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

дующее распределение добавочных потерь в режиме короткого

Для уменьшения потерь на трение ротор от статора отделен с помощью цилиндра из стеклопластика, на внутренней поверх­ ности которого расположены

охлаждающие трубы из не­ магнитной стали для отвода потерь на трение в зазоре. Давление воздуха в зазоре

0.5 ата. По данным измере­

ний, использование стекло­ пластикового цилиндра при нормальном давлении возду­

ха в зазоре уменьшает поте­

ри на трение на 25—30%. При несколько пониженном давлении потери на трение уменьшаются в еще большей степени.

Охлаждающие трубы на

составляют 28 кВт.

При отсутствии циркуляции воздуха в зазоре ротор должен быть выполнен таким образом, чтобы водяное охлаждение обмотки возбуждения и демпферной обмотки обеспечивало снятие потерь

в самих обмотках, в зубцах и клиньях ротора от высших гармони­ ческих поля в зазоре и обратного поля в несимметричных режимах, а также частично снятие потерь на трение. Для обеспечения теплоотдачи от зубцов ротора к демпферной обмотке предусмотрен улучшенный контакт демпферной обмотки с ротором. На рис. 2-6 показано температурное поле ротора, полученное в предположе­ нии, что все потери выделяются на внешней поверхности ротора.

36

Заводом «Сибэлектротяжмаш» освоєно серийное производство турбогенераторов типа ТВМ-300 мощностью 300 МВт, 3000 об. /мин.

с водомасляным охлаждением, которые являются дальнейшим

развитием турбогенераторов с полным водяным охлаждением [27].

Встальной разъемный корпус статора набираются сегменты активной стали в виде целого пакета, имеющего аксиальные штампованные каналы для охлаждения.

Врасточку статора вставляется цилиндр из изоляционного материала, концы которого закрепляются в торцовых щитах,

имеющих уплотнения по наружному и внутреннему диаметру. Поскольку вся обмотка статора оказалась погруженной в масло,

оно является одновременно и изоляционной, и охлаждающей сре­

дой. При этом охлаждение меди обеспечивается маслом, протекаю­ щим по каналам и охлаждающим также все конструктивные эле­

менты торцовой зоны статора.

Обмотка и контактные кольца ротора имеют непосредственное

водяное охлаждение.

2-. НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ОБМОТКИ СТАТОРА

При создании турбогенераторов мощностью 200—500 МВт

повышение эффективности охлаждения обмотки статора было обеспечено за счет непосредственного водородного (фирма «Вестин­

гауз», завод «Электротяжмаш») или водяного охлаждения (фирма

«Дженерал Электрик», США, ЛЭО «Электросила»). Завод «Сиб­ электротяжмаш» применил в турбогенераторах мощностью 300 МВт

масляное охлаждение обмотки статора.

Создание турбогенераторов мощностью 800—1200 МВт и более связано с необходимостью дальнейшего совершенствования охла­ ждения обмотки статора. Решение этой задачи сопряжено с опре­ деленными трудностями. Пути повышения интенсивности тепло­ отвода от обмотки статора могут быть обеспечены как путем сокращения длины каналов, так и путем повышения скорости движения воды в каналах.

В турбогенераторе мощностью 500 МВт (ЛЭО «Электросила») используется последовательное соединение по воде двух стерж­ ней обмотки статора. В турбогенераторе мощностью 800 МВт

для повышения эффективности охлаждения применена параллель­ ная система охлаждения всех стержней. Подача воды в обмотку

осуществляется со стороны турбины, отвод — со стороны возбу­ дителя. Такую же схему предполагается применить и в турбо­ генераторе мощностью 1200 МВт.

Дальнейшее повышение эффективности охлаждения может быть

обеспечено лишь путем увеличения скорости движения воды

вполых проводниках обмотки. В настоящее время скорость воды

вканалах обмотки статора 1—1.5 м/сек. По данным исследований, повышение скорости воды выше 2 м/сек. связано с опасностью

37

возникновения гидравлических ударов и эрозии материала

проводников. При необходимости дальнейшего повышения ско­

рости воды, по-видимому, придется применять трубки из нержа­

веющей стали. В то же время увеличение плотности тока в об­ мотке вызывает повышение скорости перегрева проводников, что приводит к высоким градиентам температуры по толщине изоля­ ции и резким тепловым расширениям.

Рис. 2-7. Водоподвод к стержням обмотки статора. 1 — электрические соединения; 2 —гидравлические соединения.

Фирмами «Дженерал Электрик», «Тосиба», «Альстом» и др. система водяного охлаждения обмотки статора выполняется в основном с использованием напорного и сливного коллекторов, которые с помощью фторопластовых шлангов соединяются с разда­

точными (сливными) камерами в головках стержней (рис. 2-7).

Стержни обмотки статора при этом выполняются из транспониро­ ванных элементарных проводников, часть из которых представ­ ляют собой полые трубки прямоугольного сечения, выполненные из меди или из немагнитной стали («Броун Бовери»). Если ис­ пользуются медные полые проводники, то между ними в верти­

кальном ряду стержня укладываются 2—3 сплошных проводника, которые с целью снижения потерь от вихревых токов обычно имеют значительно меньшую толщину. В тех случаях, когда для охла­

ждающих трубок используется нержавеющая сталь, число сплош­

ных проводников принимается равным 6—8. При такой схеме

38

подвода (отвода) охлаждающей воды каналы двух стержней

соединяются обычно последовательно с тем, чтобы напорный и сливной коллекторы можно было расположить на одной стороне машины. В турбогенераторах большой мощности выполняются схемы с параллельным соединением каналов всех стержней.

Рис. 2-8. Гидравлические соединения головок обмотки статора фирмы

«Парсонс» (Англия).

В отличие от рассмотренной схемы фирма «Парсонс» исполь­ зует схему групповой подачи охлаждающей воды (рис. 2-8). При этом все головки стержней одной полуфазы монтируются в днище напорной (сливной) камеры, выполненной из пластмассы. G каждой стороны машины по окружности на диаметре располо­ жения головок обмотки монтируется по 6 водяных камер: с одной стороны напорных, с другой — сливных. Подвод (или отвод) охлаждающей воды к камерам осуществляется с помощью трубча­

тых выводных концов обмотки и дополнительных труб.

Система водяного охлаждения обмотки статора является доста­ точно эффективной и обеспечивает возможность охлаждения обмо-

89

ток турбогенераторов мощностью до 1600—2000 МВт, тогда как

обычная газовая система охлаждения оказывается недостаточной для таких машин. C целью повышения ее эффективности до уровня жидкостных систем фирма «Вестингауз» разработала замкнутую герметичную газовую систему с внешним контуром, которая подобна жидкостной, но в отличие от нее в системе циркулирует сжатый газ, находящийся под давлением 16—18 ата. Конструк­

ция стержней при такой системе не изменяется, так же как и при

открытых трубках стержни выполняются из двух или четырех рядов транспонированных сплошных проводников, а между рядами

устанавливаются охлаждающие трубки, выполненные из немаг­ нитной стали.

В современных турбогенераторах фирма «Вестингауз» приме­ няет также систему внутреннего водяного охлаждения обмотки статора.

23-. НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ГАЗОВОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ОБМОТКИ РОТОРА

При повышении единичной мощности свыше 600—660 МВт

наиболее напряженным узлом турбогенераторов по нагреву оказы­ вается обмотка ротора с газовой системой охлаждения. Уже предварительные разработки показали, что в сверхмощных генера­ торах необходимо изыскивать средства повышения эффективности газового охлаждения обмотки ротора. Поэтому все ведущие фирмы,

использующие непосредственное водородное охлаждение обмотки ротора, провели большие исследовательские работы по совер­ шенствованию применяемых ими систем охлаждения. Ниже при­

водятся основные результаты выполненных работ.

Система охлаждения с подпазовым кана­ лом (рис. 2-9). Повышенная эффективность системы была до­ стигнута путем применения трапецеидальных пазов (рис. 2-10) с почти постоянными механическими напряжениями по высоте паза, повышенных скоростей газа в каналах для турбулизации его течения, а также усовершенствованных центробежных вентиля­ торов. В этой системе газ поступает в подпазовые каналы с обоих концов ротора и оттуда через радиальные каналы в обмотке про­ ходит в осевые каналы в проводниках. Радиальные каналы в верх­

ней части паза перекрываются с помощью клиньев. По осевым каналам газ проходит от радиального канала и выбрасывается в зазор через выходные радиальные каналы в обмотке, изоляции

иклиньях.

Впроводниках обмотки имеется по два аксиальных канала, которые образуют в пазу два ряда внутренних каналов. Каждый ряд объединяется в отдельную систему, выполненную индентично

другой, но имеет противоположное расположение входных и вы­ ходных отверстий. В результате достигается встречное движение

40