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

условий работы, соответствующих III уровню. Для этой цели была выбрана электростанция с наименьшим временем отключения короткого замыкания. Динамическая устойчивость станции про­ верялась при нормативных условиях—двухфазное короткое замы­ кание длительностью 0.12 сек. Расчеты проводились для электро­ машинной системы возбуждения с кратностью форсирования 2, постоянной времени возбудителя 0.3 сек. и соблюдения на осталь­ ных электростанциях энергосистемы постоянства эдс за x'd

(табл. 1-2).

Таблица 1-2

Предельные сочетания параметров турбогенераторов

Инерционная постоянная Tj, сек.

Увеличение допустимых значений электромагнитных парамет­ ров может дать существенную экономию в народном хозяйстве за счет снижения дополнительных затрат. Снижение электромаг­ нитных параметров в пределах заданного числа пазов генератора приводит к увеличению потерь и, следовательно, к возрастанию дополнительных затрат в энергосистеме. Снижение параметров путем перехода на меньшее число пазов приводит к повышению объема тока в пазу и снижению надежности генератора.

Как показали расчеты, проведенные во ВНИИэлектромаше [13,

141, дополнительные затраты, связанные с уменьшением синхрон­ ной и переходной реактивностей, тем больше, чем меньших зна­ чений параметров требуется добиться конструктору. Пользуясь полученными во ВНИИэлектромаше удельными значениями до­ полнительных затрат, можно ориентировочно оценить тот ущерб, который будет нанесен народному хозяйству при выпуске турбо­ генераторов с электромагнитными параметрами в соответствии с проектом: ¾=2.4 отн. ед.; ⅛=0.37 отн. ед. При инерционной постоянной турбогенератора 1200 МВт 7 =5.0 сек. и условно

0.4 отн. ед. При этом варианте сочетания параметров можно сни­

зить приведенные затраты на одну машину по сравнению с проек­

том на 186 тыс. руб. в год.

28

ГЛАВА ВТОРАЯ

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ И ТЕНДЕНЦИИ ИХ РАЗВИТИЯ

12.- СХЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

В современных турбогенераторах мощностью порядка 600— 815 МВт наибольшее распространение получили комбинирован­ ные системы охлаждения: непосредственное водородное охлажде­ ние обмотки ротора и внутреннее водяное охлаждение стержней обмотки статора. Охлаждение сердечника статора и поверхности ротора осуществляется традиционной системой водородного охла­

ждения с радиальной или аксиальной схемой циркуляции газа.

Некоторые фирмы, например «Вестингауз» и связанные с ней

фирмы «Мицубиси», «Жемон» и др., до настоящего времени ис­ пользуют систему непосредственного водородного охлаждения как для обмотки ротора, так и для обмотки статора. Фирма «Крафтверкунион» для мощных турбогенераторов применяет непосред­ ственное водяное охлаждение обмотки ротора, а фирма «Броун Бовери» — систему полного водяного охлаждения, включающую также и водяное охлаждение сердечника статора.

На рис. 2-1, а показана схема газового охлаждения фирмы

«Вестингауз». Охлаждающий газ циркулирует под воздействием высоконапорного многоступенчатого аксиального компрессора, установленного на валу ротора со стороны турбины. В сердечнике

статора охлаждающий газ проходит по радиальным каналам ши­ риной 2—3.5 мм между пакетами стали. В обмотке статора газ прогоняется через вентиляционные трубки в середине стержней между рядами элементарных проводников. В проводниках обмотки

ротора газ проходит двумя потоками от торцов бочки к середине ротора.

Напор и расход газа по внутренним каналам выбираются та­ кими, чтобы перегрев обмоток статора и ротора относительно

охлаждающей воды в газоохладителях, которая принимается рав­ ной 35°, не превышал 65°.

Для турбогенераторов большой мощности фирма «Вестингауз» применила усовершенствованную зонную систему охлаждения генераторов с поперечными, кольцевыми по всей окружности

перегородками в зазоре. Турбогенератор по длине разделен на ряд

холодных и горячих отсеков (рис. 2-1, б), причем каждый из холод-

30

них отсеков с помощью газопроводов в корпусе статора соеди­ няется с камерой высокого давления на выходе из высоконапор­ ных вентиляторов, установленных на валу ротора. Охлаждаю­

щий газ через радиальные каналы в сердечнике статора нагне­ тается в кольцевые отсеки зазора машины и через радиальные

отверстия — в аксиальные каналы в проводниках обмотки ро­ тора. По аксиальным каналам газ проходит определенный участок

по длине ротора и через радиальные отверстия выходит в горячий кольцевой отсек воздушного зазора, откуда через радиальные

а

каналы сердечника статора и газопроводы в корпусе статора направляется в камеру низкого давления перед входом в вентиля­ тор. C увеличением количества холодных и горячих отсеков по длине генератора повышается общий объем газа, проходящего через каналы обмотки ротора, и соответственно снижается перегрев

меди проводников, поскольку последний определяется скоростью

движения газа и длиной отдельного охлаждающего канала в об­ мотке. При такой системе эффективность охлаждения ротора

повысилась по сравнению с первоначальной в 1.7 раза.

Циркуляция газа в турбогенераторах фирмы «Дженерал Электрик» (рис. 2-2) осуществляется под воздействием аксиаль­

ных вентиляторов, установленных с двух сторон на валу ротора. По длине ротора имеется ряд входных участков, через которые газ поступает во внутренние каналы, и ряд выходных участков, чередующихся с входными, через которые охлаждающий газ выбрасывается в зазор.

31

Обмотка статора, как уже указывалось выше, имеет водяное охлаждение стержней.

Сердечник статора охлаждается газом, протекающим через радиальные вентиляционные каналы. Чтобы исключить перемеши­ вание нагретого газа, поступающего из напорного отсека статора

взазор машины на вход внутренних каналов обмотки на входном отсеке ротора, и тем самым существенно повысить эффективность

охлаждения обмотки ротора, фирма «Дженерал Электрик» (США) также переходит к использованию системы охлаждения с попереч­

ными перегородками в зазоре машины. Поперечные перегородки

взазоре между входными и выходными отсеками ротора могут

быть осуществлены путем установки на стыках отсеков ротора

Рис. 2-2. Схема циркуляции газа в турбогенераторах фирмы «Дженерал Электрик» (США).

колец из немагнитной стали, а также путем установки на поверх­ ности расточки статора элементов кольцевых перегородок, обра­

зующих кольцевые перегородки на местах стыка отсеков ротора. Поскольку при наличии кольцевых перегородок в расточке ста­ тора затрудняется монтаж турбогенератора, так как заводка ро­

тора в расточку статора должна быть навесной, фирма «Дженерал Электрик» в нижней части расточки статора на длине 1∕6 окруж­ ности не устанавливает элементов кольцевых перегородок (рис. 2-3).

Элементы кольцевой перегородки выполняются из маслостойкой и короноустойчивой синтетической резины и крепятся к пазовым клиньям статора. При такой реконструкции прежней системы охлаждения средний перегрев обмотки ротора снижается на 15% , что соответствует снижению перегрева охлаждающего газа на входном отсеке приблизительно на IO0 С. Установка разделитель­ ных колец только на статоре также позволяет обеспечить повыше­ ние эффективности охлаждения обмотки ротора.

Совершенствование газовых систем охлаждения обмотки ро­ тора позволяет повысить их эффективность и при этом в целом обеспечивается возможность увеличения единичной мощности турбогенераторов или снижение их габаритов.

Однако для таких фирм, как, например,* «Броун Бовери», «Крафтверкунион», газовые системы охлаждения роторов которых

32

менее эффективны по сравнению с газовыми системами американ­

ских фирм, более предпочтительно создание и внедрение систем

водяного охлаждения, способных решать проблему охлаждения ротора для перспективных машин. В настоящее время изготовлены опытные роторы с водяной системой охлаждения для турбо­

(«Крафтверкунион», ФРГ) и др., в ФРГ находятся в производстве

Рис. 2-3. Кольцевые перегородки в зазоре, установленные в расточке статора турбогенераторов фирмы «Дженерал

Электрик» (США).

четырехполюсные турбогенераторы мощностью 1060 и 1500 MBA с водяной системой охлаждения обмоток роторов.

Фирма «Крафтверкунион» для турбогенератора АЭС «Библис» использует водяное охлаждение обмоток статора и ротора, а также

всех других токоведущих частей: токоподводов обмотки ротора, соединительных шин обмотки статора, вводов. Другие элементы генератора — сердечник статора, поверхность бочки ротора, кор­ пус и конструктивные элементы торцовой зоны генератора — охлаждаются водородом при давлении 4 ата. Система водород­ ного охлаждения симметрична относительно центра генератора. Холодный газ из газоохладителей, расположенных в концевых частях генератора, через отверстия в корпусе, радиальные ка­ налы сердечника статора и зазор поступает к вентиляторам и оттуда в охладители. Выбор системы охлаждения произведен

сучетом наиболее интенсивного выделения потерь в отдельных частях генератора (рис. 2-4). Удельные потери имеют наибольшую величину в двух обмотках, имеющих водяное охлаждение. Удель­ ные потери в других элементах невелики и выделяются главным образом на поверхности, поэтому водородное охлаждение этих элементов является вполне достаточным. При давлении водорода 4 ата и скорости 10—15 м/сек. температура элементов не превы­ шает 20°. Потери на поверхности бочки ротора относительно

высоки, однако превышение температуры будет небольшим из-за высоких окружных скоростей ротора и хорошей теплопередачи

споверхности ротора. Кроме того, часть потерь будет отводиться

Рис. 2-4. Удельные потери (Вт/дм2) в различных частях турбогенератора для АЭС «Библис» (фирма «Крафтверкуниоп», ФРГ).

к обмотке возбуждения. Удельные потери в торцовых частях генератора имеют такую же величину, как и потери в обмотке, и поэтому необходимо такое же интенсивное охлаждение их.

Однако если применить экранирование массивных частей, выпол­ нить их из немагнитной стали, а также обеспечить достаточную поверхность охлаждения, водород обеспечит удовлетворительное охлаждение и этих частей генератора.

Дальнейшим развитием систем водяного охлаждения турбо­ генераторов является внедрение водяного охлаждения сердечника статора и отказ от заполнения корпуса статора водородом. Фирма

«Броун Бовери» изготовила турбогенератор мощностью 300 MBA

с такой системой охлаждения (рис. 2-5).

Охлаждение сердечника статора осуществляется с помощью

установленных в нем аксиальных охлаждающих изолированных труб. Часть потерь в сердечнике отводится также через обмотку

статора, поскольку температура обмотки ниже температуры сер­ дечника. Водой охлаждаются также нажимные плиты сердечника,

щиты статора и другие элементы конструкции торцовой зоны. Результаты калориметрических испытаний, проведенные на

турбогенераторе 300 MBA фирмы «Броун Бовери», выявили сле-

34