1. GENERATORI SINCRONI
1.1. Caracteristici tehnice și modele ale generatoarelor moderne
Generatoarele sincrone de curent alternativ trifazat sunt utilizate pentru generarea energiei electrice la centralele electrice. Există turbogeneratoare (motorul primar este o turbină cu abur sau gaz) și hidro generatoare (motorul primar este o turbină hidraulică).
Pentru mașinile electrice sincrone în regim de funcționare la starea de echilibru există o corespondență strictă între viteza de rotație a unității n, min-1 și frecvența de rețea f1, Hz:
n = 60 * f1 / p, min-1
unde p este numărul de perechi de poli de înfășurare stator a generatorului.
Turbinele cu abur și gaz sunt produse la viteze mari de rotație (3000 și 1500 rpm), deoarece turbo-agregatele au cei mai buni parametri tehnici și economici. La centralele termice (TPP) care ard combustibil convențional, viteza de rotație a agregatelor este, de regulă, 3000 min-1, iar turbogeneratoarele sincrone au doi poli. La NPP se utilizează unități cu o frecvență de rotație de 1500 și 3000 min-1.
Viteza turbogeneratorului determină caracteristicile designului său. Aceste generatoare sunt realizate cu un arbore orizontal. rotor turbogenerator funcționează la sarcini mecanice și termice ridicate, realizate dintr-un forjare solid de oțel special (crom-nichel sau hromonikelmolibdenovoy) având proprietăți magnetice și mecanice ridicate.
Rotorul se efectuează implicit. Datorită frecvenței considerabile de rotație, diametrul rotorului este limitat din motive de rezistență mecanică, ținând cont de viteza de rotație. rotorul are o lungime baril limita, de asemenea valoarea de 6-6,5 m., este determinat de condițiile de deviere admisibilă statică a arborelui și a obține performanțe la vibrații acceptabile. În partea activă a rotorului, care formează canelurile principale de flux magnetic frezate umplut cu bobine de înfășurare câmpului (Fig. 1), în partea de fantă înfășurare fixă nemagnetic, lumina, dar pene robuste de duraluminiu. Partea frontală a înfășurării, care nu se află în caneluri, este protejată de deplasare prin forțe centrifuge cu ajutorul unui bandaj. Bandajele sunt cele mai tensionate din punct de vedere mecanic ale rotorului și sunt fabricate, de obicei, din oțel nemagnetic de înaltă rezistență. Pe ambele părți ale rotorului, ventilatoarele (cel mai adesea tipul de elice) sunt instalate pe arborele lor pentru a circula gazul de răcire în mașină.
Statorul turbogeneratorului constă dintr-un corp și un miez. Corpul este sudat, de la capete este închis cu scuturi cu garnituri în joncțiunea cu alte părți (figura 1). Miezul statorului este recrutat din tablă izolată din oțel electric de 0,5 mm grosime. Foitele sunt colectate în pachete, între care sunt lăsate canalele de ventilație. În canelurile disponibile în gaura interioară a miezului, este pusă o înfășurare trifazată, de obicei o înfășurare în două straturi.
Turbinele hidraulice au de obicei o viteză relativ mică (60-600 min-1). Viteza de rotație este mai mică, cu atât este mai mică capul de apă și cu atât mai mare este puterea turbinei. Hidrogenatoarele sunt, prin urmare, mașini cu mișcare lentă și au dimensiuni și mase mari, precum și un număr mare de poli. Hidrocentralele sunt realizate cu rotoare cu poluri simple și, în principal, cu un aranjament vertical. Diametrele rotoarelor hidrogeneneratoarelor puternice ajung la 14-16 m, iar diametrele statorului sunt (20-22 m).
În mașinile cu un diametru mare al rotorului, miezul este o jantă asamblată pe spițele care sunt atașate la butucul rotorului. Stâlpii, ca și janta, sunt realizați din plăci din oțel compozit și montați pe marginea rotorului cu ajutorul unor proeminențe în formă de T (figura 2). La poli, în plus față de bobina de excitație este situată mai amortizor de înfășurare, care este format din bare de cupru sunt așezate în șanțuri în piesele polare și fețele de capăt ale inelelor pot fi închise cu rotor așa-numitele. Această înfășurare este proiectată pentru a calma oscilațiile rotorului unității, care apar cu orice perturbare asociată cu o schimbare bruscă a sarcinii generatorului.
Fig. 1. Vedere generală a unui turbogenerator modern:
1 - înfășurarea statorului; 2 - rotor; 3,4 - cuplaje; 5 - carcasa statorului;
6 - miez de stator; 7 - agent patogen; 8 inele de contact cu rotor și perii;
9 - rulmenți pentru generatoare; 10 - rulmenți de excitație.
În turbogeneratoarele, rolul lichidului liniștitor este jucat de un baril masiv de rotor și de niște pene de metal care închid bobina de excitație în caneluri. Statorul hidrogeneratorului are în esență același design ca statorul turbogeneratorului, dar spre deosebire de acesta din urmă, acesta este realizat detașabil. Este împărțită într-un cerc în două - șase părți egale, ceea ce facilitează foarte mult transportul și instalarea.
În ultimii ani, așa-numitele hidrogeneratoare capsulare având un arbore orizontal încep să găsească o aplicare. Astfel de generatoare sunt închise într-o carcasă impermeabilă (capsulă), care curge din exterior printr-un curent de apă care trece prin turbină. Generatoarele de capsule produc câteva zeci de megavolt-amperi. Acestea sunt generatoare relativ lentă (n = 60 ÷ 150 min-1) cu un rotor polular.
Dintre alte tipuri de generatoare sincrone utilizate în centralele electrice, este necesar să se menționeze așa-numitele generatoare diesel conectate la un motor diesel cu ardere internă. Acestea sunt în mod clar o mașină pol cu un arbore orizontal. Dieselul ca mașină cu piston are un cuplu neuniform, astfel încât generatorul diesel este alimentat cu un volant sau rotorul său este executat cu un moment de volum mai mare al volantului.
1.2. Parametrii nominali ai generatoarelor.
Producătorul furnizează generatorul pentru un anumit mod de funcționare permis pe termen lung, numit nominal. Acest mod de funcționare este caracterizat de parametrii denumiți datele nominale ale generatorului și sunt indicate pe plăcuța de identificare a acestuia, precum și în pașaportul vehiculului.
Tensiunea nominală a generatorului este tensiunea liniară (fază-fază) a înfășurării statorului în modul nominal.
curentul nominal al statorului se numește valoarea curentă la care a permis funcționarea normală continuă a generatorului sub parametrii de răcire normale (temperatura, presiunea și viteza de curgere a gazului de răcire și lichid) și valorile nominale ale puterii și tensiunea menționate generatorului în pașaport.
Puterea nominală totală a generatorului este determinată de următoarea formulă:
S = m * UNOM * IN. VA
Puterea nominală activă a generatorului este cea mai mare putere activă, pentru lucrul pe termen lung cu care este destinat ca un set complet cu o turbină:
Pnom = S nom * cos # 966; nom, W
Capacitățile nominale ale turbogeneratoarelor trebuie să corespundă unui număr de capacități în conformitate cu GOST 533-85. Scara puterii nominale a hidrogeneratoarelor mari nu este standardizată.
Curentul nominal al rotorului - este cel mai mare generator de curent de excitație, care este furnizat de revenirea puterii nominale când generatorul deviatia tensiune stator ± 5% din valoarea nominală și factorul de putere nominală.
Factorul de putere nominal conform GOST se presupune a fi: cos # 966; nom = 0,8 - pentru generatoare de până la 125 MBA; cos # 966; nom = 0,85 pentru turbogeneratoare de până la 588 MBA și hidrogenatoare de până la 360 MBA; cos # 966; nom = 0.9 pentru mașini mai puternice.
Pentru hidrogeneratoarele de capsule, de obicei cos # 966 nom = 1. Fiecare generator este, de asemenea, caracterizat prin eficiența la sarcina nominală și factorul de putere nominală. Pentru generatoarele moderne, eficiența nominală se situează între 96,3% și 98,8%.
1.3. Generatoare de răcire
În timpul funcționării generatorului sincron, înfășurările și oțelul activ sunt încălzite. Temperaturile de încălzire admise ale înfășurărilor statorului și rotorului depind în principal de materialele de izolare utilizate și de temperatura mediului de răcire. În conformitate cu GOST 533-76 pentru izolația de clasă B (pe bitum asfalt-bitum), temperatura admisă de încălzire a înfășurării statorului trebuie să fie în limitele a 105 ° C, iar temperatura rotorului este de 130 ° C. Cu o izolație mai rezistentă la căldură a bobinajului stator și a rotorului, de exemplu, clasele F și H, limitele temperaturii admisibile de încălzire cresc la 1350C și, respectiv, 1550C.
În timpul funcționării generatoarelor, izolația înfășurărilor se îmbătrânește treptat. Motivul pentru aceasta este poluarea, umezirea, oxigenarea aerului, impactul câmpurilor electrice și încărcăturile electrice etc. Cu toate acestea, motivul principal al îmbătrânirii izolației este încălzirea acesteia. Cu cât temperatura încălzirii este mai mare, cu atât mai repede se folosește, cu atât durata de viață este mai scurtă. Durata de viață a izolației Clasa B la o temperatură de încălzire de până la 120 ° C este de aproximativ 15 ani, iar când este încălzită la 140 ° C - este redusă la aproape 2 ani. Aceeași izolație la o temperatură de încălzire de 105 ° C (adică în interiorul GOST) are o durată mult mai lentă, iar durata de viață a acesteia crește la 30 de ani. Prin urmare, în timpul funcționării în orice condiții de funcționare a generatorului, nu este permisă încălzirea bobinelor sale peste temperaturile admise.
Pentru a se asigura că temperatura de încălzire nu depășește valorile admise, toate generatoarele sunt realizate cu răcire artificială. Prin metoda îndepărtării căldurii de la statorul încălzit și înfășurările rotorului, se disting o răcire indirectă și directă.
Cu răcire indirectă, gazul de răcire (aer sau hidrogen) cu ajutorul ventilatoarelor construite în capetele rotorului este alimentat în generator și este condus prin canalul nemagnetic și conductele de ventilație. În același timp, gazul de răcire nu vine în contact cu conductorii statorului și cu înfășurările rotorului, iar căldura eliberată de ele este transferată în gaz printr-o barieră termică semnificativă - izolația înfășurărilor.
Cu răcire directă, lichidul de răcire (gaz sau lichid) intră în contact cu conductorii înfășurărilor generatorului, ocolind izolația și oțelul dinților, adică direct.
Companiile de uz casnic fabrică turbogeneratoare cu răcire cu aer, hidrogen și lichid, precum și hidrogeneratoare cu răcire cu aer și lichid.
Există două sisteme de răcire cu aer - care curg și sunt închise. Sistemul de răcire cu debit este utilizat rar și numai în turbogeneratoare cu o capacitate de până la 2 MBA, dar și în generatoare de hidrogen de până la 4 MBA. În acest caz, aerul din camera mașinii este suflat prin generatorul, care poluează rapid izolația statorului și a înfășurărilor rotorului, ceea ce scurtează în cele din urmă durata de viață a generatorului.
Cu un sistem de răcire închis, același volum de aer circulă printr-un circuit închis. Schematic, circulația aerului cu această răcire pentru un turbogenerator este prezentată în Fig. 2. Pentru răcirea aerului, un răcitor de aer 2 servește, de-a lungul căruia tuburile circulă continuu în apă. Aerul încălzit în mașină iese prin duza 2 în camera de aer cald 3, trece prin răcitorul de aer și prin camera de aer rece 4 revine din nou la mașină. Aerul rece este injectat în mașină cu ajutorul ventilatoarelor încorporate 5. În generatoarele cu o parte activă îndelungată, aerul rece este furnizat de ambele capete ale mașinii, așa cum se arată în Fig. 2.
Fig. 2. Sistem de răcire cu aer închis al unui turbogenerator
Pentru a îmbunătăți eficiența de răcire a turbogeneratoarelor, lungimea părții active este deosebit de mare, iar diferența de aer este mică, se utilizează un sistem de ventilație radială cu mai multe jeturi. Pentru aceste planuri verticale împart sistemul de răcire 6 într-un număr de secțiuni de turbine. În fiecare secțiune, aerul provine din spațiul de aer (secțiunea I și secțiunea III) sau dintr-un canal axial special 7 (secțiunea II). Pentru a mări suprafața de contact a pieselor încălzite cu aer de răcire în oțelul activ al mașinii, este prevăzut un sistem de conducte de ventilație. Trecerea prin canalele de ventilație radială din oțel, aerul încălzit curge în camerele de evacuare 8. Ventilația cu mai multe jeturi asigură o răcire uniformă a turbogeneratorului de-a lungul întregii lungimi. Pentru a compensa pierderile ca rezultat al scurgerilor, este prevăzută o admisie suplimentară a aerului prin filtrele de ulei dublu 9 instalate în camera de aer rece.
Uzinele de uz casnic fabrică turbogeneratoare cu un sistem de răcire închis cu aer cu o capacitate de până la 12 MW inclusiv. Un sistem închis de răcire indirectă prin aer în generatoare de hidrogen este utilizat mult mai larg. Cel mai mare generator cu răcire indirectă a aerului din seria CB cu o capacitate de 264,7 MBA a fost produs de software-ul Electrosila pentru HPP Bratsk. Schema de ventilație a hidrogeneratorului este prezentată în Fig. 3.
Fig. 3. Sistemul de ventilație închis al hidrogeneratorului:
1 rotor, 2 stator, 3 răcitoare de aer, 4 lame ventilator.
În hidrogeneratoarele, răcirea rotoarelor de polaritate este facilitată de prezența golurilor interpole și a unei suprafețe de răcire mai mari a rotorului.
Fig. 4. Diagrama de ventilație radială multi-jet în turbogeneratoare:
1 - camere de gaze reci, 2 - camere de gaze fierbinți, 3 - răcitoare de gaz.
Răcirea unui rotor neted al unui turbogenerator este mai puțin eficientă, deoarece în cazul în cauză acesta este răcit numai din partea cu spațiul de aer. Această din urmă circumstanță determină în mare măsură posibilitățile limitate de răcire a aerului pentru turbogeneratoarele. Generatoarele cu răcire cu aer furnizează un dispozitiv pentru stingerea incendiilor cu apă.
Turbogeneratoarele cu răcire indirectă pe bază de hidrogen au, în principiu, aceeași schemă de ventilare ca și în cazul răcirii cu aer. Diferența este că volumul de hidrogen de răcire este limitat de carcasa generatorului și, prin urmare, răcitoarele sunt construite direct în carcasă. Locația răcitorilor de gaz și a circuitului de debit de hidrogen din interiorul generatorului sunt arătate în Fig. 4.
Răcirea cu hidrogen este mai eficientă decât răcirea cu aer, deoarece hidrogenul ca gaz de răcire are un număr de avantaje semnificative față de aer. Are un coeficient de transfer de căldură de 1,51 ori mai mare, conductivitate termică de 7 ori mai mare. Această din urmă situație determină rezistența termică scăzută a straturilor intermediare de hidrogen din izolația și golurile canelurilor. O densitate semnificativ mai scăzută a hidrogenului în comparație cu aerul face posibilă reducerea pierderilor de ventilație cu 8 până la 10 ori, astfel încât randamentul generatorului crește cu 0,8-1%.
Lipsa oxidării izolației în mediul de hidrogen în comparație cu mediul aerian sporește fiabilitatea generatorului și mărește durata de viață a izolației înfășurării. Avantajele hidrogenului includ faptul că nu susțin arderea, prin urmare în generatoarele cu răcire cu hidrogen este posibilă abandonarea dispozitivului de stingere a incendiilor.
Atenție vă rog! Generator de alimentare cu hidrogen în amestec cu aer (de la 4,1 la 74%, iar în prezența vaporilor de ulei - 3.3-81.5%), formează un amestec exploziv, astfel încât, în mașinile cu hidrogen ridicat de răcire etanșeitatea la gaze a carcasei trebuie asigurată stator etanșări ulei, conductori de etanșare pentru înfășurările stator și rotor, etanșarea capace răcitoare de gaz, trape și scuturile detașabile. Cel mai greu de realizat generator de arbori de etanșare fiabile, prevenind scurgerea gazelor.
Cu cât suprapresiunea cu hidrogen este mai ridicată, cu atât răcirea mai eficientă a generatorului, prin urmare, la aceleași dimensiuni ale generatorului este posibilă creșterea puterii sale nominale. Cu toate acestea, la o suprapresiune de peste 0,4 - 0,6 MPa, creșterea puterii generatorului nu justifică costurile de depășire a dificultăților tehnice care apar (complicația etanșărilor și izolarea înfășurărilor). Prin urmare, nu se aplică presiunea de hidrogen în generatoarele moderne de peste 0,6 MPa.
Generatoarele cu răcire cu hidrogen indirect pot, dacă este necesar, să lucreze cu răcire cu aer, dar puterea lor scade.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: