Funktionsprinzip des autonomen Turbogenerators. Dampfturbinenanlagen von Wärmekraftwerken (TPP). Generatorspezifikationen

Abhängig von der Bauart der Antriebsmaschine gibt es zwei Haupttypen Synchrongeneratoren: hohe Geschwindigkeit und niedrige Geschwindigkeit.

Hochgeschwindigkeitsgeneratoren mit 3000 und 1500 U/min sind für den direkten Anschluss konzipiert und heißen Turbogeneratoren.

Mit zunehmender Geschwindigkeit, Abmessungen und Gewicht Dampfturbine und Generator werden reduziert, was eine Reihe wirtschaftlicher Vorteile mit sich bringt. In diesem Zusammenhang werden heute häufig bipolare Turbogeneratoren mit 3000 U/min eingesetzt.

Synchronisierung und Übernahme der Turbogeneratorlast

Nachdem die Turbine auf die Nenndrehzahl hochgefahren ist, müssen Sie die Funktion des Drehzahländerungsgeräts (Synchronisator) überprüfen. Nachdem Sie sichergestellt haben, dass es ordnungsgemäß funktioniert, können Sie den Generator an das Netzwerk anschließen und dabei daran denken lange Zeit Die Turbine sollte nicht im Leerlauf betrieben werden, um eine übermäßige Erwärmung des Niederdruckteils zu vermeiden. Wenn in diesem Netzwerk kein anderer Generator arbeitet, ist das Einschalten sehr einfach. Schalten Sie die Erregung des Generators ein, bringen Sie seine Spannung auf den Normalwert und schalten Sie den Hauptölschalter ein, woraufhin sie abwechselnd eingeschaltet werden Ölschalter Einspeiser, die Energie an Verbraucher übertragen.

Anders verhält es sich, wenn der Generator an ein Netz angeschlossen ist, für das bereits andere Generatoren arbeiten. Paralleles Einschalten oder, wie man sagt, synchrone Arbeit mit anderen Generatoren muss in dem Moment durchgeführt werden, in dem die Spannung des angeschlossenen Generators gleich der Spannung im Netz ist, die Anzahl der Perioden pro Sekunde (Frequenz) des angeschlossenen Generators mit der Frequenz der bereits in Betrieb befindlichen Generatoren übereinstimmt dem Netz (d. h. mit der Frequenz des Netzes) und es besteht eine Übereinstimmung der Phasen der Spannung im Netz und der Spannung des angeschlossenen Generators.

Die Gleichheit der Spannungen wird durch die Messwerte der auf dem Verteiler installierten Voltmeter bestimmt, die die tatsächlichen Spannungswerte des angeschlossenen Generators und des Netzwerks anzeigen. Bei unterschiedlichen Voltmeterwerten wird die Generatorspannung an die Netzspannung angepasst und die Generatorerregung entsprechend angepasst.

Bekanntlich ist die Spannung an den Klemmen (Klemmen) des Generators Wechselstrom ständig ändernd; er steigt von Null auf einen bestimmten maximalen positiven Wert, sinkt dann auf Null, nimmt danach einen negativen Wert an und fällt bei Erreichen eines bestimmten Wertes wieder auf Null und so weiter. Grafisch werden diese Änderungen durch eine Kurve dargestellt, deren Form einer Sinuskurve ähnelt (Abb. 8). Die Zeit, in der die Spannung alle ihre positiven und negativen Werte durchläuft, wird als Periode bezeichnet, und die Anzahl der Perioden pro Sekunde wird als Frequenz bezeichnet. Typischerweise wird eine Frequenz von 50 pro Sekunde verwendet.

Die Häufigkeit ist gegeben durch

Wobei p die Anzahl der Generatorpolpaare ist;
n - Anzahl der Umdrehungen pro Minute;
60 ist die Anzahl der Sekunden in einer Minute.
Dadurch kommt es unter der Voraussetzung zu Gleichheit der Frequenzen der laufenden und eingeschalteten Generatoren

Das bedeutet, wann gleiche Anzahl Pole von laufenden und geschalteten Generatoren, das heißt p=p 1, müssen gleich sein und die Anzahl ihrer Umdrehungen n= n 1. Um eine möglichst gute Übereinstimmung der Frequenzen zu erreichen, muss daher die Drehzahl des angeschlossenen Generators möglichst genau an die Drehzahl des laufenden Generators angepasst werden.

Bei einer größeren Polzahl eines funktionierenden Generators muss die Drehzahl des angeschlossenen Generators entsprechend größer sein und umgekehrt.

Nachdem Spannungsgleichheit und Frequenznähe erreicht sind, müssen Sie den Zeitpunkt der Phasenübereinstimmung der Spannung im Netz und der Spannung des angeschlossenen Generators erkennen und den Generator in diesem Moment einschalten. Dieser Zustand bedarf einer Erklärung.

Es ist bekannt, dass die Spannung im Netz, an das wir den Generator anschließen müssen, entlang einer Kurve variiert, die der in gezeigten ähnelt (Abb. 8) Es ist praktisch fast unvermeidlich, dass die Spannung des bereits im Netz befindlichen Generators und die Spannung des angeschlossenen Generators, auch wenn sie gleiche Amplituden haben, phasenverschoben sind, d. h. sie erreichen jeweils ihren Momentanwert. identische Werte zu unterschiedlichen Zeiten (Abb. 9) Unter dieser Bedingung verbinden wir uns im Moment M Generatoren für den Parallelbetrieb, dann besteht zwischen den Klemmen der Generatoren eine Potentialdifferenz gleich (b - a), und durch die Wicklungen fließt ein Strom, der sogar größer sein kann als der Strom Kurzschluss. Die angezeigte Potenzialdifferenz variiert in ihrer Größe ungefähr wie in dargestellt (Abb. 10) Diese Figur hat eine Kurve e 1 stellt die Spannung eines im Netz betriebenen Generators dar, die Kurve

Die Spannung des angeschlossenen Generators und die Kurve äh- Resultierende Spannung, die aus der Wechselwirkung resultiert e 1 Und e 2.

Die Aufgabe besteht darin, den Generator in einem Moment einzuschalten, in dem seine Spannung und die Spannung des bereits im Netz arbeitenden Generators gleichzeitig ihre Maximalwerte erreichen und gleich und einander entgegengesetzt sind (im internen Stromkreis einander entgegengesetzt sind). (in den Wicklungen der Maschine) in Bezug auf den externen Stromkreis (Sammelschienen) in Phase sein).

In diesem Moment entsteht die Spannung äh wird gleich Null sein und das Einschalten kann völlig sicher erfolgen.

Wenn wir uns das in (Abb. 10) dargestellte Diagramm ansehen, sehen wir, dass die Kurven e 1 Und e 2 Da sie gleiche Amplituden haben, verschieben sie sich allmählich relativ zueinander. Diese Verschiebung wird durch einen gewissen Drehzahlunterschied des Generators verursacht, der fast immer vor dem Umschalten auf den Parallelbetrieb auftritt. Die Amplitude der Kurve ändert sich entsprechend äh, der seinen Maximalwert im Moment des Zusammentreffens gleicher Maximalwerte erreicht e 1 Und e 2(Punkte A Und IN).

Sein Nullwert äh erreicht in Momenten der Gleichzeitigkeit gleiche, aber einander entgegengesetzte Werte e 1 Und e 2(Punkt D) oder Gleichzeitigkeit von Nullwerten (Punkt MIT).

Somit kann der Generator zu den den Punkten entsprechenden Zeitpunkten eingeschaltet werden MIT Und D. Um diese Momente zwischen den angeschlossenen Bussen zu bestimmen, schließen Sie ein elektrische Lampen, sogenannte Phasenlampen (Abb. 11). Der in diesen Lampen fließende Strom wird durch die resultierende Spannung verursacht äh. Offensichtlich entsprechend den Änderungen äh Das Glühen der Phasenlampen ändert sich und wird in den den Punkten entsprechenden Momenten hell leuchten A Und IN und mit zunehmender Abnahme allmählich verblassen äh. Darüber hinaus gilt: Je näher die Drehzahlen der Generatoren zusammenfallen, desto länger sind die Perioden des Blinkens und Verlöschens der Phasenlampen, da die Phasenübereinstimmung umso seltener auftritt e 1 Und e 2. Planen parallele Verbindung zwei Drehstromgeneratoren unter Einbeziehung von Phasenlampen ist in (Abb. 12) dargestellt. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich ist, sind beide Phasenlampen, wenn die Schalter eingeschaltet sind UM 3 Und UM 4 blinkt gleichzeitig.

Phasenlampen ermöglichen keine genaue Erfassung des Zeitpunkts äh wird gleich Null, da sie ab dem Moment aufhören zu leuchten äh wird für ihre Intensität unzureichend, hat aber immer noch einen signifikanten Wert. Daher wird in der Regel ein Voltmeter parallel zu Phasenlampen geschaltet, wodurch die Potentialdifferenz zwischen den angeschlossenen Bussen genauer beobachtet werden kann. In diesem Fall wird der Generator in dem Moment eingeschaltet, in dem nach dem Erlöschen der Phasenlampe der Zeiger des Voltmeters die Nullposition erreicht. Erstens werden möglichst lange Zünd- und Löschzeiten von Phasenlampen erreicht, indem die Anzahl der eingeschalteten Generatoren manuell oder von einer Schalttafel aus mithilfe einer Vorrichtung zur Änderung der Drehzahl der Turbine (Synchronisator) eingestellt wird.

Betrieb eines Turbogenerators

Die Größe der langfristig zulässigen (ohne zeitliche Begrenzung) Belastung des Generators hängt ab von: 1) der Temperatur der Kühlluft; 2) der Leistungsfaktor, mit dem der Generator arbeitet; 3) langfristig zulässige Erwärmungstemperatur der Statorwicklungen und des Stahls sowie der Rotorwicklungen.

Die meisten in Kraftwerken installierten Generatoren sind für eine Nennleistung ausgelegt Temperatur der einströmenden Kühlluft+35 oder +40 0 С. Dabei beträgt die Erwärmung der Luft im Generator (Temperaturunterschied) je nach Generatortyp in der Regel nicht mehr als 25-30 0 C, dementsprechend überschreitet die Temperatur der den Generator verlassenden Luft in der Regel nicht + 60-70 0 C.

Langfristig zulässige Erwärmungstemperaturen von Wicklungen und Stahl Anders bei Generatoren verschiedene Arten und hängen von der Art ihrer Isolation ab. Die genauen Temperaturwerte sind in der Stationsanleitung für jeden Generator angegeben, sollten jedoch in den meisten Fällen 100-120 0 C für Statorwicklungen und 120-145 0 C für Rotorwicklungen nicht überschreiten. Die Temperatur des Stahls am Ort der Wicklung sollte nicht höher sein als die zulässige Temperatur der Wicklung. Es wird davon ausgegangen, dass die Erwärmungstemperatur der Statorwicklungen und des Stahls durch Wärmedetektoren (Widerstandsthermometer) gemessen wird, die zwischen den Wicklungsstäben und am Boden der Statorschlitze angebracht sind, und die Erwärmungstemperatur der Rotorwicklungen nach der Methode bestimmt wird sich ändernder Widerstand während des Erhitzens.

Die Isolierung von Generatoren nutzt sich mit der Zeit ab oder altert, wie man sagt. Durch die Einwirkung von Umwelteinflüssen altert die Isolierung elektrisches Feld, unter dem Einfluss verschiedener mechanischer Belastungen (Maschinenvibrationen, elektrodynamische Effekte von Kurzschlussströmen, Reibung eines Kühlluftstrahls usw.). Aufgrund seiner Verschmutzung, Befeuchtung, Oxidation durch Luftsauerstoff und einer Reihe anderer Gründe. Einen besonders großen Einfluss auf die Alterung der Isolierung hat die Erwärmung – je höher die Erwärmungstemperatur der Isolierung, desto schneller wird sie zerstört, desto kürzer ist ihre Lebensdauer. Nehmen wir zum Beispiel die gebräuchlichste Isolierung der Klasse B für Stator- und Rotorwicklungen (Produkte aus Glimmer, Asbest und anderen). mineralische Materialien mit Schellack-Bindemitteln) stellt sich heraus, dass die Lebensdauer bei Erhitzen auf eine Temperatur von 120 °C etwa 15 Jahre beträgt, bei Erhitzen auf 140 °C jedoch die Lebensdauer stark auf fast 2 Jahre abnimmt. Eine starke Erwärmung der Isolierung führt zu einer Abnahme ihrer Elastizität, sie wird spröde und ihre elektrische Festigkeit nimmt stark ab. Außerdem altert die Isolierung der Klasse B bei einer Heiztemperatur von etwa 105 °C langsam und ihre Lebensdauer beträgt mehr als 25–30 Jahre.
Daraus folgt, dass es im Betrieb und unter allen Betriebsbedingungen von Generatoren unmöglich ist, deren Isolierung über die für sie festgelegten maximal zulässigen Temperaturen hinaus zu erwärmen.

Wenn die Temperatur der in den Generator eintretenden Luft unter der Nenntemperatur (+35 bzw. +40 °C) liegt, verbessern sich die Kühlbedingungen des Generators und seine Leistung kann im Vergleich zur Nennleistung leicht erhöht werden. Im Gegenteil, wenn die Temperatur einströmende Luftüber dem Nennwert liegt, sollte die Generatorleistung leicht reduziert werden. Die Werte der zulässigen Belastungen von Generatoren bei unterschiedlichen Zulufttemperaturen sind in der Stations- und Standardanleitung für Generatoren angegeben.

Die höchstzulässige Temperatur der in den Generator eintretenden Luft beträgt +50 0 C und die der Austrittsluft (heiße Luft) beträgt +75 0 C.

Bei den meisten Generatoren beträgt der Nennleistungsfaktor cos F liegt zwischen 0,8 und 0,9. Die Größe des Generatorerregerstroms hängt vom Leistungsfaktor ab, mit dem der Generator arbeitet. Bei gleicher Generatorlast in Kilovoltampere gilt: Je niedriger der Leistungsfaktor, desto größer der Erregerstrom, desto größer die Rotorlast. Der Betrieb eines Generators mit einem Leistungsfaktor, der unter dem Nennleistungsfaktor liegt, führt zu einer Unterauslastung der Geräteleistung.

Wenn Klemmenspannung des Generators um nicht mehr als 5 % vom Nennwert abweicht, kann der Generator mit Nennleistung belastet werden. Die folgenden maximalen Spannungserhöhungen an den Klemmen sind zulässig: für Generatoren 6,6 kV - 10 % und für Generatoren 10,5 kV und mehr - 5 %. Wenn die Spannung an den Generatorklemmen um mehr als 5 % auf 6,6 kV und darunter ansteigt, sollte deren Belastung leicht reduziert werden. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass aufgrund der Unzulässigkeit einer Überlastung des Rotors eine erhöhte Spannung an den Generatorklemmen nur durch eine Reduzierung der Belastung erreicht werden kann. Im Gegenteil, wenn die Spannung an den Klemmen derselben Generatoren stärker abnimmt als 5 %, kann ihre Belastung leicht erhöht werden.

Generatoren, die an ein Netz mit ungeerdeten Neutralleitern oder an ein kompensiertes Netz (mit Lichtbogenlöschspulen in den Neutralleitern) angeschlossen sind, können weiterhin betrieben werden einphasige Fehler bis zum Boden im Netzwerk. Gleichzeitig sollte die Dauer dieses Modus Folgendes nicht überschreiten: für Generatoren mit einer Spannung von 6,6 kV und weniger - 2 Stunden; und für Generatoren mit einer Spannung von 10,5 kV - 1 Stunde. Der Erdschlussstrom sollte nicht mehr als 50 A betragen.

Durch das rotierende Magnetfeld des Rotors im Stator. Das Rotorfeld, das entweder durch die Montage am Rotor entsteht Permanentmagnete, oder Gleichspannungsstrom, der in der Kupferrotorwicklung fließt, führt zur Entstehung von dreiphasiger Wechselspannung und -strom in den Statorwicklungen. Je stärker das Rotorfeld ist, desto größer sind Spannung und Strom am Stator, d. h. Es fließt mehr Strom in den Rotorwicklungen. Bei synchronen Turbogeneratoren mit externer Erregung werden Spannung und Strom in den Rotorwicklungen durch ein Thyristor-Erregersystem oder einen Erreger erzeugt – einen kleinen Generator auf der Welle des Turbogenerators. Turbogeneratoren haben einen zylindrischen Rotor, der auf zwei Gleitlagern gelagert ist, in vereinfachter Form ähneln sie einem vergrößerten Generator Personenkraftwagen. Abhängig vom Einsatzort und den Anforderungen des Kunden werden 2-polige (3000 U/min), 4-polige (1500 U/min wie im KKW Balakowo) und mehrpolige Maschinen hergestellt. Nach den Methoden zur Kühlung der Wicklungen des Turbogenerators werden unterschieden: mit Flüssigkeitskühlung durch den Statormantel; mit flüssiger Direktkühlung der Wicklungen; Mit luftgekühlt; mit Wasserstoffkühlung (häufiger in Kernkraftwerken eingesetzt).

Geschichte

Einer der Gründer von ABB, Charles Brown, baute 1901 den ersten Turbogenerator. Es handelte sich um einen 6-poligen Generator mit einer Leistung von 100 kVA.

Das Aufkommen leistungsstarker Dampfturbinen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts führte zur Notwendigkeit von Hochgeschwindigkeits-Turbogeneratoren. Die erste Generation dieser Maschinen verfügte über ein stationäres Magnetsystem und eine rotierende Wicklung. Dieses Design weist jedoch eine Reihe von Einschränkungen auf, eine davon ist der geringe Stromverbrauch. Darüber hinaus ist der Rotor eines Schenkelpolgenerators nicht in der Lage, großen Zentrifugalkräften standzuhalten.

Charles Browns wichtigster Beitrag zur Entwicklung des Turbogenerators war die Erfindung des Rotors, bei dem seine Wicklung (Erregerwicklung) in Schlitze passt, die durch maschinelle Bearbeitung des Schmiedeteils entstehen. Charles Browns zweiter Beitrag zum Turbogenerator war die Entwicklung des laminierten zylindrischen Rotors im Jahr 1898. Und schließlich baute er 1901 den ersten Turbogenerator. Diese Bauart wird bis heute bei der Herstellung von Turbogeneratoren verwendet.

Arten von Turbogeneratoren

Je nach Kühlsystem werden Turbogeneratoren in verschiedene Typen unterteilt: luftgekühlt, ölgekühlt, wasserstoffgekühlt und wassergekühlt. es gibt auch kombinierte Typen, zum Beispiel wasserstoffwassergekühlte Generatoren.

Es gibt auch spezielle Turbogeneratoren, zum Beispiel für Lokomotiven, die zur Stromversorgung der Beleuchtungskreise und des Radiosenders einer Dampflokomotive dienen. In der Luftfahrt dienen Turbogeneratoren als zusätzliche Bordstromquellen. Beispielsweise wird der Turbogenerator TG-60 mit einem Flugzeugtriebwerk betrieben, das vom Kompressor gespeist wird Druckluft, als Antrieb für einen dreiphasigen Wechselstromgenerator 208 Volt, 400 Hertz, Nennleistung 60 kVA*A.

Design eines Turbogenerators

Der Generator besteht aus zwei Hauptkomponenten – dem Stator und dem Rotor. Aber jedes von ihnen enthält eine große Anzahl von Systemen und Elementen. Der Rotor ist ein rotierendes Bauteil des Generators und unterliegt dynamischen mechanischen sowie elektromagnetischen und thermischen Belastungen. Der Stator ist ein stationäres Bauteil eines Turbogenerators, unterliegt aber auch erheblichen dynamischen Belastungen – Vibration und Torsion sowie elektromagnetischen, thermischen und Hochspannungsbelastungen.

Erregung des Generatorrotors

Anfänglich (anregend) D.C. Der Generatorrotor wird vom Generatorerreger versorgt. Typischerweise ist der Erreger koaxial über eine elastische Kupplung mit der Generatorwelle verbunden und stellt eine Fortsetzung des Turbine-Generator-Erregersystems dar. Obwohl im Großen Kraftwerke Außerdem ist eine Reserveerregung des Generatorrotors vorgesehen. Eine solche Erregung erfolgt durch einen separaten Erreger. Solche Gleichstromerreger werden von ihrem Wechselstrommotor angetrieben. Drehstrom und werden als Reserve in den Kreislauf mehrerer Turbineneinheiten gleichzeitig einbezogen. Vom Erreger wird dem Generatorrotor über einen Schleifkontakt über Bürsten und Schleifringe Gleichstrom zugeführt. Moderne Turbogeneratoren verwenden Thyristor-Selbsterregungssysteme.

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Literatur

• Voldek A. I. Elektrische Autos. Energie. L. 1978
• Operation and Maintenance of Large Turbo Generators, von Geoff Klempner und Isidor Kerszenbaum, ISBN 0-471-61447-5, 2004

Anmerkungen

Links

Ein Auszug zur Charakterisierung des Turbogenerators

Einführung

1. Technische Daten

2. Aufbau und Betrieb des Generators

3. Sicherheitshinweise

Abschluss

Referenzliste

Einführung

Turbogeneratoren (TG) sind die wichtigste Erzeugungsanlage und liefern über 80 % der gesamten weltweiten Stromerzeugung. Gleichzeitig sind TGs die komplexeste Art elektrischer Maschinen, die die Probleme von Leistung, Abmessungen, elektromagnetischen Eigenschaften, Erwärmung, Kühlung sowie statischer und dynamischer Festigkeit von Strukturelementen eng miteinander verbinden. Die Gewährleistung höchster Betriebssicherheit und Effizienz der TG ist ein zentrales wissenschaftlich-technisches Problem.

In der heimischen Turbogeneratorindustrie leisteten viele Wissenschaftler, Forscher und Konstrukteure einen großen Beitrag zur Entwicklung der Theorie, zur Entwicklung von Fragen der Berechnung, des Designs und des Betriebs von TGs, unter denen vor allem Alekseev A.E. zu erwähnen ist. Luther R.A., Kostenko M.P., Odinga A.I., Bergera A.Ya., Komara E.G., Efremova D.V., Ivanova N.P., Glebova I.A., Kazovsky E.Ya., Eremina M.Ya., Voldek A. .I., Gervais G.K., Vazhnova K.I. Unter den ausländischen Experten sind E. Wiedemann, V. Kellenberger, V. P. Shuisky und G. Gotter zu nennen.

Gleichzeitig verlieren Fragen der Weiterentwicklung der Theorie, der Entwicklung fortschrittlicherer Technologien und Designs von TG, Berechnungsmethoden und Forschung trotz der enormen Arbeit der letzten Jahrzehnte nicht an Relevanz.

Turbogenerator – nicht ausgeprägter Pol Synchrongenerator, dessen Hauptfunktion darin besteht, mechanische Energie im Betrieb einer Dampf- oder Gasturbine bei hohen Rotordrehzahlen (3000-1500 U/min) in elektrische Energie umzuwandeln. Die mechanische Energie der Turbine wird mithilfe einer rotierenden Turbine in elektrische Energie umgewandelt Magnetfeld, die durch einen in der Kupferrotorwicklung fließenden Gleichspannungsstrom erzeugt wird, der wiederum zur Entstehung von dreiphasigem Wechselstrom und Spannung in den Statorwicklungen führt. Abhängig von den Kühlsystemen werden Turbogeneratoren in verschiedene Typen unterteilt: luftgekühlte Generatoren, wasserstoffgekühlte Generatoren und wassergekühlte Generatoren. Es gibt auch kombinierte Typen, beispielsweise einen wasserstoffwassergekühlten Generator (HW). Der Turbogenerator TVV-320-2 ist für die Erzeugung ausgelegt elektrische Energie in einem Wärmekraftwerk in direkter Verbindung mit der Dampfturbine K-300-240 des Leningrader Metallwerks oder T-250-240 des Ural Turbomotorenwerks.

1. Technische Daten

Die Nennparameter des Generators bei Nenndruck und Nenntemperatur des Kühlmediums sind in der Tabelle angegeben. 1.

Hauptparameter von Kühlmedien

Wasserstoff im Statorgehäuse

Destillat in der Statorwicklung

Prozesswasser in Gaskühlern

Prozesswasser in den Statorwicklungswärmetauschern

Überdruck Prozesswasser Es sollte nicht mehr als der Überdruck des Destillats in der Wicklung herrschen.

Die zulässige Abweichung wird durch die Temperatur des Destillats bestimmt.

Größte zulässige Temperatur einzelne Generatorkomponenten und Kühlmedien. Die Isolierung der Generatorwicklungen ist Klasse „B“.

Die höchstzulässige Temperatur einzelner Generatorkomponenten und Kühlmedien ist in der Tabelle angegeben. 2.

*Die Temperatur der Rotorwicklung darf die Temperatur von kaltem Wasserstoff um nicht mehr als 75 °C überschreiten

Die zulässige Temperatur basierend auf den unter den Keilen der Statorwicklung verlegten Widerstandstemperaturen sollte 75 °C nicht überschreiten

Zusätzliche technische Daten

2. Aufbau und Betrieb des Generators

Allgemeines Funktionsdiagramm der Arbeit

Der Generator ist mit direkter Kühlung der Statorwicklung mit destilliertem Wasser (Destillat) und der Rotorwicklungen und des Statorkerns mit Wasserstoff in einem gasdichten Gehäuse ausgestattet.

Das Destillat in der Statorwicklung zirkuliert unter dem Druck der Pumpen und wird durch außerhalb des Generators befindliche Wärmetauscher gekühlt.

Kühlwasserstoff zirkuliert im Generator unter der Wirkung von auf der Rotorwelle montierten Ventilatoren und wird durch in die Endteile des Generatorgehäuses eingebaute Gaskühler gekühlt.

Die Wasserzirkulation in Gaskühlern und Wärmetauschern erfolgt durch Pumpen außerhalb des Generators.

Die Ölversorgung der Stützlager und Wellendichtungen erfolgt über das Turbinenölsystem.

Zur Notölversorgung der Stützlager und Wellendichtungen im Auslaufbereich des Aggregats sind außerhalb des Generators Reservetanks installiert.

Der Generator wird von einem Hochfrequenz-Induktorgenerator über Halbleitergleichrichter erregt.

Statorgehäuse und Fundamentplatten

Das gasdicht verschweißte Statorgehäuse besteht aus einem Mittelteil, der den Kern mit Wicklung trägt, und zwei Endteilen.

An den Endteilen befinden sich gewundene Frontteile und Gaskühler.

Am erregerseitigen Endteil sind die Endklemmen der Wicklung angebracht – oben Null und unten linear.

Die mechanische Festigkeit des Gehäuses reicht aus, dass der Stator im Falle einer Wasserstoffexplosion dem Innendruck ohne bleibende Verformung standhält.

Die äußeren Statorschilde sind direkt in die inneren Schilde integriert, an denen die Lüfterschilde befestigt sind.

Von Zehntausenden Umdrehungen pro Minute (für synchrone Turbogeneratoren mit Erregung durch Permanentmagnete „NPK Energodvizhenie“) bis 3000, 1500 U/min (für synchrone Turbogeneratoren mit Rotorerregung). Mechanische Energie von der Turbine wird durch den rotierenden Magneten in elektrische Energie umgewandelt Feld des Rotors im Stator... Das Rotorfeld, das entweder durch am Rotor angebrachte Permanentmagnete oder durch einen in der Kupferwicklung des Rotors fließenden Gleichspannungsstrom erzeugt wird, führt zur Entstehung einer dreiphasigen Wechselspannung und Strom in den Statorwicklungen. Spannung und Strom am Stator sind umso größer, je stärker das Rotorfeld ist, d. h. es fließt mehr Strom in den Rotorwicklungen. Bei synchronen Turbogeneratoren mit externer Erregung entsteht Spannung und Strom in den Rotorwicklungen durch ein Thyristor-Erregungssystem oder einen Erreger – einen kleinen Generator auf der Welle des Turbinengenerators. Turbogeneratoren haben einen zylindrischen Rotor, der auf zwei Gleitlagern gelagert ist, in vereinfachter Form ähnelt er einem vergrößerten Pkw-Generator. Abhängig vom Einsatzort und den Anforderungen des Kunden werden 2-polige (3000 U/min), 4-polige (1500 U/min wie im KKW Balakowo) und mehrpolige Maschinen hergestellt. Nach den Methoden zur Kühlung der Wicklungen des Turbogenerators werden unterschieden: mit Flüssigkeitskühlung durch den Statormantel; mit flüssiger Direktkühlung der Wicklungen; luftgekühlt; mit Wasserstoffkühlung (häufiger in Kernkraftwerken eingesetzt).

Geschichte

Einer der Gründer von ABB, Charles Brown, baute 1901 den ersten Turbogenerator. Es handelte sich um einen 6-poligen Generator mit einer Leistung von 100 kVA.

Das Aufkommen leistungsstarker Dampfturbinen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts führte zur Notwendigkeit von Hochgeschwindigkeits-Turbogeneratoren. Die erste Generation dieser Maschinen verfügte über ein stationäres Magnetsystem und eine rotierende Wicklung. Dieses Design weist jedoch eine Reihe von Einschränkungen auf, eine davon ist der geringe Stromverbrauch. Darüber hinaus ist der Rotor eines Schenkelpolgenerators nicht in der Lage, großen Zentrifugalkräften standzuhalten.

Charles Browns wichtigster Beitrag zur Entwicklung des Turbogenerators war die Erfindung des Rotors, bei dem seine Wicklung (Erregerwicklung) in Schlitze passt, die durch maschinelle Bearbeitung des Schmiedeteils entstehen. Charles Browns zweiter Beitrag zum Turbogenerator war die Entwicklung des laminierten zylindrischen Rotors im Jahr 1898. Und schließlich baute er 1901 den ersten Turbogenerator. Diese Bauart wird bis heute bei der Herstellung von Turbogeneratoren verwendet.

Arten von Turbogeneratoren

Je nach Kühlsystem werden Turbogeneratoren in verschiedene Typen unterteilt: luftgekühlt, ölgekühlt, wasserstoffgekühlt und wassergekühlt. Es gibt auch kombinierte Typen, etwa wasserstoffwassergekühlte Generatoren.

Es gibt auch spezielle Turbogeneratoren, zum Beispiel für Lokomotiven, die zur Stromversorgung der Beleuchtungskreise und des Radiosenders einer Dampflokomotive dienen. In der Luftfahrt dienen Turbogeneratoren als zusätzliche Bordstromquellen. Beispielsweise wird der Turbogenerator TG-60 mit Druckluft betrieben, die aus dem Kompressor des Flugzeugtriebwerks entnommen wird, und treibt einen dreiphasigen Wechselstromgenerator mit 208 Volt, 400 Hertz und einer Nennleistung von 60 kVA*A an.

Design eines Turbogenerators

Der Generator besteht aus zwei Hauptkomponenten – dem Stator und dem Rotor. Aber jedes von ihnen enthält eine große Anzahl von Systemen und Elementen. Der Rotor ist ein rotierendes Bauteil des Generators und unterliegt dynamischen mechanischen sowie elektromagnetischen und thermischen Belastungen. Der Stator ist ein stationäres Bauteil eines Turbogenerators, unterliegt aber auch erheblichen dynamischen Belastungen – Vibration und Torsion sowie elektromagnetischen, thermischen und Hochspannungsbelastungen.

Erregung des Generatorrotors

Der anfängliche (erregende) Gleichstrom des Generatorrotors wird ihm vom Generatorerreger zugeführt. Typischerweise ist der Erreger koaxial über eine elastische Kupplung mit der Generatorwelle verbunden und stellt eine Fortsetzung des Turbine-Generator-Erregersystems dar. Allerdings sorgen große Kraftwerke auch für eine Ersatzerregung des Generatorrotors. Eine solche Erregung erfolgt durch einen separaten Erreger. Solche Gleichstromerreger werden von einem eigenen Drehstrom-Elektromotor angetrieben und als Reserve in den Stromkreis mehrerer Turbineneinheiten gleichzeitig eingebunden. Vom Erreger wird dem Generatorrotor über einen Schleifkontakt über Bürsten und Schleifringe Gleichstrom zugeführt. Moderne Turbogeneratoren verwenden Thyristor-Selbsterregungssysteme.

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Literatur

• Voldek A.I. Elektrische Maschinen. Energie. L. 1978
• Operation and Maintenance of Large Turbo Generators, von Geoff Klempner und Isidor Kerszenbaum, ISBN 0-471-61447-5, 2004

Anmerkungen

Links

Ein Auszug zur Charakterisierung des Turbogenerators

Bilibin war nun als diplomatischer Beamter im Hauptquartier der Armee tätig und beschrieb den gesamten Feldzug, obwohl auf Französisch, mit französischen Witzen und Redewendungen, mit ausschließlich russischer Furchtlosigkeit angesichts von Selbstverurteilung und Selbstverurteilung. Spott. Bilibin schrieb, dass ihn seine diplomatische Diskretion [Bescheidenheit] quälte und dass er froh sei, in Fürst Andrei einen treuen Korrespondenten zu haben, dem er die ganze Galle ausschütten konnte, die sich in ihm angesammelt hatte, als er sah, was in der Armee geschah . Dieser Brief war schon vor der Schlacht von Eylau alt.
„Nachdem wir großen Erfolg hatten“, schrieb Bilibin, „Austerlitz vous savez, mon cher Prince, que je ne quitte plus les quartiers generaux. Ai vu ces trois mois, est incroyable.
„Ich fange von Anfang an an. L'ennemi du genre humain, comme vous savez, s'attaque aux Prussiens. Die Preußen waren unsere treuen Verbündeten, und wir hatten keine Trompes, die drei von ihnen waren. Wir prenons fait et Cause pour eux. Aber ich fand heraus, dass die „Menschengattung“ keine Aufmerksamkeit auf unsere schönen Reden lenkte, und weil sie gefährlich und gefährlich war, flog sie über die Prussiens, ohne dass sie die Zeit bis zum Ende der Parade begann, und zwei Touren von den Hauptrosen ein Teller Couture und ihr „Installer im Palais de Potsdam“.

Dampfturbine bildet zusammen mit den dazugehörigen regenerativen Heizgeräten, Kondensatoren, Pumpen, Rohrleitungen und Armaturen Dampfturbinenanlage.

Eine moderne Dampfturbine besteht aus einer Vielzahl von Teilen, die sorgfältig gefertigt und zu einer Einheit zusammengefügt werden. Die Kapazität moderner Energieturbineneinheiten nimmt ständig zu, und derzeit erfolgt die Hauptkapazitätssteigerung in Energiesystemen durch die Inbetriebnahme von Einheiten mit 300, 500, 800 MW. Im Staatsbezirkskraftwerk Kostroma wurde ein Hauptblock mit einer Leistung von 1.200 MW gebaut.

Die Steigerung der Leistung von Turbineneinheiten ermöglicht den Bau leistungsstarker Wärmekraftwerke bei gleichzeitiger Senkung der Bau- und Betriebskosten sowie einer Reduzierung des Brennstoffverbrauchs pro erzeugter Kilowattstunde. Neben der Effizienz muss eine moderne Turbine hohe Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Manövrierfähigkeit erfüllen. Für alle motorbetriebenen Geräte gilt die Forderung nach hoher Manövrierfähigkeit. Die Turbine muss ein schnelles Anfahren, Lastanstieg und -wechsel sowie ein schnelles Abschalten ermöglichen. Diese Aufgabe ist sehr schwierig für Geräte, die mit hohen anfänglichen Dampfparametern (26 MPa, 540–570 °C) arbeiten und Gehäusewände und Flansche mit großer Dicke haben.

Bei der Entwicklung und dem Betrieb von Turbinen muss man sich mit sehr komplexen Problemen der Aerodynamik, der Schwingungstheorie, der Wärmeübertragung und der Änderung der Materialeigenschaften während des Betriebs auseinandersetzen hohe Temperaturen und Vibration, automatische Regelung und Steuerung von Turbinenanlagen.

Reis. 1. Diagramm einer einfachen Turbine

In Abb. Abbildung 1 zeigt ein Diagramm einer einfachen Turbine, und in Abb. 2 - Diagramm des Aufbaus einer mehrstufigen Dampfturbine. Die einfachste Turbine besteht aus Düsenapparat 1, Arbeitsmesser 2, Welle 3 und Scheibe 4.

Reis. 2. Schema einer mehrstufigen Dampfturbine

1 – Turbinenwelle; 2 – Scheiben; 3 - Arbeitsgitter; 4 – untere Körperhälfte; 5 – obere Körperhälfte (Deckel); 6 - Zwerchfell ( unteren Hälften); 7, 8 – Düsengitter; 9 – Membrandichtungen; 10 – Düsengitter der ersten Druckstufe; 11 – vordere Dichtung; 12 – hintere Dichtung; 13 – Stützlager; 14 – Axiallager; 15 - Kupplung; 16 - Schneckengetriebe; 17 – Ölpumpe; 18 - Fundamentplatten; 19 – Geschwindigkeitsregler; 20 - Öltank; 21 - Sicherheitsregler; 22 – Auswahlkammer; 23 – Fenster zur Dampfabsaugung; 24, 27 – Gehäusestützflansche; 25, 26 – Flansche der Stützblöcke

Die Turbine besteht aus rotierender Teil - Rotor Und fester Teil - Stator. Der Rotor besteht aus einer Welle und darauf montierten Scheiben funktionierende Klingen. Der Stator umfasst Dampfeinlasselemente, Düsengitter, Lager usw. Das Turbinengehäuse ist abnehmbar horizontale Ebene entlang der Mittellinie der Welle. Sein unterer Teil ruht auf dem Fundament, der obere Teil wird auf dem unteren Teil montiert und entlang der Flansche mit Bolzen und Muttern befestigt. Durch die Dampfeinlässe wird Frischdampf in den Düsenkasten eingeleitet. Das Gehäuse endet mit einem Abgasrohr, durch das der Abgasdampf aus der Turbine abgeführt wird.

In festen Kanaldüsen dehnt sich Dampf aus; Gleichzeitig sinken Druck und Temperatur, die Geschwindigkeit des Dampfstroms steigt auf mehrere hundert Meter pro Sekunde und damit auch seine kinetische Energie.

Es wird in beweglichen Rotorblättern eingesetzt, die auf Scheiben montiert sind, die auf der Turbinenwelle montiert sind (Abb. 2). Zwischen den Festplatten gibt es feste Partitionen - Öffnung mit darin befestigten Düsen. Es bilden sich die Membran und die Scheibe mit Arbeitslamellen Turbinenstufe.

Bei große Zahl Die Turbine besteht aus mehreren Stufen (20 - 30). Zylinder. Die Rotordrehzahl von Dampfkraftturbinen beträgt üblicherweise 3000 U/min oder 50 s -1, was der in der GUS geltenden Wechselstromfrequenz von 50 Hz entspricht.

Auf jeder Turbinenstufe wird nur ein Teil der inneren Energie des Dampfes umgewandelt mechanische Energie, übertragen von der Turbinenwelle auf die Welle des Stromgenerators. Eine Erhöhung der Stufenzahl führt zu einer Steigerung des Wirkungsgrades der Turbinenanlage, da in diesem Fall jede Stufe optimaler „arbeitet“. Allerdings lohnt sich eine Erhöhung der Stufenzahl nur bis zu einer gewissen Grenze, da mit zunehmender Stufenzahl die Turbine komplexer und teurer wird.

Es werden große Kraftwerke gebaut, die bei hohem und überkritischem Dampfdruck arbeiten Zwischenüberhitzung. Dampf mit hohen Parametern, der in der Turbine Arbeit verrichtet, wird in seinen letzten Stufen befeuchtet, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades und der erosiven Wirkung von Feuchtigkeitströpfchen auf den Turbinenschaufeln führt. Bei der Zwischenüberhitzung von Dampf sinkt nicht nur dessen Endfeuchte, sondern auch der thermische Wirkungsgrad des Kreislaufs steigt. In Abb. 3 zeigt ein Diagramm eines der häufigsten in unserem Energiesektor Kondensationsturbinen K-300 - 240 mit einer Leistung von 300 MW, betrieben bei einem anfänglichen Dampfdruck von 240 atm (23,5 MPa). Die Frischdampftemperatur wird mit 540 - 560 °C angenommen, die Rotationsgeschwindigkeit beträgt 3000 U/min.

Die Turbine besteht aus drei Zylindern: Zylinder hoher Druck(HPC), Mitteldruckzylinder (MCC) und Niederdruckzylinder (LPC). In zwölf Stufen des HPC expandiert Dampf von den oben genannten Anfangsparametern auf einen Druck von 4 MPa und wird anschließend zu einem im Kessel installierten Zwischenüberhitzer (IS) geleitet, wo er dann mit einem Druck von 3,5 MPa und einer Temperatur von 540 - 560 °C gelangen in den CSD. In den zwölf Kopfstufen des CSD entspannt sich der Dampf auf einen Druck von 0,2 MPa und wird dann in zwei Ströme aufgeteilt: Ein Drittel durchläuft fünf Niederdruckstufen im CSD und tritt ein Kondensator, und zwei Drittel des Dampfes werden über Bypassrohre dem LPC zugeführt, wo er, aufgeteilt in zwei Ströme, fünf Niederdruckstufen durchläuft und ebenfalls zum Kondensator geleitet wird. Der Dampfdruck hinter den letzten Stufen vor Eintritt in den Kondensator beträgt 0,0035 MPa. Die Aufteilung des Dampfes im Niederdruckteil in drei Ströme ist auf die großen Dampfmengen in den letzten Stufen zurückzuführen. Die Abgabe der gesamten Dampfmenge durch einen Rost würde aus Festigkeitsgründen zu unzulässigen Höhen der Arbeitsschaufeln führen. Selbst wenn der Dampf in den letzten Stufen in drei Ströme aufgeteilt wird, beträgt die Höhe der Schaufeln 960 mm und die Umfangsgeschwindigkeit an ihrer Spitze 540 m/s. Bei einer Masse der letzten Schaufel von 9,8 kg beträgt die auf sie wirkende Zentrifugalkraft etwa 950 kN.

Turbinen mit höherer Leistung sind sogar noch komplexer. So haben Turbinen mit einer Leistung von 500 MW vier Abgase in den Kondensator und die K-800-240-Turbine mit einer Leistung von 800 MW hat sechs Abgase in den Kondensator. Bei der K-1200-240-Turbine mit einer Leistung von 1200 MW, die im Kraftwerk des Staatsbezirks Kostroma installiert ist, sind die Schaufeln der letzten Stufen 1200 mm lang, bestehen jedoch zur Reduzierung der Zentrifugalkräfte aus einer leichteren Titanlegierung.

Reis. 3. Ändern der Parameter des Arbeitsmediums in der aktiven Turbine:

1, 9 – Frisch- und Abdampfkammern; 2,4,6 - Düsen; 3,5,8 – Arbeitsmesser; 7 - Zwerchfell.

Reis. 4. Diagramm der K-300-240-Turbine (z ist die Anzahl der Stufen)

Kraft-Wärme-Kopplungsturbinen In Wärmekraftwerken installierte Wärmekraftwerke können über 1 oder 2 kontrollierte Auswahlmöglichkeiten verfügen (z. B. Industrie- und Fernwärme). In der Heizturbine T - 250 - 240 sind 2 Dampfentnahmen zur Erwärmung des Wassers im Heizsystem vorhanden (eine davon ist regelbar) und zusätzlich kann eine Vorwärmung durchgeführt werden Netzwerkwasser in einer speziellen Heizung, die in den Kondensator eingebaut ist.

Abdampf von Kondensationsturbinen und Turbinen mit Industrie- und Wärmeauskopplung gelangt in den Kondensator, wo der Druck deutlich unter Atmosphärendruck gehalten wird. Der Kondensator entzieht dem Arbeitsmedium Dampf bei möglichst niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme und wandelt Dampf in Kondensat um, das wiederum zum Antrieb der Kessel verwendet wird. Hier wird die Wärme an das Kühlwasser (Umlaufwasser) übertragen. Kondensat darf nicht mit Kühlwasser vermischt werden große Menge Verunreinigungen. Daher ist der Kondensator ein Oberflächenwärmetauscher.

Abbildung 5 zeigt ein Diagramm eines Dampfturbinenkondensators.

Der Wärmeaustausch von Dampf zu Kühlwasser erfolgt durch die Wände von Rohren mit kleinem Durchmesser, meist aus Messing, in denen sich Kühlwasser bewegt. Nassdampf gelangt in den Kondensator; Die Sättigungstemperatur des kondensierenden Dampfes tk ist umso geringer, je niedriger die Temperatur des zirkulierenden Wassers ist. Bei direkter Wasserversorgung liegt die Temperatur, wenn Wasser aus einem Fluss oder Teich in den Kondensator geleitet wird, zwischen 2 und 20 ° C (durchschnittliche jährliche Auslegungstemperatur 10 - 12 ° C). Bei umgekehrter Wasserversorgung mit Wasserkühlung in Kühltürmen schwankt die Wassertemperatur je nach Jahreszeit zwischen 10 – 12 °C und 35 – 40 °C.

Abb.5. Diagramm des Dampfturbinenkondensators:
1 – Wasserauslassrohr, 2 – Wasserkammerdeckel, 3 – Wasserkammern, 4 – Rohrböden, 5 – Kondensatorkörper, 6 – Dampfeinlassstutzen, 7 – Rohre, 8 – Kondensatsammler, 9 – Wasserversorgungsrohr, 10 – Rohr zum Entfernen von Luft.

Typischerweise wird das zirkulierende Wasser im Kondensator um 8–10 °C erwärmt. Bei Aufrechterhaltung des Drucks im Kondensator pk = 0,0035 MPa beträgt die Kondensationstemperatur tk = 26,4 °C. Im Sommer, wenn die Kühlwassertemperatur über dem Jahresdurchschnitt der Auslegung liegt, kann der Druck im Kondensator auf 0,01 MPa ansteigen, was den Wirkungsgrad der Turbineneinheit entsprechend verringert. Für eine Tonne kondensierten Dampf werden 50 – 60 Tonnen Kühlwasser verbraucht.

Zur Unterstützung gute Bedingungen Wärmeaustausch und konstant Partialdruck Luft und damit Gesamtdruck In einem Kondensator muss die in den Kondensator eintretende Luft kontinuierlich entfernt werden. Zu diesem Zweck werden Luftsauggeräte installiert – Dampfstrahl- oder Wasserstrahlejektoren.

Kondensat vom Boden des Kondensators wird durch Kondensatpumpen abgepumpt und über Heizungen in den Kessel geleitet. Der Kondensator ist unter der Turbine installiert und ein horizontal angeordneter, aus Stahlblech geschweißter Behälter. Im Inneren des Kondensatorkörpers sind in einiger Entfernung von dessen Enden spezielle Lochbleche, sogenannte Rohrböden, eingeschweißt, in die Rohre eingerollt sind, um Wärmeaustauschflächen zu bilden. Das Gehäuse ist an den Enden mit Deckeln verschlossen, so dass zwischen den Deckeln und den Rohrböden Wasserkammern entstehen.

Wenn in einer der Kammern eine horizontale Trennwand installiert ist, erhalten wir einen Kondensator mit zwei Durchgängen: Kühlwasser gelangt in das untere (Versorgungs-)Rohr der vorderen Kammer, strömt durch die unteren Rohrreihen und gelangt durch die hintere Kammer in die obere Rohrreihen entfernt und anschließend aus dem Kondensator entfernt.

Für die oben besprochene K-300-240-Turbine des Leningrader Metallwerks weist der Kondensator die folgenden Eigenschaften auf.