работы по созда­

нию конструкции узла контактных колец на токи до 10 кА, что позволит значительно расширить возможности создания турбо­ генераторов большой мощности.

Другие фирмы [90] идут по пути создания бесщеточных систем возбуждения. В частности, ЛЭО «Электросила» создает с бесщеточ­ ным возбудителем турбогенератор мощностью 1200 МВт,

3000 об./мин., ток возбуждения которого составит 7.7 кА.

Большинство фирм избегает применять напряжение возбужде­ ния, превышающее 600 В. Это объясняется трудностями создания

конструкции изоляции обмотки ротора на повышенное напря­ жение.

13-. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ, СТАТИЧЕСКАЯ ПЕРЕГРУЖАЕМОСТЬ И ПЕРЕХОДНАЯ РЕАКТИВНОСТЬ

По мере увеличения единичной мощности турбогенераторов коэффициент мощности cos φ в большинстве случаев также увели­ чивается. Если в турбогенераторах мощностью до 100—200 МВт cos φ, как правило, принимается равным 0.80, то в турбогенерато­ рах класса 200—500 МВт cos φ равен 0.85, класса 800—1200 Мвт —

0.90. Такое увеличение значения cos φ объясняется стремлением несколько снизить уровень механической, электромагнитной и

16