Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Турбогенератор назначение и принцип действия

Турбогенератор

  • Турбогенератор — устройство, состоящее из синхронного генератора и паровой или газовой турбины, выполняющей роль привода. Термин «турбогенератор» намеренно включён в название ГОСТ 533, чтобы отличать данные типы генераторов от генераторов вертикального исполнения, используемых в паре с гидротурбинами ГОСТ 5616 (использование терминов «турбогенератор» и «гидрогенератор» для описания отдельно взятых электрических генераторов является неправильным). В случае электростанций применяется термин турбоагрегат.

Основная функция в преобразовании внутренней энергии рабочего тела в электрическую, посредством вращения паровой или газовой турбины. Скорость вращения ротора определяется по параметрам используемого генератора, от десятков тысяч оборотов в минуту (для синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов «НПК «Энергодвижение») до 3000, 1500 об/мин (у синхронных генераторов с возбуждением обмоток ротора). Механическая энергия от турбины преобразуется в электрическую посредством вращающегося магнитного поля ротора в статоре. Поле ротора, которое создается либо установленными на ротор постоянными магнитами, либо током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, приводит к возникновению трёхфазного переменного напряжения и тока в обмотках статора. Напряжение и ток на статоре тем больше, чем сильнее поле ротора, т.е. больше ток протекающий в обмотках ротора. У синхронных генераторов с внешним возбуждением напряжение и ток в обмотках ротора создает тиристорная система возбуждения или возбудитель — небольшой генератор на валу основного генератора.

В составе турбогенераторов применяются генераторы, имеющие цилиндрический ротор, установленный на двух подшипниках скольжения, в упрощенном виде напоминает увеличенный генератор легкового автомобиля. Выпускаются 2-х полюсные (3000 об/мин), 4-х полюсные (1500 об/мин как на Балаковской АЭС), и многополюсные машины, в зависимости от мест эксплуатации и технологических требований. Для охлаждения таких генераторов используются следующие способы охлаждения обмоток: жидкостное — через рубашку статора; жидкостное — с непосредственным охлаждением обмоток; воздушное; водородное (чаще применяются на АЭС).

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Конденсаторные двигатели — разновидность асинхронных двигателей, в обмотки которого включены конденсаторы для создания сдвига фазы тока. Подключаются в однофазную сеть посредством специальных схем. По количеству фаз статора делятся на двухфазные и трёхфазные.

Двухмашинным агрегатом называется возбудитель и вспомогательный генератор тепловоза, собранные в общем корпусе. Якоря возбудителя и вспомогательного генератора собраны на общем валу, станины соединены болтами. Возбудитель питает независимую обмотку возбуждения тягового генератора, вспомогательный генератор предназначен для питания цепей собственных нужд тепловоза и заряда аккумуляторной батареи.

Поскольку на современных летательных аппаратах имеется большое количество разнообразных исполнительных механизмов и агрегатов, то в качестве источников механической энергии применяются гидравлические, пневматические и электрические приводы. Наиболее универсальным из них считается электрический привод благодаря высокой надёжности, простоте в эксплуатации и возможности автоматизации. По виду преобразования энергии различают электродвигательный привод и электромагнитный.

Электромеханические преобразователи — это класс устройств, созданных для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. Также возможно преобразование электрической энергии в электрическую же энергию другого рода. Основным видом электромеханического преобразователя является электродвигатель (электрогенератор).

Турбогенераторы – синхронные электрические машины

Турбогенераторы – описание

Турбогенераторы – это синхронные электрические машины, вырабатывающие электроэнергию. Турбогенераторы устанавливаются и монтируются с различными видами турбин.

Турбогенераторы – типы

В зависимости от электрической мощности и технических задач по энергоснабжению производятся следующие типы турбогенераторов:

  • турбогенераторы с воздушным охлаждением,
  • турбогенераторы с масляным охлаждением
  • турбогенераторы с водородным охлаждением,
  • турбогенераторы с комбинированным водородно-водяным охлаждением,
  • асинхронные турбогенераторы

Турбогенераторы – устройство

Турбогенераторы имеют двухслойные обмотки статора. Обмотки статора — стержневые, изоляция обмоток — термореактивная. Роторы турбогенераторов изготавливаются из специальной высококачественной стали. Турбогенераторы имеют масляные уплотнения вала.

Масляные уплотнения вала для турбогенераторов с водородным охлаждением бывают двух типов:

  • радиального типа,
  • торцевого типа.

Охлаждение турбогенераторов осуществляется по открытому и замкнутому циклу. Открытый цикл применяется на турбогенераторах с воздушным охлаждением.

Турбогенераторы – основные технические критерии

Основные технические критерии:

  • активная мощность,
  • напряжение,
  • частота вращения,
  • коэффициент мощности -cos φ,
  • масса.

Турбогенераторы – применение в энергетике

Турбогенераторы с комбинированным водородно-водяным охлаждением предназначены для работы на атомных электростанциях (АЭС). Асинхронные турбогенераторы используются в составе мощных ТЭЦ и в энергосистемах со значительными колебаниями нагрузки. Асинхронные турбогенераторы также имеют комбинированное водородно-водяное охлаждение. Турбогенераторы с воздушным и масляным охлаждением применяются на тепловых электростанциях (ТЭС) с различной мощностью.

Что такое газотурбинные электростанции

Оглавление

Газотурбинная электростанция (сокращённо ГТЭС) — установка, генерирующая электричество и тепловую энергию. Основу ГТЭС составляют одна или несколько газотурбинных установок — силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс.

Газотурбинная электростанция может использоваться в качестве основного или резервного источника пи­тания параллельно с энергосистемой. Размещаться ГТЭС может как внутри помещения, так и на открытой площадке на заранее подготовленном фундаменте.

В мировой практике газотурбинные электростанции получили широкое распространение в 50—60-х гг. прошлого века, в настоящее время используются реже, т. к. имеют низкий КПД (33-39%) и относительно высокую стоимость за кВт мощности по сравнению, например, с газопоршневыми электростанциями.

Внешний вид газотурбинной установки

Принцип работы ГТЭС

Газотурбинная электростанция работает следующим образом: топливо (газ или дизельное горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Газ, смешанный с воздухом, образует топливную смесь, которая под давлением нагнетается в компрессор и воспламеняется.

Из сопла вырывается под высоким давлением струя раскалённого газа, попадает на установленные в несколько рядов лопатки турбины и начинает её вращать. Вал турбины передает крутящий момент на ротор генератора, ответственного за выработку электроэнергии, которая, проходя через трансформатор, передается потребителю энергии.

Отработанные газы уходят через выхлопную трубу в атмосферу или, если предусмотрена их утилизация, поступают в теплообменник или котел утилизатор и используются для обогрева помещений.

Упрощенная принципиальная схема энергоблока газотурбинной электростанции представлена на рисунке:

Принципиальная технологическая схема электростанции с газовыми турбинами:
КС — камера сгорания; КП — компрессор; ГТ — газовая турбина; С — генератор;
Т — трансформатор; М — пусковой двигатель.

Сферы использования газотурбинных электростанций

Газотурбинные электростанции могут использоваться в различных сферах, начиная от обеспечения электричеством зданий гражданского и сельскохозяйственного целевого назначения, заканчивая промышленными объектами и нефтегазовыми месторождениями.

Использование газотурбинных электростанций целесообразно для удалённых потребителей, особенно — при необходимости отопления объекта.

Виды газотурбинных электростанции

  • Стационарные – монтируются на капитальном фундаменте. На них устанавливаются самые мощные турбины и электрические генераторы.
  • Передвижные (мобильные) – представляют собой передвижную технику. Как правило используются для обеспечения теплом и электричеством удаленных объектов, например, шахтёрских и нефтедобывающих поселков. Работают не только на газе, но и на жидком топливе.
  • Мини-установки – отличаются компактными размерами, что позволяет располагать такую станцию в непосредственной близости от потребителя.

Стационарная газотрубинная электростанция Передвижная газотрубинная электростанция

Сравнение газотурбинных и газопоршневых электростанций

возможно бытовое давление, меньше 10 мБар

среднее давление порядка 16-20 Бар

Газотурбинное оборудование стоит выбирать, когда ограничена площадь, которую можно выделить для его размещения. ГТЭС подойдёт небольшим предприятиями и коммерческим объектам, где не требуются большие мощности потребления электроэнергии и каждый квадратный метр на счету. Если есть возможность выделить площадь под установку оборудования, то целесообразнее выбирать газопоршневую электростанцию, поскольку у неё ниже стоимость, да и ресурс ГПУ считается немного большим, чем у ГТУ.

Газотурбинная установка дороже, чем газопоршневая. Высокая стоимость оборудования и ограниченность выбора объясняется меньшим числом производителей ГТУ, отдельные детали и запчасти стоят недёшево сами по себе, за счёт чего увеличивается и стоимость установки в целом.

Внешний вид ГПУ MWM и ГТУ

Газопоршневые установки чаще требуют выполнения технического обслуживания. В них нужно менять масла и фильтры. Но такой нюанс можно компенсировать, если установить на оборудование дополнительно системы, которые будут выполнять долив и очистку масла. В таком случае возрастает период времени между выполнением сервисных работ. В среднем, он может составлять около 3000 часов, то есть обслуживание проводят один раз в квартал. В целом же ресурс ГПУ считается немного большим, чем у ГТУ.

В целом газопоршневые установки привлекательны тем, что окупаются быстрее, не зависимо от того, какая мощность электростанции.

Группа компаний «МКС» – ведущее инжиниринговое предприятие России, основным направлением деятельности которого является строительство объектов малой энергетики – газопоршневых электростанций «под ключ». За 15 лет ввела в эксплуатацию 53 мини-ТЭС в различных регионах России и за рубежом. Суммарная мощность всех введенных объектов Группы компаний «МКС» составила 244 МВт. Группа компаний «МКС» — официальный российский дилер и сервис-партнер MWM Austria GmbH.

Конструкция турбогенератора

Введение

Турбогенераторы (ТГ) представляют собой основной вид генерирующего оборудования, обеспечивающего свыше 80% общего мирового объема выработки электроэнергии. Одновременно ТГ являются и наиболее сложным типом электрических машин, в которых тесно сочетаются проблемы мощности, габаритов, электромагнитных характеристик, нагрева, охлаждения, статической и динамической прочности элементов конструкции. Обеспечение максимальной эксплуатационной надежности и экономичности ТГ является центральной научно-технической проблемой. Вместе с тем, несмотря на огромное количество работ, выполненных за прошедшие десятилетия, вопросы дальнейшего развития теории, разработки более совершенных технологий и конструкций ТГ, методов расчета и исследований не теряют своей актуальности.

Турбогенератор — неявнополюсный синхронный генератор, основная функция которого состоит в конвертации механической энергии в работе от паровой или газовой турбины в электрическую при высоких скоростях вращения ротора (3000,1500об/мин). Механическая энергия от турбины конвертируется в электрическую при помощи вращающегося магнитного поля, которое создается током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, что в свою очередь приводит к возникновению трехфазного переменного тока и напряжения в обмотках статора. В зависимости от систем охлаждения турбогенераторы подразделяются на несколько видов: генераторы с воздушным охлаждением, генераторы с водородным охлаждением и генераторы с водяным охлаждением. Также существуют комбинированные типы, например, генератор с водородно-водяным охлаждением (ТВВ). Турбогенератор ТВВ-320-2 предназначен для выработки электрической энергии на тепловой электростанции при непосредственном соединении с паровой турбиной К-300-240 Ленинградского металлического завода или Т-250-240 Уральского турбомоторного завода.

Читать еще:  Лучшие парогенераторы 2020 года

Задание

а) конструкция и принцип действия электрической в соответствии с заданием, сфера применения;

б) схема-развертка обмотки.

Выбор варианта

а) выбирается по таблице 1.1

Первая буква фамилииВарианты
СТурбогенераторы

б) выбирается по таблицам 1.2 и 1.3

Предпоследняя Цифра шифраВарианты
Однослойная обмотка
Последняя цифра шифраЧисло пар полюсов рЧисло пазов на полюс и фазу q Число параллельных ветвей а
Однослойная обмоткаДвухслойная обмотка
1,3

Турбогенераторы

2.1 Турбогенератор — работающий в паре с турбиной синхронный генератор. Основная функция в преобразовании механической энергии вращения паровой или газовой турбины в электрическую. Скорость вращения ротора 3000, 1500 об/мин. Механическая энергия от турбины преобразуется в электрическую посредством вращающегося магнитного поля ротора в статоре. Поле ротора, которое создается током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, приводит к возникновениютрёхфазного переменного напряжения и тока в обмотках статора. Напряжение и ток на статоре тем больше, чем сильнее поле ротора, т.е. больше ток протекающий в обмотках ротора. Напряжение и ток в обмотках ротора создает тиристорная система возбуждения или возбудитель — небольшой генератор на валу турбогенератора. Турбогенераторы имеют цилиндрический ротор установленный на двух подшипниках скольжения, в упрощенном виде напоминает увеличенный генератор легкового автомобиля. Выпускаются 2-х полюсные (3000 об/мин), 4-х полюсные (1500 об/мин как на Балаковской АЭС), следовательно, имеют высокие частоты вращения и проблемы с этим связанные. По способам охлаждения обмоток турбогенератора различают: с водяным охлаждением (три воды), с воздушным и водородным (чаще применяются на АЭС).

В зависимости от системы охлаждения турбогенераторы подразделяются на несколько типов: с воздушным, масляным, водородным и водяным охлаждением. Также существуют комбинированные типы, например, генераторы с водородно-водяным охлаждением. Также существуют специальные турбогенераторы, к примеру, локомотивные, служащие для питания цепей освещения и радиостанции паровоза. В авиации турбогенераторы служат дополнительными бортовыми источниками электроэнергии. Например, турбогенератор ТГ-60 работает на отбираемом от компрессора авиадвигателя сжатого воздуха, обеспечивая привод генератора трёхфазного переменного тока 208 вольт, 400 герц, номинальной мощностью 60 кВ*А.

Конструкция турбогенератора

Генератор состоит из двух ключевых компонентов — статора и ротора. Но каждый из них содержит большое число систем и элементов. Ротор — вращающийся компонент генератора и на него воздействуют динамические механические нагрузки, а также электромагнитные и термические. Статор — стационарный компонент турбогенератора, но он также подвержен воздействию существенных динамических нагрузок — вибрационных и крутящих, а также электромагнитных, термических и высоковольтных. Первоначальный (возбуждающий) постоянный ток ротора генератора подается на него с возбудителя генератора. Обычно возбудитель соосно соединён упругой муфтой с валом генератора и является продолжением системы турбина-генератор-возбудитель. Хотя на крупных электрических станциях предусмотрено и резервное возбуждение ротора генератора. Такое возбуждение происходит от отдельно стоящего возбудителя. Такие возбудители постоянного тока приводятся в действие своим электродвигателем переменного трехфазного тока и включены как резерв в схему сразу нескольких турбоустановок. С возбудителя постоянный ток подается в ротор генератора посредством скользящего контакта через щётки и контактные кольца. Современные турбогенераторы используют тиристорные системы самовозбуждения.

Работа турбогенератора

Неявнополюсные роторы (рис. 10 и 11) применя­ют в синхронных машинах большой мощности, имеющих частоту вращения п = 1500÷3000 об/мин. Изготовление ма­шин большой мощности с такими частотами вращения при явнополюсной конструкции ротора невозможно по услови­ям механической прочности ротора и крепления полюсов и обмотки возбуждения.

Неявнополюсные роторы имеют главным образом син­хронные генераторы, предназначенные для непосредствен­ного соединения с паровыми турбинами. Такие машины на­зывают турбогенераторами. Турбогенераторы для тепловых электрических станций имеют частоту вращения 3000 об/мин и два полюса, а для атомных станций — 1500 об/мин и четыре по­люса. Ротор турбогенераторов выполняют массивным из цельной стальной поковки. Для роторов турбогенерато­ров большой мощности применяют высококачественную хромоникелевую или хромоникельмолибденовую сталь. По условиям механической прочности диаметр ротора при частоте вращения 3000 об/мин не должен превышать 1,2-1,25 м. Чтобы обеспечить необходимую меха­ническую жесткость, активная длина ротора должна быть не больше 6,5 м.

На рис. 10 дан общий вид, а на рис. 11 — поперечный разрез двухполюсного ротора тур­богенератора.

На наружной поверхности ротора фрезеруют пазы прямоугольной формы, в которые укладывают катушки обмотки возбуждения. Примерно на одной трети полюс­ного деления обмотку не укладывают, и эта часть образует так называемый большой зубец, через который проходит основная часть магнитного потока генератора. Иногда в большом зубце выполняют пазы, которые образуют вен­тиляционные каналы. Из-за больших центробежных сил, действующих на об­мотку возбуждения, ее крепление в пазах производят с по­мощью немагнитных металлических клиньев. Немагнитные клинья ослабляют магнитные потоки пазового рассеяния, которые могут вызывать насыщение зубцов и приводить к уменьшению полезного потока. Пазы большого зубца за­крывают магнитными клиньями. Лобовые части обмотки закрепляют роторными бандажами. Обмотка ротора имеет изоляцию класса В или F. Выводы от обмотки возбуждения подсоединяют к контактным кольцам на роторе. Вдоль оси ротора по всей его длине просверливают цент­ральное отверстие, которое служит для исследования ма­териала центральной части поковки и для разгрузки по­ковки от опасных внутренних напряжений. На рис. 12 дан общий вид турбогенератора. В турбогенераторах функ­цию демпферной обмотки выполняют массивное тело рото­ра и клинья.

Кроме турбогенераторов с неявнополюсным ротором вы­пускают быстроходные синхронные двигатели большой мощности — турбодвигатели.

Турбогенератор

В зависимости от конструкции первичного двигателя существует два основных типа синхронных генераторов:быстроходные и тихоходные.

Быстроходные генераторы на 3000 и 1500 об/мин предназначаются для непосредственного соединения с паровыми турбинами и называются турбогенераторами.

С увеличением числа оборотов размеры и вес паровой турбины и генератора уменьшаются, что дает ряд экономических преимуществ. В связи с этим в настоящее время широко применяют двухполюсные турбогенераторы на 3000 об/мин.

Синхронизация и принятие нагрузки турбогенератора

После того как турбина развернута до номинального числа оборотов, нужно проверить действие приспособления для изменения числа оборотов (синхронизатора). Убедившись, что оно работает исправно, можно включать генератор на сеть, помня, что работать длительное время без нагрузки турбина не должна во избежание чрезмерного нагрева части низкого давления. Если на данную сеть не работает какой-либо другой генератор, то включение осуществляется очень просто. Включают возбуждение генератора, доводят его напряжение до нормального и включают главный масляный выключатель, после чего поочередно включают масляные выключатели фидеров, передающих энергию к потребителям.

Иначе обстоит дело, когда генератор приключается к сети, на которую уже работают другие генераторы. Включение на параллельную или, как говорят, синхронную работу с другими генераторами должно быть произведено в момент, когда напряжение приключаемого генератора равно напряжению в сети, число периодов в секунду (частота) приключаемого генератора одинаково с частотой уже работающих на сеть генераторов (то есть с частотой сети) и имеет место совпадение фаз напряжения в сети и напряжения приключаемого генератора.

Равенство напряжений определяется по показаниям вольтметров, установленных на распределительном щите и указывающих действительные значения напряжений приключаемого генератора и сети. В случае, если показания вольтметров различны, то напряжение генератора подгоняют к напряжению сети, соответствующим образом регулируя возбуждение генератора.

Как известно, напряжение на зажимах (выводах) генератора переменного тока непрерывно изменяется; оно увеличивается от нуля до некоторого максимального положительного значения, затем уменьшается до нуля, после чего принимает отрицательное значение и, достигнув определенной величины, опять падает до нуля и так далее. Графически эти изменения изобразятся кривой, по форме близкой к синусоиде (рис. 8). Время, в течение которого напряжение проходит все свои положительные и отрицательные значения, называется периодом, а число периодов в секунду- частотой. Обычно применяется частота, равная 50 пер/сек.

Частота определяется выражением

где р- число пар полюсов генератора;
n- число оборотов в минуту;
60- число секунд в минуте.
Следовательно, равенство частот работающего и приключаемого генераторов будет иметь место при условии, что

Это значит, что при равном числе полюсов работающего и приключаемого генераторов, то есть р= p1, должны быть равны и числа их оборотов n= n1. Таким образом, для получения близкого совпадения частот число оборотов приключаемого генератора должно быть возможно точно доведено до числа оборотов работающего генератора.

При большем числе полюсов у работающего генератора число оборотов приклчаемого должно быть соответственно больше, и наоборот.

После того как равенство напряжений и близость частот достигнуты, нужно уловить момент совпадения фаз напряжения в сети и напряжения приключаемого генератора и включить генератор именно в этот момент. Это условие требует некоторого пояснения.

Известно, что напряжение в сети, к которой мы должны приключить генератор, изменяется по кривой, аналогичной изображенной на (рис. 8) Практически почти неизбежно, что напряжение генератора, уже работающего на сеть, и напряжение приключаемого генератора, даже имея равные амплитуды, окажутся сдвинутыми по фазе, то есть будут достигать каждого из своих мгновенных одинаковых значений разновременно (рис.9) Если мы при этом условии соединим в момент М генераторы для параллельной работы, то между зажимами генераторов окажется разность потенциалов, равная (b — a), и через обмотки пойдет ток, который может оказаться даже больше тока короткого замыкания. Указанная разность потенциалов будет изменяться по величине примерно так, как показано на (рис. 10) На этой фигуре кривая е1 изображает напряжение работающего на сеть генератора, кривая

— напряжение приключаемого генератора, а кривая ер— равнодействующую напряжений, которое получается от взаимодействия е1 и е2.

Задача состоит в том, чтобы приключить генератор в такой момент, когда его напряжение и напряжение уже работающего на сеть генератора достигнут своих максимальных значений одновременно, будучи при этом равными и взаимно противоположными(будучи взаимно противоположными в внутренней цепи (в обмотках машины), совпадут по фазе по отношению к внешней цепи тока (сборным шинам)).

Читать еще:  Как сделать водородный генератор

В этот момент результирующее напряжение ер будет равно нулю, и включение может быть произведено совершенно безопасно.

Рассматривая диаграмму, представленную на (рис. 10), мы видим, что кривые е1 и е2 имея равные амплитуды, постепенно сдвигаются одна относительно другой. Этот сдвиг вызывается некоторой разностью в числе оборотов генератора, которая практически всегда имеет место до включения на параллельную работу. Соответственно изменяется и амплитуда кривой ер, которая достигает своего максимального значения в момент совпадения одноименных максимальных значений е1 и е2 (точки А и В).

Своего нулевого значения ер достигает в моменты одновременности равных, но взаимно противоположных значений е1 и е2 (точка D) или одновременности нулевых значений (точка С).

Таким образом, приключать генератор можно в моменты, соответствующие точкам С и D. Для определения этих моментов между соединяемыми шинами включают электрические лампы, называемые фазовыми лампами (рис. 11). Ток, проходящий в этих лампах, вызывается равнодействующим напряжением ер. Очевидно, что в соответствии с изменениями ер будет изменяться накал фазовых ламп, которые будут ярко светиться в моменты, соответствующие точкам А и В, и постепенно погасать с уменьшением ер. При этом, чем ближе совпадают скорости вращения генераторов, тем продолжительнее будут периоды вспыхивания и затухания фазовых ламп, так как тем реже будет иметь место совпадение фаз е1 и е2. Схема параллельного соединения двух трехфазных генераторов с включением фазовых ламп показана на (рис. 12). Как видно из этой схемы, обе фазовые лампы при включении выключателей В3 и В4 будут вспыхивать одновременно.

Фазовые лампы не дают возможности точно уловить момент, когда ер становится равным нулю, так как они перестают светиться уже с того момента, когда ер становится недостаточным для их накала, но имеет еще существенную величину. Поэтому в параллель к фазовым лампам обычно приключают вольтметр, по которому можно более точно наблюдать разность потенциалов между соединяемыми шинами. В таком случае включение генератора производят в момент, когда вслед за потуханием фазовой лампы стрелка вольтметра займет нулевое положение. Предварительно добиваются возможно более продолжительных периодов загорания и потухания фазовых ламп, регулируя от руки или со щита число приключаемого генератора посредством приспособления для изменения числа оборотов турбины (синхронизатора).

Эксплуатация турбогенератора

Величина длительно допускаемой (без ограничения времени) нагрузки генератора зависит: 1)температуры охлаждающего воздуха; 2)коэффициента мощности с которым работает генератор; 3)длительно допускаемой температуры нагрева обмоток и стали статора, а также обмоток ротора.

Большинство генераторов, установленных на электростанциях, рассчитано на отдачу номинальной мощности при температуре входящего охлаждающего воздуха +35 или +40 0 С . При этом нагрев воздуха в генераторе (температурный перепад) в зависимости от типа генератора обычно составляет не более 25-30 0 С, соответственно чему температура выходящего из генератора воздуха обычно не превышает +60-70 0 С.

Длительно допускаемые температуры нагрева обмоток и стали различны для генераторов различного типа и зависят от рода их изоляции. Точные значения температур указывают в станционных инструкциях для каждого генератора, однако в большинстве случаев они не должны превышать 100-120 0 С для статорных обмоток и 120-145 0 С для роторных обмоток. Температура стали в месте расположения обмотки не должна быть больше допускаемой температуры последней. При этом предполагается, что температура нагрева обмоток и стали статора измеряются термодетекторами (термометрами сопротивления), заложенными между стержнями обмоток и на дно пазов статора, а температура нагрева обмоток ротора определяется по методу изменения сопротивления при нагреве.

Изоляция генераторов постепенно изнашивается или, как принято говорить, стареет. Старение изоляции происходит в следствии воздействия на нее электрического поля, под действием различных механических нагрузок (вибрации машины, электродинамических действий токов к. з., трения струи охлаждающего воздуха и т. д.). В следствии ее загрязнения, увлажнения, окисления кислородом воздуха и ряда других причин. Особенно большое влияние на старение изоляции оказывает ее нагрев — чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она разрушается, тем меньше ее срок службы. Например, если взять наиболее распространенную для статорных и роторных обмоток изоляцию класса В (изделия из слюды, асбеста и других минеральный материалов со связующими материалами на шеллаке), то оказывается, что если при нагреве до температуры 120 0 С срок службы ее составляет около 15 лет, то при нагреве до 140 0 С срок службы ее резко уменьшается почти до 2 лет. Значительный нагрев изоляции приводит к уменьшению ее эластичности, она становиться хрупкой, электрическая прочность ее резко уменьшается. Так же изоляция класса В при температуре нагрева порядка 105 0 С стареет медленно и срок службы ее становится более 25-30 лет.
Из сказанного следует, что в эксплуатации при любых режимах работы генераторов нельзя допускать нагрева их изоляции свыше установленных для них предельно допустимых температур.

Если температура входящего в генератор воздуха меньше номинальной (соответственно +35 или +40 0 С), то условия охлаждения генератора улучшаются и его мощность может быть несколько увеличена по сравнению с номинальной. Наоборот, если температура входящего воздуха выше номинальной, то мощность генератора должна быть несколько уменьшена. Значения допускаемых нагрузок генераторов при различных температурах входящего воздуха указываются в станционных и типовых инструкциях на генераторы.

Наибольшая допускаемая температура входящего в генератор воздуха +50 0 С, а выходящего (горячего) +75 0 С.

Для большинства генераторов номинальный коэффициент мощности cos f составляет от 0,8 до 0,9. От величины коэффициента мощности, с которым работает генератор, зависит величина тока возбуждения генератора. При одной и той же нагрузке генератора в киловольтамперах, чем меньше коэффициент мощности, тем больше ток возбуждения, тем больше загрузка ротора. Работа генератора с коэффициентом мощности меньше номинального приводит к неполному использованию мощности агрегата.

Если напряжение на зажимах генератора отличается от номинального не более чем на 5%, то генератор может быть загружен на номинальную мощность. Допускаются следующие предельные повышения напряжения на зажимах: для генераторов 6,6 кв — 10%, а для генераторов 10,5 кв и выше — 5%. В случае увеличения напряжения на зажимах генераторов до 6,6 кв и ниже более чем на 5% нагрузка их должна быть несколько уменьшена. Объясняется это тем,что в следствии недопустимости перегрузки ротора повышенное напряжение на зажимах генератора может быть получено только за счет уменьшения его нагрузки Наоборот, в случае уменьшения напряжения на зажимах тех же генераторов более чем на 5%, нагрузка их может быть несколько увеличена.

Несимметричная нагрузка фаз приводит к наведению токов в демпферных обмотках и к перегреву последних. Поэтому следует стремиться обеспечить равномерную нагрузку фаз генератора. Если турбогенераторы имеют роторы с капами, то наибольшая не симметрия нагрузки не должна превышать 10%; при роторах с проволочными бандажами не симметричная нагрузка не допускается.

Генераторы, присоединенные к сети с незаземленными нейтралями или к компенсированной сети (с дугогасящими катушками в нейтралях), могут продолжать работу при однофазных замыканиях на землю в сети. При этом длительность такого режима не должна превышать: для генераторов напряжением 6,6 кв и ниже — 2 часа; а для генераторов напряжением 10,5 кв — 1 часа. Ток замыкания на землю должен быть не более 50 А.

Как устроены синхронные турбо- и гидрогенераторы?

В большинстве синхронных машин используется обращенная конструктивная схема по сравнению с машинами постоянного тока, т. е, система возбуждения расположена на роторе, а якорная обмотка на статоре. Это объясняется тем, что через скользящие контакты проще осуществить подвод сравнительно слабого тока к обмотке возбуждения, чем тока к рабочей обмотке. Магнитная система синхронной машины показана на рис. 1.

Полюса возбуждения синхронной машины размещены на роторе. Сердечники полюсов электромагнитов выполняются так же, как в машинах постоянного тока. На неподвижной части — статоре расположен сердечник 2, набранный из изолированных листов электротехнической стали, в пазах которого размещена рабочая обмотка переменного тока — обычно трехфазная.

Рис. 1. Магнитная система синхронной машины

При вращении ротора в обмотке якоря наводится переменная э.д.с., частота которой прямо пропорциональна частоте вращения ротора. Протекающий по рабочей обмотке переменный ток создает свое магнитное поле. Ротор и поле рабочей обмотки вращаются с одинаковой частотой — синхронно. В двигательном режиме вращающееся рабочее поле увлекает за собой магниты системы возбуждения, а в генераторном — наоборот.

Рассмотрим конструкцию самых мощных машин — турбо- и гидрогенераторов . Турбогенераторы приводятся во вращение паровыми турбинами, которые наиболее экономичны при высоких частотах вращения. Поэтому турбогенераторы выполняют с минимальным числом полюсов системы возбуждения — двумя, что соответствует максимальной частоте вращения 3000 об/мин при промышленной частоте 50 Гц.

Основная проблема турбогенераторостроения заключается в создании надежной машины при предельных величинах электрических, магнитных, механических и тепловых нагрузок. Эти требования накладывают отпечаток на всю конструкцию машины (рис. 2).

Рис. 2. Общий вид турбогенератора: 1 — контактные кольца и щеточный аппарат, 2 — подшипник, 3 — ротор, 4 — бандаж ротора, 5 — обмотка статора, 6 — статор, 7 — выводы обмотки статора, 8 — вентилятор.

Ротор турбогенератора выполняется в виде цельной поковки диаметром до 1,25 м, длиной до 7 м (рабочая часть). Полная длина поковки с учетом вала составляет 12 — 15 м. На рабочей части фрезеруются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения. Таким образом получается двухполюсный электромагнит цилиндрической формы без явно выраженных полюсов.

При производстве турбогенераторов применяются новейшие материалы и конструктивные решения, в частности непосредственное охлаждение активных частей струями охлаждающего агента — водорода или жидкости. Для получения больших мощностей приходится увеличивать длину машины, что и придает ей весьма своеобразный вид.

Читать еще:  Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Гидрогенераторы (рис. 3) по конструкции существенно отличаются от турбогенераторов. Экономичность режима гидравлических турбин зависит от скорости водяного потока, т. е. напора. На равнинных реках создать большой напор невозможно, поэтому частоты вращения турбин весьма низкие — от десятков до сотен оборотов в минуту.

Чтобы получить промышленную частоту 50 Гц, такие тихоходные машины приходится делать с большим числом полюсов. Для размещения большого количества полюсов приходится увеличивать диаметр ротора гидрогенератора, иногда до 10 — 11 м.

Рис. 3. Продольный разрез гидрогенератора зонтичного типа: 1 — ступица ротора, 2 — обод ротора, 3 — полюс ротора, 4 — сердечник статора, 5 — обмотка статора, 6 — крестовина, 7 — тормоз, 8 — подпятник, 9 — втулка ротора.

Создание мощных турбо- и гидрогенераторов представляет сложную инженерную задачу. Необходимо решить целый ряд вопросов механического, электромагнитного, теплового и вентиляционного расчетов и обеспечить технологичность конструкции в производстве. Эти задачи по плечу только мощным конструкторско-производственным коллективам и фирмам.

Весьма интересны конструкции различных типов синхронных микромашин , в которых широко используются системы с постоянными магнитами и реактивные системы, т. е. системы, у которых рабочее магнитное поле взаимодействует не с магнитным полем возбуждения, а с ферромагнитными выступающими полюсами ротора, не имеющими обмотки.

Но все-таки основная область техники, где синхронные машины сегодня не имеют конкурентов — это энергетика. Все генераторы на электростанциях от самых мощных до передвижных выполняются на базе синхронных машин.

Рис. 4. Синхронный турбогенератор

Что же касается синхронных двигателей, то их слабым местом является проблема пуска. Сам по себе синхронный двигатель обычно не может разогнаться. Для этого он снабжается специальной пусковой обмоткой, работающей по принципу асинхронной машины, что усложняет конструкцию и сам процесс пуска. Поэтому синхронные двигатели обычно выпускаются на средние и большие мощности.

Учебный диафильм созданный фабрикой учебно-наглядных пособий в 1965-году:
Синхронные генераторы

Турбогенератор назначение и принцип действия

  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Турбаза «Волчья»
  • Турболет

Смотреть что такое «Турбогенератор» в других словарях:

турбогенератор — турбогенератор … Орфографический словарь-справочник

ТУРБОГЕНЕРАТОР — синхронный генератор трехфазного тока с приводом от паровой или газовой турбины, частота вращения 1500 или 3000 об/мин. Мощность до 1200 МВт … Большой Энциклопедический словарь

ТУРБОГЕНЕРАТОР — ТУРБОГЕНЕРАТОР, турбогенератора, муж. (см. турбина и генератор) (тех.). Агрегат из электрического генератора и турбины, установленной с ним на одном валу. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ТУРБОГЕНЕРАТОР — ТУРБОГЕНЕРАТОР, а, муж. Электрический генератор, приводимый в действие паровой или газовой турбиной. | прил. турбогенераторный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

турбогенератор — сущ., кол во синонимов: 7 • газотурбогенератор (1) • гидротурбогенератор (2) • … Словарь синонимов

Турбогенератор — ТГ Turbogenerator генератор электрического тока с приводом от газовой или паровой турбины. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом, 2010 … Термины атомной энергетики

турбогенератор — Синхронный генератор, приводимый во вращение от паровой или газовой турбины. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические вращающиеся в целом … Справочник технического переводчика

турбогенератор — а; м. Генератор электрической энергии, приводимый во вращение паровой или газовой турбиной. ◁ Турбогенераторный, ая, ое. * * * турбогенератор синхронный генератор трёхфазного тока с приводом от паровой или газовой турбины, частота вращения 1500… … Энциклопедический словарь

ТУРБОГЕНЕРАТОР — синхронный генератор 3 фазного тока с приводом от паровой или газовой турбины (см. рис.). Т. имеет неявнополюсный ротор (индуктор); угловая скорость ротора w определяется из условия f = 2ПИ*wр. где f частота перем. тока, р число пар полюсов (Т.,… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Турбогенератор — генератор электрической энергии, приводимый во вращение паровой или газовой турбиной. Обычно Т. это Синхронный генератор, непосредственно соединённый с турбиной тепловой электростанции (См. Тепловая электростанция) (ТЭС). Так как турбины … Большая советская энциклопедия

Турбогенератор назначение и принцип действия

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

На паровозах устанавливают турбогенераторы мощностью 1 и 5 кВт. При этом турбогенераторы мощностью 5 кВт ставят на пассажирских паровозах. Помимо освещения, турбогенератор служит для питания

Рис. 277. Турбогенератор типа ТГ-1М:

/, 17 — щиты; 2 — угольная шайба; 3 — фланец; 4 — рычаг; 5 — ось; 6 — хомутик, 7 — противовес; 8 — корпус регулятора; 9 — паровое сопло; 10 — лопатки; /1 — корпус турбины; 12 — подводящая лопатка, 13 — шариковые подшипники; 14 — корпус генератора; /5 — якорь; 16 — коллектор; 18 — траверса; 19, 22 — крышки; 20 — уплотнение; 21 — вал; 23 — уплотнительное кольцо; 24, 31 — втулки, 25 — рабочее колесо; 26 — муфта; 27, 35 — пружины; 28 — упорный диск; 29 — регулировочный винт; 30 — парораспределительная камера; 32 — фильтрующая камера; 33 — золотник, 34 — колпак; 36 — клеммная доска

электрическим током автоматической локомотивной сигнализации с автостопом и радиостанции, устанавливаемых на паровозе.

Наиболее совершенным является турбогенератор типа ТГ-1М мощностью 1 кВт (рис. 277), который имеет следующую характеристику:

Напряжение, В. 50

Частота вращения вала, об/мин . 3500 Турбина. активная с двумя ступенями расширения

Давление пара, кгс/см2:

Турбогенератор состоит из двух основных частей — паровой и электрической. Паровая часть турбогенератора представляет собой активную паровую турбину, которая установлена на одном валу с генератором постоянного тока и приводит его в движение.

Турбина имеет чугунный корпус //, закрытый снаружи щитом /, в котором расположено рабочее колесо 25 с насаженными по окружности его рабочими лопатками 10. Рабочее колесо установлено на конце вала

21 и закреплено корпусом регулятора 8, поставленным на резьбе на хвостовик вала. По окружности рабочие лопатки укреплены бандажом, а между ними помещены промежуточные тела для образования проходов пару.

Подача пара на лопатки рабочего колеса осуществляется следующим образом. Пар от пароразборной колонки проходит через сетку фильтрующей камеры 32, по каналу попадает в парораспределительную камеру 30, проходит по кольцевому зазору между втулкой 31 и золотником 33 и поступает в паровое сопло 9, откуда направляется на рабочие лопатки 10. По мере подхода к соплу давление пара вследствие мятия снижается. В сопле пар расширяется, и давление его падает до 1,Ькгс/см2, тепловая энергия пара превращается в кинетическую энергию движения» которая приводит во вращение рабочее колесо и вал якоря генератора. После выхода с рабочих лопаток пар попадает на подводящую лопатку 12 и вторично направляется на лопатки колеса, где снова отдает часть кинетической энергии, а затем уходит в паровыпускную трубу.

Для предупреждения пропуска пара в ступице рабочего колеса сделаны три проточки, в которые вставлены чугунные разрезные уплот-нительные кольца 23. Обладая пружинящими свойствами, кольца плотно прилегают к внутренней поверхности втулки 24, запрессованной в корпус.

Во избежание превышения рабочим колесом установленной предельной частоты вращения (3500 об/мин) и для поддержания ее на постоянном уровне турбогенератор снабжен центробежным регулятором. Два противовеса 7, прижимаемых через муфту 26 цилиндрической пружиной 27, опираются своими призматическими ножами в пазы корпуса 8 регулятора. В муфту 26, свободно сидящую на валу, с торца запрессован упорный диск 28. Упором для пружины служит хомутик 6, прикрепленный к корпусу регулятора.

В стенке щита 1 на оси 5 установлен двуплечий рычаг 4, нижний конец которого сделан в форме вилки. В вилке рычага подвешен фланец 3, к которому болтами прикреплена угольная шайба 2, соприкасающаяся с упорным диском 28 регулятора. В верхнем конце рычага установлен регулировочный винт 29, через который рычаг упирается в торец золотника 33. В нормальном положении золотник 33 отжимается пружиной 35 влево до упора в регулировочный винт 29.

Когда частота вращения вала превысит установленную норму, противовесы 7 под действием центробежной силы расходятся, поворачиваются на призматических ножах и, преодолевая усилие пружины 27, отжимают влево муфту с упорным диском, который в свою очередь через угольную шайбу и фланец отводит влево нижний конец рычага 4 и, поворачиваясь на оси 5, сдвигает золотник вправо. Вследствие этого уменьшается зазор для прохода пара к соплу и снижается частота вращения вала турбогенератора.

Генератор имеет чугунный корпус 14, соединенный болтами с корпусом турбины и справа закрытый щитом 17. Вал генератора установлен на двух шариковых подшипниках 13. С торцов генератор закрыт крышками 19 и 22. .В месте прохода вала поставлено уплотнение 20.

Внутри к корпусу генератора прикреплены два полюса, На каждом из которых посажены две катушки — последовательная и параллельная. На валу генератора установлены якорь 15 и коллектор 16. При вращении вала под действием магнитного поля, создаваемого плюсами, в обмотке якоря генератора возникают электродвижущая сила и ток, который по проводам направляется к коллектору. С коллектора ток снимается при помощи щеток, укрепленных на траверсе 18, которая подвешена на внутреннем фланце щита 17. Со щеток ток по проводам подводится к клеммной доске 36.

Турбогенератор типа ТГ-1М вырабатывает только постоянный ток, а турбогенератор типа Т7-1Р мощностью 1 кВт дает также и переменный ток, идущий на питание радиостанции.

Устанавливают турбогенератор на кронштейне, расположенном на кожухе топки за пределами будки. Пуск генератора в ход производят открытием парового вентиля на пароразборной колонке в будке машиниста. Перед пуском турбогенератора предварительно прогревают паропровод и турбину паром без включения нагрузки. После того как вал турбогенератора достигнет нормальной частоты вращения, включают нагрузку. При длительном перерыве в работе следует, кроме того, проверить вращение вала, очистить золотник, проверить состояние щеток коллектора и крепление проводов на клеммной доске.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector