Das Funktionsprinzip eines Turbogenerators. Turbogenerator. Turbogeneratoreinheit. Sicherheitshinweise

Einführung

Turbogeneratoren (TG) sind die wichtigste Erzeugungsanlage und liefern über 80 % der gesamten weltweiten Stromerzeugung. Gleichzeitig sind TG der komplexeste Typ elektrische 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. 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.

Der Turbogenerator ist ein Synchrongenerator ohne ausgeprägte Pole, dessen Hauptfunktion darin besteht, die mechanische Energie im Betrieb einer Dampf- oder Gasturbine in elektrische Energie umzuwandeln hohe Geschwindigkeiten Rotordrehung (3000,1500 U/min). Mechanische Energie von der Turbine wird mithilfe eines rotierenden Rotors in elektrische Energie umgewandelt Magnetfeld, der durch einen in der Kupferwicklung des Rotors fließenden Gleichspannungsstrom entsteht, der wiederum zur Entstehung eines Drehstroms führt Wechselstrom und Spannung in den Statorwicklungen. Abhängig von den Kühlsystemen werden Turbogeneratoren in verschiedene Typen unterteilt: Generatoren mit luftgekühlt, wasserstoffgekühlte Generatoren und wassergekühlte Generatoren. es gibt auch kombinierte Typen, zum Beispiel ein wasserstoffwassergekühlter Generator (HWG). 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.

Übung

a) Aufbau und Funktionsprinzip des Stromkreises gemäß den Spezifikationen, Anwendungsbereich;

b) Wicklungsdiagramm.

Wähle eine Option

a) ausgewählt nach Tabelle 1.1

Tabelle 1.1

b) ausgewählt gemäß den Tabellen 1.2 und 1.3

Tabelle 1.2

Tabelle 1.3

Turbogeneratoren

2.1 Turbogenerator- ein Synchrongenerator, der im Tandem mit einer Turbine arbeitet. Die Hauptfunktion besteht darin, die mechanische Rotationsenergie einer Dampf- oder Gasturbine in elektrische Energie umzuwandeln. Rotorgeschwindigkeit 3000, 1500 U/min. Die mechanische Energie der Turbine wird durch das rotierende Magnetfeld des Rotors im Stator in elektrische Energie umgewandelt. Das Rotorfeld, das durch einen in der Kupferwicklung des Rotors fließenden Gleichspannungsstrom erzeugt wird, führt zur Entstehung eines Drehstroms Wechselstrom Spannung und Strom in den Statorwicklungen. Je stärker das Rotorfeld ist, desto größer sind Spannung und Strom am Stator, d. h. aktueller Undichtigkeiten in den Rotorwicklungen. Die Spannung und der Strom in den Rotorwicklungen werden durch ein Thyristor-Erregersystem oder einen Erreger erzeugt – einen kleinen Generator auf der Welle eines Turbogenerators. Turbogeneratoren haben einen zylindrischen Rotor, der auf zwei Gleitlagern gelagert ist, in vereinfachter Form ähneln sie einem vergrößerten Generator Personenkraftwagen. Es werden 2-polige (3000 U/min) und 4-polige (1500 U/min wie im KKW Balakowo) hergestellt, daher weisen sie hohe Drehzahlen und damit verbundene Probleme auf. Nach den Methoden zur Kühlung der Wicklungen eines Turbogenerators werden sie unterschieden: wassergekühlt (drei Wasser), luftgekühlt und wasserstoffgekühlt (häufiger in Kernkraftwerken verwendet).

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 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 jeder von ihnen enthält große Nummer Systeme und Elemente. Der Rotor ist ein rotierendes Bauteil des Generators und unterliegt dynamischen mechanischen sowie elektromagnetischen und thermischen Belastungen. Der Stator ist ein feststehender Bestandteil des Turbogenerators, unterliegt aber auch erheblichen Belastungen dynamische Belastungen- Vibration und Drehmoment sowie elektromagnetische, thermische und Hochspannung. 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.

Betrieb des Turbogenerators

In werden Rotoren mit nicht ausgeprägtem Pol (Abb. 10 und 11) verwendet Synchronmaschinen hohe Leistung, Drehzahl n = 1500–3000 U/min. Die Herstellung von Hochleistungsmaschinen mit solchen Drehzahlen ist bei der Ausführung eines Schenkelpolrotors aufgrund der mechanischen Festigkeit des Rotors und der Befestigung der Pole und Feldwicklung nicht möglich.

Bei Rotoren mit nicht ausgeprägtem Pol handelt es sich hauptsächlich um Synchrongeneratoren, die für den direkten Anschluss an Dampfturbinen ausgelegt sind. Solche Maschinen werden Turbogeneratoren genannt. Turbogeneratoren für Wärmekraftwerke haben eine Drehzahl von 3000 U/min und zwei Pole und z Atomkraftwerke- 1500 U/min und vier Pole. Der Rotor des Turbinengenerators besteht aus massivem Schmiedestahl. Für die Rotoren von Hochleistungsturbogeneratoren wird hochwertiger Chrom-Nickel- oder Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl verwendet. Entsprechend den mechanischen Festigkeitsbedingungen sollte der Rotordurchmesser bei einer Drehzahl von 3000 U/min 1,2–1,25 m nicht überschreiten. Um die erforderliche mechanische Steifigkeit zu gewährleisten, sollte die aktive Länge des Rotors nicht mehr als 6,5 m betragen.

In Abb. 10. Dan generelle Form, und in Abb. 11 – Querschnitt eines zweipoligen Rotors eines Turbogenerators.

Auf der Außenfläche des Rotors sind rechteckige Nuten eingefräst, in die die Feldwicklungsspulen eingelegt werden. Die Wicklung liegt nicht etwa auf einem Drittel der Polteilung und dieser Teil bildet den sogenannten großen Zahn, durch den der Hauptteil des magnetischen Flusses des Generators fließt. Manchmal werden in den großen Zahn Rillen eingebracht, um Lüftungskanäle zu bilden. Aufgrund der großen Zentrifugalkräfte, die auf die Erregerwicklung wirken, wird diese mit unmagnetischen Metallkeilen in den Nuten befestigt. Nichtmagnetische Keile reduzieren magnetische Streuflüsse im Schlitz, die zur Zahnsättigung führen und den Nettofluss verringern können. Die Nuten des großen Zahns werden mit Magnetkeilen verschlossen. Die vorderen Teile der Wicklung werden mit Rotorbändern gesichert. Die Rotorwicklung hat eine Isolierung der Klasse B oder F. Die Leitungen von der Feldwicklung sind mit den Schleifringen am Rotor verbunden. Entlang der Rotorachse wird über die gesamte Länge ein zentrales Loch gebohrt, das dazu dient, das Material des zentralen Teils des Schmiedestücks zu untersuchen und das Schmiedestück von gefährlichen inneren Spannungen zu entlasten. In Abb. Abbildung 12 zeigt eine Gesamtansicht des Turbogenerators. Bei Turbogeneratoren wird die Funktion der Dämpferwicklung vom massiven Rotorkörper und den Keilen übernommen.

Neben Turbogeneratoren mit nicht ausgeprägtem Polrotor werden auch schnelllaufende Hochleistungs-Synchronmotoren – Turbomotoren – hergestellt.

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 und in vereinfachter Form an einen vergrößerten Pkw-Generator erinnert. 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.

Die Entstehung von Mächtigen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts Dampfturbine 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 Hauptbeitrag zur Entwicklung des Turbogenerators war die Erfindung des Rotors, bei dem seine Wicklung (Erregerwicklung) in die dadurch entstehenden Schlitze passt Bearbeitung Schmiedestücke 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.

Schreiben Sie eine Bewertung zum Artikel „Turbogenerator“

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

Turbinengeneratoren sind die weltweit wichtigste Maschine zur Erzeugung von Wechselstrom. Erstmals erschienen in den Jahren 1900-1901 Drehstrom-Turbogeneratoren mit zylindrischem Rotor. Danach entwickelten sie sich sowohl im Design als auch im Wachstum der Einheitenkapazitäten rasch weiter. Die größten Turbogeneratoren im Zeitraum 1900–1920 wurden mit sechs Polen hergestellt, da die Metallurgie nur begrenzte Möglichkeiten zur Herstellung von Schmiedeteilen für Rotoren hatte. 1920 wurde der damals leistungsstärkste in den USA hergestellt

Reis. 6.2. Modell eines 1200-MW-Turbogenerators mit einer Drehzahl von 3000 U/min im Kraftwerk Kostroma State District

Turbogenerator mit einer Leistung von 62,5 MW, Drehzahl 1200 U/min. Bipolare Turbogeneratoren wurden mit einer Leistung von nur bis zu 5,0 MW hergestellt.

Nach 1920 wurden vor allem zwei- und vierpolige Turbogeneratoren weiterentwickelt. Die Stückkapazität dieser Maschinen wuchs schnell. Die führenden Länder im Bereich der Turbogeneratorenproduktion waren und sind England, Deutschland, Russland, die USA, Frankreich, die Schweiz und Japan.

Der erste Turbogenerator unseres Landes mit einer Leistung von 500 kW wurde 1924 im Werk Elektrosila hergestellt. Im selben Jahr wurden zwei weitere Turbogeneratoren mit einer Leistung von 1500 kW hergestellt. Diese ersten Maschinen dienten als Grundlage für die Entstehung einer Reihe von Turbogeneratoren im Leistungsbereich von 0,5 bis 24 MW in den Folgejahren bei einer Drehzahl von 3000 U/min. Für 1926 und 1927 29 solcher Turbogeneratoren wurden hergestellt. Diese Maschinen wurden unter der Leitung des hervorragenden Produktionsingenieurs A.S. entwickelt. Schwartz.

Anfang der 30er Jahre entstand im Werk Elektrosila eine neue Baureihe von Turbogeneratoren mit Leistungen von 0,75 bis 50 MW. Von wesentlicher Bedeutung war die Tatsache, dass bei der Erstellung dieser Serie die Erfahrungen Westeuropas und der Vereinigten Staaten im Turbogeneratorbau umfassend genutzt wurden. Im Vergleich zur Vorgängerserie konnte die Kupfermasse in der Statorwicklung um 30 % und die Elektrobandmasse um 10–15 % reduziert werden. Gleichzeitig wurde die Arbeitsintensität im Maschinenbau reduziert. Alle elektromagnetischen, thermischen, lüftungstechnischen und mechanischen Berechnungen wurden mit neuen Berechnungsmethoden durchgeführt. Die Autos wurden aus heimischen Materialien hergestellt. Bereits zum 1. Januar 1935 wurden in heimischen Wärmekraftwerken 12 solcher Turbogeneratoren mit einer Leistung von jeweils 50 MW installiert.

Basierend auf der neuesten Serie von Turbogeneratoren wurden Entwicklungen durchgeführt und mit der Produktion von Hochgeschwindigkeits-Turbomotoren mit einer Leistung von 1 bis 12 MW und einer Drehzahl von 3000 U/min für Turbogebläse und Turbokompressoren begonnen.

Von besonderer Bedeutung ist der Forschungs- und Entwicklungszyklus, der 1937 in der Produktion des weltweit leistungsstärksten Turbogenerators mit 100 MW, einer Drehzahl von 3000 U/min und indirekter Luftkühlung gipfelte. Die Hauptschwierigkeiten betrafen den Rotor. Metallurgen bewältigten die Herstellung von Schmiedestücken große Größen aus hochwertigem Stahl gefertigt, und Elektromaschinenbauer verlangten mit ihrer mechanischen Bearbeitung eine außergewöhnlich hohe Präzision.

Unter der Leitung von R.A. Luther und A.E. Alekseev führte Berechnungen durch und entwickelte Entwürfe für Vorkriegsserien von Turbogeneratoren und Einzelmaschinen.

In den Folgejahren bestand die Notwendigkeit, Turbogeneratoren mit höherer Leistung zu entwickeln – 200 und 300, in den Folgejahren 500, 800, 1000 und sogar 1200 MW bei einer Drehzahl von 3000 U/min (Abb. 6.2). Die Hauptprobleme bei der Herstellung von Turbogeneratoren dieser Leistung entstehen durch die Begrenzung des Rotordurchmessers und des Abstands zwischen seinen Trägern. Im ersten Fall ist die Einschränkung auf die mechanische Festigkeit zurückzuführen, im zweiten Fall auf Vibrationen. Unter diesen Bedingungen wird durch den Einsatz intensiverer Kühlmethoden eine Leistungssteigerung erreicht, die eine Erhöhung der Stromdichte in den Wicklungen ermöglicht. Die Schwierigkeit liegt in diesem Fall darin, den Wirkungsgrad nicht nur aufrechtzuerhalten, sondern auch leicht zu steigern sowie Vibrationen zu reduzieren. All dies erforderte einen sehr großen Umfang an theoretischer und experimenteller Forschung, die Schaffung von Versuchsmaschinen und den Bau einzigartiger Prüfstände.

Forschung, Entwicklung und Produktion leistungsstarker Turbogeneratoren wurden in der UdSSR in drei Fabriken durchgeführt: Elektrosila (Leningrad), Elektrotyazhmash (Charkow) und Sibelektromash (Nowosibirsk). Jedes Werk entwickelte seine eigenen Designs und technologischen Prozesse.

Im Werk Elektrosila wurde zum ersten Mal in der Weltpraxis die Wasserstoffkühlung von Rotoren mit Einlässen und Deflektoren sowie die Wasserkühlung der Statorwicklung vorgeschlagen und beherrscht. Alle Arbeiten wurden zunächst unter der Leitung des Chefingenieurs des Werks D.V. durchgeführt. Efremov, Chefdesigner E.G. Komar und N.P. Ivanov und dann Chefingenieur Yu.V. Aroshidze, Chefkonstrukteur von Turbogeneratoren G.M. Khutoretsky und der Leiter der wissenschaftlichen, technischen und Entwicklungsarbeit des Werks L.V. Kurilowitsch. Wasserstoff ist ein besseres Kältemittel als Luft. Die Nutzung von Wasserstoff begann mit einem Turbogenerator mit 100 MW und 3000 U/min, der 1946 hergestellt wurde. Er verfügte über eine indirekte Wasserstoffkühlung für die Rotor- und Statorwicklungen. Es ist ganz natürlich, dass das Kühlsystem des Statorkerns im Prinzip das gleiche war wie bei der Luftkühlung. Es war ein Übergang von der indirekten Kühlung der Wicklungen zur direkten Kühlung erforderlich. Die Rotorspulen hatten diagonale Kanäle, Wasserstoff wurde ihnen durch Einlässe zugeführt und durch Deflektoren entfernt. Einlässe und Deflektoren sind Keile zur Befestigung der Wicklung mit Profillöchern für den Gasdurchgang. Mit zunehmender Leistung war eine Erhöhung des Wasserstoffdrucks erforderlich. Somit stand das Gas in direktem Kontakt mit dem Kupfer des Rotors. Die Statorwicklungsstäbe bestanden aus hohlen Kupferleitern, zwischen denen Massivleiter verlegt waren. Durch die Hohlleiter fließendes Wasser sorgte für eine direkte Kühlung der Statorwicklung.

Um Vibrationen von Maschinenkörpern radikal zu reduzieren, wurde eine elastische Verbindung zwischen Kern und Körper verwendet. Dies wurde durch Längsschlitze in den rechteckigen Rippen erreicht, auf denen der Kern montiert ist.

Besondere Schwierigkeiten traten beim Bau eines Turbogenerators mit einer Leistung von 800 MW auf. Aufgrund der sehr großen elektrodynamischen Kräfte und resonanznahen Betriebsbedingungen erwiesen sich die üblichen Methoden zur Befestigung der Stirnteile der Wicklungen als inakzeptabel. Die monolithische Befestigung wurde durch neue Befestigungsmaterialien erreicht: ein weiches Material, das sich bei Raumtemperatur formt, also während des Herstellungsprozesses der Maschine und Aushärten bei erhöhten Temperaturen sowie selbstschrumpfende Mylar-Schnüre.

Unter der Leitung von A.B. Shapiro und I.A. KadiOgly entwickelte Original-Turbogeneratoren mit noch intensiverer Wasserkühlung der Rotor- und Statorwicklungen, des Statorkerns und einiger Strukturelemente. Der erste vollständig wassergekühlte Turbogenerator mit einer Leistung von 63 MW und einer Drehzahl von 3000 U/min wurde 1969 in Betrieb genommen. Anschließend wurden drei weitere solcher Maschinen hergestellt. 1980 wurde ein Turbogenerator mit einer Leistung von 800 MW und einer Drehzahl von 3000 U/min in Betrieb genommen. Anschließend nahmen vier weitere Maschinen ihren Betrieb auf. Bei ihrer Konstruktion erfolgte die Wasserzu- und -ableitung zusätzlich zum Schacht. Wasser aus einem stationären Rohr gelangt in den Bereich des Formrings am Rotor und wird dort durch Zentrifugalkräfte festgehalten. Weiter das Wasser fließt in die unteren Anschlüsse der Spulen aus rechteckigen Drähten mit Löchern und dringt unter dem Einfluss von Zentrifugalkräften in die oberen Anschlüsse und den Abflussring ein. Ein solches System wird Selbstdruck genannt. Es ist zu beachten, dass Wasser überall auf der Welt der Rotorwicklung durch Löcher in der Welle zugeführt und von ihr abgeführt wird, was die Konstruktion sehr komplex und weniger zuverlässig macht. Der Vorteil dieser Klasse von Turbogeneratoren ist der Ausschluss von Wasserstoff und die Befüllung des Gehäuses mit Luft bei Atmosphärendruck.

Im Werk Elektrotyazhmash (Kharkov) wurde die Entwicklung und Produktion von Turbogeneratoren mit einer Leistung von 200, 300 und 500 MW und einer Drehzahl von 3000 U/min vom Chefkonstrukteur des Werks L.Ya durchgeführt. Stanislavsky, stellvertretender Chefdesigner V.S. Kildishev, Chefingenieur N.F. Ozerny und Produktionsleiter I.G. Grinchenko. Methoden zur Berechnung von Turbogeneratoren, insbesondere der Endzone, wurden vom Leiter der Abteilung des Instituts für Elektrodynamik der Akademie der Wissenschaften der Ukrainischen SSR I.M. entwickelt. Postnikow.

Die 200-MW-Maschine verfügt über einen wasserstoffgekühlten Rotor und einen wassergekühlten Stator. Der 300-MW-Turbogenerator nutzt eine direkte Wasserstoffkühlung sowohl für die Rotor- als auch für die Statorwicklungen. Der Rotor nutzt eine Axial-Radial-Belüftung. Im Kern der Statorwicklung sind dünnwandige Stahlrohre verlegt, durch die das Gas strömt. Bei 500-MW-Turbogeneratoren werden die Stator- und Rotorwicklungen aus Hohl- und Massivleitern gebildet. Durch Löcher in der Wellenleitung wird der Rotorwicklung Wasser zugeführt und aus ihr entnommen.

Im Werk Sibelektrotyazhmash (Nowosibirsk) wurde ein Turbogenerator mit einer Leistung von 500 MW und einer Drehzahl von 3000 U/min mit Ölkühlung der Statorwicklung und Kern- und Wasserkühlung der Rotorwicklung beherrscht. Ein Zylinder aus Glasband wird in die Statorbohrung eingesetzt und hermetisch in den Abschirmungen befestigt. Öl von einer Seite des Stators gelangt durch Kanäle in den Wicklungsstäben und durch axiale Löcher im Kern zur anderen. Durch die Wellenleitung gelangt Wasser in die Rotorwicklung. Die Spannung der Statorwicklung beträgt 35 kV, was die Stromversorgung vom Generator zum Aufwärtstransformator erheblich erleichtert.

P.E. leistete einen entscheidenden Beitrag zur Organisation der Produktion, Berechnungsmethoden, technologischen Prozessen und Konstruktionen der betrachteten einzigartigen Turbogeneratoren. Bazunov, K.F. Potekhin und K.I. Maslennikow.

Im Turbogeneratorwerk Lysva (Lysva, Region Perm) wurden bedeutende Arbeiten im Bereich Turbogeneratoren durchgeführt mittlere Leistung. Besonders hoch gelobt wurden zweipolige Synchronmotoren mit einer Leistung von 630-12.500 kW, einer Spannung von 6 und 10 kV. Sie werden in Antrieben von Ölpumpen für Hauptölpipelines, Kompressoren für Hauptgaspipelines, Hochofengebläsen, Gaskompressoren für Chemieanlagen usw. eingesetzt. Ihre Entwicklung wurde 1980 abgeschlossen.

Im Vergleich zur Vorgängerserie wurde das Gewicht der Motoren der neuen Serie um das 1,5- bis 2-fache reduziert, der Wirkungsgrad um 0,5 bis 2 % gesteigert, die Arbeitsintensität der Herstellung um das 1,5-fache und das Produktionsvolumen reduziert wurde um das Dreifache erhöht, ohne die Produktionsfläche zu vergrößern. Hinsichtlich ihres technischen Niveaus übertrafen die Motoren die besten Weltstandards. Den bedeutendsten Beitrag zur Berechnung und Konstruktion von Motoren leistete E.Yu. Fleyman und V.P. Glazkov und in Anregungssystemen - S.I. Loginov.

Fasst man die historische Entwicklung von Turbogeneratoren in den Nachkriegsjahren zusammen, sind die Erfolge der wissenschaftlichen und technischen Aktivitäten von Teams mehrerer Fabriken hervorzuheben, wodurch Turbogeneratoren unterschiedlicher Bauart hergestellt und in Produktion genommen wurden. Das Vorhandensein unterschiedlicher Strukturen erschwert jedoch die Planung und den Bau von Kraftwerken, Installations-, Inbetriebnahme- und Reparaturarbeiten sowie die Bereitstellung von Ersatzteilen. Daher wird es innerhalb eines Landes wünschenswert, Maschinen einer einzigen Bauart herzustellen. In der ausländischen Praxis (Frankreich, England, Schweden, Schweiz) wird dieses Problem durch die Zusammenlegung von Elektrotechnikunternehmen und die Spezialisierung der Produktion gelöst. Um in unserem Land eine einzige einheitliche Serie von Turbogeneratoren für alle Anlagen zu schaffen, wurde ein detailliertes Forschungs- und Entwicklungsprogramm für Maschinen einer einzigen Serie entwickelt und umgesetzt (wissenschaftlicher Leiter I.A. Glebov, stellvertretender wissenschaftlicher Leiter Ya.B. Danilevich, Chefdesigner GM. Khutoretsky, Cheftechnologe Yu.V. Petrow). Die Anforderungen für die neue Reihe wurden unter Beteiligung von Spezialisten aus den Mitgliedsländern des Rates für gegenseitige Wirtschaftshilfe formuliert. Die Baureihe basierte auf wasserstoffgekühlten Turbogeneratoren des Vereins Electrosila, da deren Anzahl am größten war und positive Erfahrungen mit deren Betrieb im gesamten Leistungsbereich von 63 bis 800 MW bei einer Drehzahl von 3000 U/min vorlagen. Die Entwicklung von Turbogeneratoren einer einzigen einheitlichen Serie begann 1990.

Zu den größten Errungenschaften ausländischer Unternehmen im Bereich Turbogeneratoren zählen die folgenden. Das Unternehmen Alstom-Atlantic hat eine Reihe vierpoliger Turbogeneratoren mit einer Leistung von 1600 MVA für Kernkraftwerke hergestellt; Die maximale Leistung vierpoliger Turbogeneratoren für Siemens-Kernkraftwerke beträgt etwa 1300 MV ∙A. ABB beherrscht die Produktion von Turbogeneratoren mit einer Leistung von 1500 MV∙A, 1800 U/min, 60 Hz und Turbogeneratoren mit einer Leistung von 1230 MV∙A, 3000 U/min, 50 Hz. Amerikanische und japanische Unternehmen produzieren Turbogeneratoren mit der höchsten Leistung von etwa 1100 MW A. - Alle Unternehmen mit Ausnahme von Siemens verwenden eine Wasserstoff-Wasserkühlung. - Siemens verwendet Wasserkühlung nicht nur für die Wicklungen von Statoren, sondern auch von Rotoren.

Es ist notwendig, auf die ständig steigende Produktion von Turbogeneratoren zu achten

Reis. 6.3. Gesamtansicht eines Prallturbogenerators (Trägheitsenergiespeicher)

1,1,3 - Lager-, Stator- und Rotorwelle eines 200-MW-Turbogenerators; 4,5,6 - Lager, Welle bzw. Schwungradgehäuse; 7 - Asynchronmotor; 8 - Fundamentflöße

mittlere Leistung - bis zu 250 MW für Wärmekraftwerke mit kombiniertem Kreislauf (zwei Gasturbinen und eine Dampfturbine).

In den letzten Jahren hat der Einsatz von Gas-Kombikraftwerken begonnen. Da die maximale Leistung von Gasturbinen derzeit 150–200 MW beträgt, besteht das GuD-System mit einer Leistung von 450–600 MW aus drei Blöcken: zwei mit Gasturbinen und einer mit Dampf. Da solche Einheiten Turbogeneratoren mit relativ geringer Leistung (150–200 MW) benötigen, griffen sie zur Vereinfachung ihrer Konstruktion auf Luftkühlung zurück. Der erste luftgekühlte Turbogenerator mit einer Leistung von 150 MW und einer Drehzahl von 3000 U/min wurde 1996 für das Nordwest-BHKW bei JSC Elektrosila hergestellt.

Zu einer Sonderklasse gehören Kurzzeit-Prallturbinengeneratoren. Sie werden zum Testen von Schaltern, für experimentelle thermonukleare Fusionsanlagen auf Basis von Tokamaks, großen Plasmatrons, Massenbeschleunigungsanlagen usw. verwendet. Für einen experimentellen Tokamak mit superstarkem Feld wurden vier bipolare Turbogeneratoren mit einer Leistung von 200 MW (242 MVA) verwendet entwickelt und hergestellt. Solche Turbogeneratoren wurden erstmals in der Weltpraxis entwickelt (Abb. 6.3). Sie nutzen indirekte Luftkühlung. Um die Abmessungen zu reduzieren, werden die Generatoren mit erhöhter Sättigung des Magnetkreises hergestellt. Auf einer gemeinsamen Welle mit dem Generator befindet sich ein Trägheitsspeicher auf Basis des Rotors eines Turbogenerators mit einer Leistung von 800 MW. Die im Generator gespeicherte Energie beträgt 100 und im Schwungrad 800 MJ. Die spezifische Energieintensität des Generatorrotors beträgt 5, die des Schwungrads 10 J/g. Die Impulsdauer beträgt 5 s. Während der Freisetzung der gespeicherten Energie wird die Drehzahl auf 70 % reduziert. Somit werden 50 % der Energie verbraucht. Die spezifischen Kosten der akkumulierten Energie sind im Vergleich zu den Energiekosten anderer Arten von Speichergeräten am niedrigsten. Durch die Verwendung stärkeren Stahls und die Vergrößerung des Schwungraddurchmessers kann die Energiemenge auf 2500 MJ erhöht werden. Der Antrieb der Anlage erfolgt über einen Asynchronmotor mit gewickeltem Rotor auf der Gerätewelle oder einen über das Netz gespeisten Frequenzumrichter. I.A. Glebov, E.G. Kasharsky und F.G. Rutberg entwickelte Berechnungsmethoden und führte technische Studien durch Verschiedene Optionen und ihr Vergleich rechtfertigen das Turbogenerator-Design im Gegensatz zum Hydrogenerator-Design, das in der ausländischen Praxis verwendet wird. Das Projekt wurde von G.M. durchgeführt. Khutoretsky und metallurgische Probleme wurden von A.M. gelöst. Shkatova.

Es sei darauf hingewiesen, dass dies in den frühen 20er Jahren des 20. Jahrhunderts der Fall war. Russische Wissenschaftler M.P. Kostenko und P.L. Kapitsa entwarf und implementierte den ersten Schockgenerator zur Erzeugung starker Magnetfelder.

Am Tomsker Polytechnischen Institut unter der Leitung und unter direkter Beteiligung von G.A. Sipailov wurde eine wissenschaftliche Schule auf dem Gebiet der Erzeugung gepulster Energie durch elektrische Maschinen im autonomen Modus gegründet. Es wurden zahlreiche Studien durchgeführt, Berechnungsmethoden entwickelt und eine Reihe von Impulsgebern erstellt. Zu den ursprünglichen Lösungen gehören elektrische Maschinengeneratoren mit einem laminierten Rotor ohne ausgeprägte Pole und einer gepulsten Erregungsverstärkung aufgrund der Magnetisierung in asymmetrischen Modi mit sequentiellem Schalten der Stator- und Rotorwicklungen.

Eine grundlegend neue Richtung sind supraleitende Turbogeneratoren, die doppelt so viel Masse und Verluste haben. Es ist ganz natürlich, dass zunächst experimentelle supraleitende Maschinen mit geringer Leistung (synchron, unipolar, Gleichstrom) entwickelt wurden.

Bei VNIIelektromash wurden folgende supraleitende Maschinen hergestellt: ein 3 kW DC-Kollektormotor, ein Synchrongenerator mit einer Leistung

Reis. 6.4. Prüfstand mit einem supraleitenden Turbogenerator mit einer Leistung von 20 MV∙A (in der Bildmitte)

18 kW, unipolarer Generator mit einem Strom von 10 kA bei einer Spannung von 24 V und ein Synchrongenerator mit einer Leistung von 1200 kW. Die ersten vier Maschinen entstanden unter der Leitung und unter direkter Beteiligung von V.G. Novitsky und V. N. Shakhtarin. G.G. leistete auch einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung und Ausführung des 3-kW-Gleichstrommotors. Bortow. Unter der Leitung von V.V. wurde ein Synchrongenerator mit einer Leistung von 1200 kW entwickelt und hergestellt. Dombrowski.

Der erste Mittelleistungsgenerator (20 MP A) wurde 1979 bei VNIIelektromash hergestellt. (Abb. 6.4) . Die Maschine wurde am Stand des Instituts und während der Arbeit bei Lenenergo eingehend untersucht und getestet. Der Rotor verfügt über eine Wicklung aus einer Niob-Titan-Legierung. Die Kühlung erfolgt durch flüssiges Helium (4,2 K), das durch ein festes Rohr im zentralen Loch der Welle in den Rotor gelangt. Auch die Rückführung von Helium im gasförmigen Zustand erfolgt durch den Schacht. Um die supraleitende Wicklung vor Wärmeeinfluss aus der äußeren Umgebung zu schützen, besteht der Rotor aus drei Zylindern, deren Zwischenraum evakuiert ist.

Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am All-Union Scientific Research Institute of Electromechanics (VNIIEM) führten zur Entwicklung einer Reihe supraleitender Maschinen. Die erste Maschine hatte eine Leistung von 600 Watt. Es handelte sich um einen Generator mit einer supraleitenden Feldwicklung am Stator und einer Drehstromwicklung am Rotor. Die nächste Maschine war ein 25-kW-Kommutator-Elektromotor und dann ein 100-kW-Wechselstromgenerator mit supraleitendem Induktor, ein 200-kW-Wechselstrom-Kryomotor mit stationärem Kryostaten, Modell-Synchrongeneratoren mit rotierendem Kryostaten und ein einzigartiger Synchron-Induktionsmotor mit Drehmomentübertragung ohne mechanische Gelenke der Maschinen. Der Manager, Organisator der Produktion und Mitausführender von Forschung und Entwicklung war N.N. Scheremetjewski. Der Hauptentwickler supraleitender Induktoren war A.S. Veselovsky und Anker - A.M. Rubenraut.

Der Erfinder eines synchronen supraleitenden Nichtschenkelpolgenerators mit einer Leistung von 200 kW im Elektrotyazhmash-Werk Kharkov war V.G. Danko.

Am Physikalisch-Technischen Institut niedrige Temperaturen(FTINT, Kharkov) der Initiator, Organisator und wissenschaftliche Leiter aller Arbeiten im Bereich der Nutzung des Phänomens der Supraleitung war B.I. Verkin. Die Arbeiten von Yu.A. waren für die Forschung, Entwicklung und Ausführung von Maschinen von wesentlicher Bedeutung. Kirichenko, A.V. Pogorelova und G.V. Gavrilova.

Bei FTINT entstanden: ein 200 kW Kryoturbinengenerator mit stationärer Erregerwicklung und warm rotierendem Anker, ein 2 und 3 MW Turbogenerator mit supraleitenden Rotoren (gemeinsam mit dem Verein Elektrosila). Die letzten beiden Maschinen wurden unter Beteiligung von Spezialisten des Electrosila-Verbandes I.F. erstellt. Filippova und I.S. Schitomirski. Auf dem Gebiet der unipolaren supraleitenden Maschinen wurde viel Arbeit geleistet: ein 100-kW-Scheibenankermotor, eine 150-kW-Zylinderrotormaschine und dann 325- und 850-kW-Motoren.

Einen wesentlichen Beitrag zur Theorie und Methoden zur Berechnung elektrischer Maschinen mithilfe des Phänomens der Supraleitung leisteten Wissenschaftler des Moskauer Luftfahrtinstituts A.I. Bertinov, B.L. Alievsky, L.K. Kovalev et al.

Bei einem 20-MV-A-Generator hat der äußere Zylinder des Rotors Raumtemperatur, der innere die Temperatur von flüssigem Helium und der mittlere 70 K. Die Wicklung besteht aus Rennbahnspulen unterschiedlicher Breite und ist in einem Heliumbad gedreht, das aus dem Innenzylinder und den Endteilen besteht. Aufgrund des sehr hohen MMF kann auf den Einsatz von Stahl für den Rotor verzichtet werden. Unter diesen Voraussetzungen kann der Stator nutenlos ausgeführt werden. Dadurch erhöht sich die Kupfermenge und die Leistung um etwa das Zweifache. Für eine geringe äußere magnetische Induktion wird im Stator eine ferromagnetische Abschirmung verwendet. Forschung, Entwicklung von Berechnungsmethoden und technologischen Verfahren, Fertigung und Prüfung erfolgten unter der Leitung und unter direkter Beteiligung von I.A. Glebova, Ya.B. Danilevich, A.A. Karshova, L.I. Chubraeva und V.N. Schachtarina.

I.A. Glebov war der wissenschaftliche Betreuer, Ya.B. Dakilevich – Chefdesigner, A.A. Karymov – der Autor neuer Methoden mechanischer Berechnungen, L.I. Chubraev – ein Spezialist, der für die Herstellung des Stators und die Prüfung des supraleitenden Turbogenerators im Stromnetz verantwortlich ist. V.N. Shakhtarin ist der Spezialist, der für die Entwicklung und Herstellung des Rotors verantwortlich ist. Da mithilfe der Kryotechnik niedrige Temperaturen erzielt werden, ist die kreative Beteiligung an der Entwicklung und Erprobung eines 20-MVA-Generators durch Spezialisten des Geliymash Research Institute I.P. Vishneva, A.I. Krause war sehr wichtig.

I.P. Vishnev führte die Entwicklung und Überwachung der Arbeiten zur Entwicklung kryogener Geräte, A.I. durch. Krause führte die Inbetriebnahme und Prüfung kryogener Geräte durch. Von besonderer Bedeutung war ihre Beteiligung an der Arbeit zur Bestimmung der Mindestdauer der Rotorkühlung, die unter den Bedingungen der mechanischen Festigkeit seiner Elemente zulässig ist.

Unter der Leitung von I.F. Filippov als Entwickler von Methoden zur Berechnung thermophysikalischer Prozesse und Leiter der Arbeiten zur Schaffung eines einzigartigen kryogenen Standes und G.M. Khutoretsky entwickelte als Chefkonstrukteur des Vereins Elektrosila einen supraleitenden Turbogenerator mit einer Leistung von 300 MW und einer Drehzahl von 3000 U/min. Der Stator und der Rotor wurden erfolgreich bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff getestet. Die unzureichende Gasdichtheit des Außenzylinders ermöglichte es uns jedoch nicht, das erforderliche Vakuum zu erreichen und den Auslegungsmodus mit flüssigem Helium zu erreichen.

Supraleitende Turbogeneratoren gehören zur zukünftigen Generation von Turbogeneratoren. In einer Reihe von Ländern wird in diese Richtung gearbeitet.

Die USA, westeuropäische Länder und Japan haben auf dem Gebiet der Forschung und Entwicklung supraleitender elektrischer Maschinen erhebliche Fortschritte gemacht. Die größten Erfolge auf dem Gebiet supraleitender Turbogeneratoren wurden in Japan und den USA erzielt. In Deutschland entstanden die Grundelemente eines supraleitenden Turbogenerators mit einer Leistung von 800 MVA. In Japan gibt es ein nationales Programm mit dem Ziel, den Weltmarkt im Bereich Turbogeneratorenbau auf Basis der Nutzung des Phänomens zu erobern Supraleitung. Derzeit befinden sich in Japan drei supraleitende Turbogeneratoren mit einer Leistung von jeweils 70 MVA in der Herstellungsphase. Zu den größten Errungenschaften auf dem Gebiet der unipolaren supraleitenden Maschinen zählen die Ergebnisse der Arbeit des englischen Unternehmens IRD (unipolarer Motor mit einer Leistung von 2,42 MW).

Der obige Rückblick auf dem Gebiet der supraleitenden Maschinen und vor allem der Turbogeneratoren zeigt, dass unser Land weltweit an der Spitze steht.

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.

Ein Turbogenerator ist ein Synchrongenerator ohne ausgeprägte Pole, 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 eines rotierenden Magnetfelds in elektrische Energie umgewandelt, das durch einen in der Kupferwicklung des Rotors fließenden Gleichspannungsstrom erzeugt wird, der wiederum zur Erzeugung von dreiphasigem Wechselstrom und Spannung im Rotor führt Statorwicklungen. 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 dient zur Erzeugung elektrischer 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

Nennparameter des Generators bei Nenndruck und Temperaturen der Kühlmedien 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 gemäß den unter den Keilen der Statorwicklung verlegten Widerstandstemperaturen sollte 75 °C nicht überschreiten, zwischen den Messwerten des am stärksten und am wenigsten erhitzten Widerstandsthermometers sollte sie 20 °C nicht überschreiten. Sie kann in Absprache mit dem Hersteller für jede spezifische Maschine nach thermischen Tests festgelegt werden .

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 mit den inneren Schilden verbunden, an denen die Lüfterschilde befestigt sind.

Die Lüfterschildhälften sind isoliert interne Abschirmungen und untereinander.

Die Anschlüsse der Schirme liegen in einer horizontalen Ebene.

In den Schilden und im Rotormantel befinden sich spezielle Kanäle, durch die das Kühlgas in die Stirnteile der Rotorwicklung gelangt.

Die Gasdichtheit der Verbindungen zwischen den Karosserieebenen und den Außenblechen wird durch eine Gummischnur gewährleistet, die entlang der Unterseite der in die Außenbleche gefrästen Nuten geklebt wird.

Um in die Karosserie zu gelangen, ohne die Außenbleche zu demontieren, ist im unteren Teil eine Luke vorgesehen.

Vor der Montage des Generators auf dem Fundament ruht der Stator auf am Gehäuse angeschweißten Transportfüßen.

Die Montage des Stators auf dem Fundament erfolgt über Hebearme, die beim Transport entfernt werden.

Die Basis für Generator und Erreger bilden Fundamentplatten aus Stahlblechen. Sie werden beim Einbau auf eingebetteten Decken und Festauskleidungen installiert und mit Beton verfüllt.

Zur Befestigung des Generators am Fundament werden Fundamentbolzen verwendet.

Die Basis für die Generatorlagerung ist eine kastenförmige Fundamentplatte.

Gaskühler

Die im Generator erzeugte Wärme wird durch vier vertikale Kühler abgeführt.

Jeder Kühler besteht aus bimetallischen Messing-Aluminium-Rohren mit gerollten Aluminiumlamellen.

Die Rohre werden beidseitig zu Rohrböden gerollt, an denen Kammern verschraubt, mit Gummi abgedichtet und durch Rahmen verbunden werden.

Die Kühler werden von oben in den Stator eingesetzt und liegen mit ihren oberen Rohrböden auf den Endteilen des Stators auf.

Die unteren Kammern gegenüber dem Statorgehäuse sind mit Gummi abgedichtet, so dass eine freie Wärmeausdehnung der Kühler in vertikaler Richtung gewährleistet ist.

Durch abnehmbare Abdeckungen der Wasserkammern können Sie die Rohre reinigen und ihren Zustand überwachen, ohne die Dichtheit des Statorgehäuses zu beeinträchtigen.

Druck und Regen-Rinne an den unteren Abdeckungen befestigt.

Luft ablassen obere Kammern Kühler sind mit Kontrollablaufrohren ausgestattet.

Jedes Rohr ging durch eines der Kühlrohre und untere Kammer, endet mit einem an der Kammer angeschweißten Flansch.

Die Flansche sind über Hähne mit Auslassrohren verbunden, die während des Generatorbetriebs ständig geöffnet sein müssen, damit möglichst wenig Wasser in den Abfluss abfließt.

Statorkern

Der Statorkern wird auf Keilen aus 0,5 mm dicken Elektrostahlsegmenten zusammengesetzt und entlang der Achse geteilt Lüftungskanäle für Pakete.

Die Oberfläche der Segmente ist mit Isolierlack überzogen.

Die Statorkernkeile sind mit den Querringen des Gehäuses verschweißt.

Der komprimierte Statorkern wird durch Druckringe aus nichtmagnetischem Stahl gespannt. Der gezahnte Bereich der Außenpakete wird mit Druckfingern aus nichtmagnetischem Stahl abgedichtet, die zwischen Kern und Druckringen eingebaut sind.

Um elektromagnetische Streuflüsse aus den Stirnteilen der Statorwicklung zu dämpfen, sind unter den Druckringen Kupferschirme angebracht.

Um die Übertragung von Stillstandsschwingungen des Kerns auf Gehäuse und Fundament zu reduzieren, sind in die Statorkeile Längsschlitze eingearbeitet, die eine elastische Verbindung zwischen Statorkern und Gehäuse herstellen.

Statorwicklung

Die Statorwicklung ist dreiphasig, zweischichtig, mit verkürzter Steigung, stabförmig, mit Vertauschung der Elementarleiter. Die vorderen Teile der Wicklung sind korbartig. Die Wicklungsstäbe werden aus massiven und hohlen elementaren isolierten Leitern geflochten und mit speziellen Keilen in den Nuten des Kerns befestigt.

Zur Kühlung der Wicklung wird destilliertes Wasser durch die Hohlleiter geleitet.

An den Enden der Stäbe sind Spitzen zur Wasserversorgung der Hohlleiter angelötet. Die Spitzen sind mit den Stäben verlötet Hartlot Typ P Durchschn. Der elektrische Anschluss der Stäbe erfolgt mit einer Kupferklemme und Keilen durch Löten mit Weichlot vom Typ POS.

Die Anfänge und Enden der Wicklung werden durch die Endklemmen herausgeführt. Die Bezeichnung der Linear- und Nullendklemmen ist in der Installationszeichnung angegeben, die der Betriebsdokumentation beiliegt.

Zur Zu- und Ableitung von Kühlwasser aus der Statorwicklung sind auf Isolatoren montierte Ringkollektoren vorgesehen. Die Verbindung der Kollektoren mit den Wickelstäben erfolgt über Wasserverbindungsrohre aus Isoliermaterial. Das Kühlwasser in der Wicklung fließt durch zwei in Reihe geschaltete Stäbe, Stäbe und Anschlüsse. Um die Befüllung der Kollektoren mit Wasser zu kontrollieren und diese zu entlüften, sind an den oberen Punkten der Kollektoren Drainagerohre installiert, die aus dem Statorgehäuse herausführen.

Während des Betriebs müssen die Abflussrohre mit minimaler Entwässerung geöffnet sein, um kontinuierlich Luft aus dem Kühlsystem der Statorwicklung zu entfernen. Die Überwachung der Durchlässigkeit des Destillats in den Statorwicklungsstäben erfolgt durch Messung der Temperatur mit Wärmewiderständen, die unter den Keilen in jeder Nut des Statorkerns angebracht sind.

Der Rotor besteht aus einem einzigen Schmiedeteil aus Spezialstahl und gewährleistet so seine mechanische Festigkeit in allen Betriebsarten des Generators.

Die Rotorwicklung besteht aus Bandkupfer mit Silberzusatz. Die Kühlung erfolgt direkt mit Wasserstoff über ein Selbstbelüftungsschema mit Gasansaugung aus dem Spalt der Maschine.

Die Duraluminiumkeile, die die Wicklung in den Nuten halten, verfügen über Ein- und Austrittsöffnungen für Kühlgas, die mit den in die Spulen eingefrästen Seitenkanälen übereinstimmen.

Die Nut- und Windungsisolierung der Spulen besteht aus gepresster Glasfaser, die mit hitzebeständigem Lack beschichtet ist. Auf der Erregerseite sind hinter dem Lager Kontaktringe eingebaut, die auf einer von ihnen isolierten Zwischenbuchse warmmontiert sind.

Die im zentralen Loch des Rotors befindlichen Stromzuführungsstäbe sind isoliert mit der Wicklung und den Schleifringen verbunden flexible Reifen und spezielle isolierte Bolzen, die über Stopfbuchsendichtungen verfügen, um die Gasdichtheit des Rotors sicherzustellen.

Rotorreifen aus speziellem, nichtmagnetischem Stahl werden durch Heißpressen auf der Zentrierschärfung des Rotormantels befestigt.

Der Bandagenring wird durch einen Ringschlüssel und eine von außen auf die Bandagennase aufgeschraubte Mutter gegen axiale Bewegungen gehalten.

Um den thermischen Widerstand des Rotors gegen den Einfluss von Gegensystemströmen zu erhöhen, die sich an den Enden des Rotorgehäuses schließen, werden auf der Isolierung der vorderen Teile des Rotorgehäuses Kurzschlussringe in Form von zweischichtigen Kupferkämmen überlappt Wicklung. Die Zähne der Kämme befinden sich unter den Keilen in Nuten mit Wicklung und in speziellen Nuten, die in die großen Zähne des Laufs eingefräst sind.

Die stirnseitigen Teile der Rotorwicklung sind durch Isoliersegmente gegenüber den Bändern und Zentrierringen isoliert.

Stützlager

Das auf der Erregerseite installierte Generatorstützlager ist ein Steiglager und verfügt über ein selbstausrichtendes Kugellager.

Die Lagerschmierung ist erzwungen. Die Ölversorgung erfolgt unter Überdruck aus der Öldruckleitung der Turbine.

Die Lagerkonstruktion ermöglicht eine Fernsteuerung der Temperatur der Babbitt-Auskleidung und des Ablassöls mithilfe von Widerstandsthermometern. Die visuelle Kontrolle des Ölabflusses erfolgt durch das Glas im Rohr.

Auf dem verlängerten Teil der Basis des Lagersteigrohrs ist eine Bürstentraverse installiert, die zur Versorgung der Rotorschleifringe mit Erregerstrom dient.

Um Lagerströme zu eliminieren, ist dieses Lager vom Fundament und von allen Ölleitungen isoliert.

Auf der Zahnstange des Traversenrahmens ist die Installation einer vom Körper isolierten Bürste vorgesehen, die zur Messung des Isolationswiderstands der Rotorwicklung und zur Einführung eines Schutzes gegen diese verwendet wird Doppelkreis Rotorwicklungen an das Gehäuse.

Das Turbinenseiten-Generatorstützlager wird vom Turbinenwerk geliefert.

Wellendichtungen

Um zu verhindern, dass Wasserstoff aus dem Stator entweicht, sind an den Außenschilden des Generators Zweikammer-Wellendichtringe installiert. Bei diesem Dichtungstyp wird der mit Babbitt gefüllte Liner durch den Druck des Spannöls ständig gegen den Anlaufring der Rotorwelle gedrückt und folgt allen Bewegungen des Rotors entlang der Achse.

Das Dichtungsöl, das unter einem Druck steht, der den Gasdruck im Generator übersteigt, wird der Druckkammer zugeführt und gelangt von dort durch Löcher in der Auskleidung in eine ringförmige Nut, die in die Babbitt-Füllung der Auskleidung eingearbeitet ist. Anschließend füllt das Öl die Radialnuten und Keilschrägen und breitet sich von der Ringnut in beide Richtungen aus und bildet bei der Rotation einen kontinuierlichen Film, der einen Gasaustritt aus dem Generatorgehäuse verhindert.

Die zwischen Gehäuse und Auskleidung gebildeten Dichtungs- und Druckölkammern werden mit Gummischnüren abgedichtet, die in ringförmigen Rillen auf der Oberfläche der Auskleidung angebracht sind.

Um den Innenhohlraum des Stators vor dem Eindringen von Öl zu schützen, sind an den Außenschilden zwischen der Wellendichtung und dem Innenhohlraum des Stators Ölabscheider sowie zusätzliche Kammern in den Lüfterschilden installiert.

Um Lagerströme zu eliminieren, sind das Dichtungsgehäuse und die Ölfalle auf der Erregerseite vom Außenschild und den Ölleitungen isoliert.

Der erforderliche Dicht- und Spannöldruck wird durch im Ölversorgungssystem enthaltene Regler bereitgestellt.

Belüftung

Der Generator wird entsprechend belüftet geschlossener Kreislauf. Die Kühlung des Gases erfolgt durch im Statorgehäuse eingebaute Gaskühler. Der erforderliche Gasdruck wird durch zwei auf der Rotorwelle montierte Ventilatoren erzeugt.

3. Sicherheitshinweise

Befolgen Sie in Kraftwerken, die mit wasserstoffgekühlten Generatoren ausgestattet sind, die Sicherheitsvorschriften der jeweiligen Abteilung.

Beim Betrieb eines wasserstoffgekühlten Generators gelangt Wasserstoff teilweise in die Atmosphäre. Das Ergebnis Gasgemisch kann sich entzünden, und wenn es fünf oder mehr Prozent Wasserstoff enthält, kann es explodieren.

Um die Möglichkeit von Bränden und Explosionen während der Installation, der Arbeitsvorbereitung und des Betriebs auszuschließen, treffen Sie Maßnahmen, um sicherzustellen, dass sich in der Nähe des Generators keine unbelüfteten Räume befinden, in die Wasserstoff eindringen kann.

Schließen Sie bei der Belüftung dieser Volumina die Möglichkeit aus, dass Wasserstoff in die Einheiten der Anlage gelangt, die mit Funkenbildung arbeiten oder eine hohe Temperatur aufweisen.

Toleranz Dienstpersonal nach dem vollständigen Herausschieben in das Generatorgehäuse ein Kohlendioxid und durchgeführt chemische Analyse Luft.

Abschluss

Derzeit wird Strom hauptsächlich durch thermische, hydraulische und nukleare Kraftwerke erzeugt. Davon war die vorherrschende Entwicklung Wärmekraftwerke, was wie folgt erklärt wird. Die Stromgestehungskosten von Wasserkraftwerken sind deutlich niedriger als die Stromgestehungskosten von Wärmekraftwerken. Allerdings sind Wasserkraftwerke hinsichtlich der Kapitalinvestitionen um ein Vielfaches teurer als Wärmekraftwerke und ihre Errichtung dauert länger. lange Zeit. Daher ist eine Erhöhung der Kapazität zur Deckung des ständig steigenden Strombedarfs durch den Bau von Wärmekraftwerken besser möglich. In diesem Fall beschleunigt sich zusammen mit einem schnelleren Anstieg der Energieverfügbarkeit auch das Wachstum der Arbeitsproduktivität insgesamt nationale Wirtschaft, was sich zusätzlich auf die Verkürzung der Amortisationszeit der entstandenen Kosten auswirkt. Generatorkesselzirkulation Ölversorgung

Das Vorstehende bestätigt die Relevanz der Installation von Turbogeneratoren in Kesselhäusern, vor allem sowohl zur Deckung des Eigenbedarfs der Kesselhäuser als auch zur Stromversorgung externer Verbraucher.

Referenzliste

1. Braimeister L.G., Pozdnyakov B.I., Teymurazyan Yu.V. usw. „Leitfaden zu große Renovierung Turbogenerator TVV-320-2", Moskau: SPO ORGRES, 1976.

2. Fedorov V.A., Smirnov V.M. „Erfahrung in der Entwicklung, dem Bau und der Inbetriebnahme kleiner Kraftwerke“, Moskau: Teploenergetika, Nr. 1, 2000.

3. Korennov B.E. „Ersetzen der ROU durch eine Gegendruckturbine – ein effektives Energiesparunternehmen für Kesselhäuser und Wärmekraftwerke“, Moskau: Industrial Energy, Nr. 7, 1997.

4. Bushuev V.V., Gromov B.N., Dobrokhotov V.I. und andere. „Wissenschaftliche, technische und organisatorisch-ökonomische Probleme der Einführung energiesparender Technologien“, Moskau: Teploenergetika, Nr. 11, 1997.

5. Khrilev L.S. „Hauptrichtungen der Entwicklung der Fernwärme“, Moskau: Teploenergetika, Nr. 4, 1998.

6. Dobrokhotov V.I. „Energieeinsparung: Probleme und Lösungen“, Moskau: Teploenergetika, Nr. 1, 2000.

Und eine Dampf- oder Gasturbine, die als Antrieb fungiert. Der Begriff „Turbogenerator“ ist bewusst in den Namen von GOST 533 aufgenommen, um diese Generatortypen von vertikalen Generatoren zu unterscheiden, die in Verbindung mit Wasserturbinen GOST 5616 verwendet werden (die Verwendung der Begriffe „Turbogenerator“ und „Wasserstoffgenerator“ zur Beschreibung einzelner elektrische Generatoren ist falsch). Bei Kraftwerken spricht man von Turbineneinheit.

Die Hauptfunktion besteht darin, die innere Energie des Arbeitsmediums durch Drehen einer Dampf- oder Gasturbine in elektrische Energie umzuwandeln. Die Rotordrehzahl wird durch die Parameter des verwendeten Generators bestimmt und reicht von mehreren zehntausend Umdrehungen pro Minute (z Synchrongeneratoren mit Erregung durch Permanentmagnete „NPK „Energodvizhenie“) bis 3000, 1500 U/min (für Synchrongeneratoren mit Erregung der Rotorwicklungen). Mechanische Energie von der Turbine wird durch das rotierende Magnetfeld des Rotors im Stator in elektrische Energie umgewandelt. Das Rotorfeld, das entweder durch am Rotor angebrachte Permanentmagnete oder durch einen in der Kupferwicklung des Rotors fließenden Gleichspannungsstrom erzeugt wird, führt zur Entstehung von dreiphasiger Wechselspannung und -strom in den Statorwicklungen Spannung und Strom am Stator sind umso größer, je stärker das Rotorfeld ist, d. h. je größer der Strom ist, der in den Wicklungen des Rotors fließt. Bei Synchrongeneratoren mit Fremderregung werden Spannung und Strom in den Rotorwicklungen durch ein Thyristor-Erregersystem oder ein Erregersystem erzeugt Erreger - ein kleiner Generator auf der Welle des Hauptgenerators. Als Teil von Turbogeneratoren werden Generatoren verwendet, die einen zylindrischen Rotor haben, der auf zwei Gleitlagern gelagert ist, in vereinfachter Form ähnelt er einem vergrößerten Generator-Pkw. Je nach Einsatzort und Einsatzort werden 2-polige (3000 U/min), 4-polige (1500 U/min wie im KKW Balakowo) und mehrpolige Maschinen hergestellt technologische Anforderungen. Zur Kühlung solcher Generatoren werden sie eingesetzt folgende Methoden Wicklungskühlung: flüssig – durch den Statormantel; flüssig - mit direkter Kühlung der Wicklungen; Luft; Wasserstoff (häufiger in Kernkraftwerken verwendet).

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.

Außerdem wurden die ultraleistungsstarken Turbogeneratoren KGT-20 und KGT-1000 auf Basis der Supraleitung entwickelt.

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.