Расход воздуха для охлаждения генератора

Как выбрать вентиляцию для генераторной

Вентиляция помещения, в котором расположен генератор, предполагает организацию подходящих условий для правильного воздухообмена и хорошей циркуляции воздуха.

При выборе вентиляции для генераторной необходимо учитывать следующие факторы:

1. мощность генератора,
2. способ охлаждения двигателя,
3. размер помещения.

В закрытое пространство генераторной должен быть обеспечен постоянный приток свежего воздуха. Для этой цели в стене предусматривают наружное приточное отверстие. Отток же нагретого воздуха за пределы помещения происходит через расположенное на противоположной стороне вытяжное отверстие.

Защита приточного и вытяжного отверстий от атмосферных осадков и проникновения посторонних предметов осуществляется с помощью вентиляционных решеток или жалюзи. Вентиляционные решетки также выполняют декоративную функцию. Ламели (пластины) на жалюзи бывают подвижными и неподвижными. Наиболее практичными считаются жалюзи с подвижными ламелями.

Для вытяжных систем вентиляции подходят гравитационные инерционные решетки. Такая решетка представляет собой раму, внутри которой установлены легкоподвижные горизонтальные ламели. При работающем вентиляторе ламели раскрываются под напором воздуха, а при остановке системы — опускаются под действием гравитации и закрывают просвет воздуховода. Гравитационные инерционные решетки выполняют функцию обратного клапана, поэтому воздушный поток перемещается только в сторону вытяжного отверстия, что исключает возникновение обратной тяги. Инерционные вентиляционные решетки монтируются в воздуховоды или строительные проемы помещений.

Наличие автоматически регулируемых жалюзи особенно важно в районах с низкими температурами зимой, поскольку закрытие ламелей жалюзи после остановки двигателя способствует сохранению тепла в помещении генераторной, что позволяет избежать проблем с запуском двигателя в холодное время года.

Выбор размеров решетки зависит от расхода и направления движения воздуха через неё, а также, размеров монтажного отверстия. Можно выбрать цвет решетки, стандартный цвет – белый, но по отдельной заявке возможна окраска в любой другой цвет по каталогу RAL.

Дополнительно к системам вентиляции следует предусматривать вентиляторы для увеличения скорости движения воздуха.

Для организации вытяжной и приточной вентиляции применяют осевые вентиляторы. Их монтируют в стеновые проемы или другие несущие конструкции.

На нашем сайте представлены осевые вентиляторы серии YWF. Они имеют электродвигатели с внешним ротором, оснащены крыльчаткой с серповидными лопастями, которая имеет динамическую балансировку в двух плоскостях для достижения минимального уровня шума.

Осевые вентиляторы серии YWF различаются:

• по числу полюсов электродвигателя (2, 4, 6, 8, 12 полюсные),
• по типу электродвигателя (E — однофазный, D — трехфазный),
• по диаметру крыльчатки/рабочего колеса, по направлению потока воздуха (B — нагнетание, S — всасывание),
• по исполнению (G — защитная решетка, T — цилиндрический фланец, B — монтажная панель, R — круглый фланец).

Удобны в использовании и при монтаже осевые вентиляторы с защитной решеткой и с настенной панелью.

Обстоятельный выбор комплектующих является составной частью правильного обустройства вентиляции для генераторной. Определиться с выбором Вам помогут консультации наших специалистов.

Источник

Как выбрать вентиляцию для генератора

Оглавление

Введение

Электрогенератор в процессе работы выделяет большое количество тепла, поэтому в случае установки генератора в помещении необходимо как минимум предусмотреть систему приточно-вытяжной вентиляции и систему отвода выхлопных газов. В этой статье мы рассмотрим установку бензинового генератора в помещении с принудительной системой вентиляции. Разберём для чего необходима система вентиляции, какие ошибки допускаются чаще всего при установке системы вентиляции.

Внимание!

Некачественно смонтированная и неправильно рассчитанная система приточно-вытяжной вентиляции может привести к:

• Пожару.
• Объемному взрыву.
• Задымлению помещения
• Оплавлению пластиковых частей электрогенератора.
• Перегреву двигателя и выходу его из строя.
• Порче вещей и оборудования, находящегося в помещении с генератором.

Основные правила

Эффективный отвод тепла и приток свежего воздуха – это одна из важнейших задач при монтаже генераторной установки в помещении. Горячий воздух необходимо отводить от электрогенератора. Для этой цели используется вентилятор, который автоматически включается при запуске генератора. Производительность вентилятора подбирается исходя из мощности электрогенератора. Для притока холодного воздуха в помещение используется либо приточный клапан (отверстие в стене) либо дополнительный подпорный вентилятор.

Первостепенной задачей в проектировании системы приточно-вытяжной вентиляции является расчет необходимой производительности вентилятора для данного генератора. Формула и алгоритм расчета приведены ниже. Недостаточная производительность вентилятора может привести к перегреву как генератора, так и помещения в целом со всеми вытекающими последствиями. Оптимально использование промышленных осевых вентиляторов из-за их невысокой цены и простоты монтажа. Важно чтобы максимальная температура рабочей среды (прокачиваемого воздуха) и максимальная температура окружающей среды (температуры помещения) не превышала паспортные значения вентилятора. Из всего вышесказанного использование бытовых маломощных пластиковых вентиляторов НЕ ДОПУСКАЕТСЯ.

В случае применения осевого вентилятора площадь приточного отверстия должна равняться двум площадям вентилятора(S=пи*R^2). Это связано с тем, что осевые вентиляторы не работают в разряжении (их производительность падает в несколько раз). Поэтому чтобы оно не создавалось, приточный воздух должен успевать поступать в помещение быстрее чем удаляется вентилятором, для этого площадь приточного отверстия должна быть достаточной. В случае невозможности размещения большого отверстия в стене, возможно использование второго — подпорного вентилятора. Важно: производительности вентиляторов при этом не суммируются.

Приточное отверстие необходимо размещать не выше 30 сантиметров от уровня пола, а вытяжное отверстие располагать не ниже 30 сантиметров от потолка. Такое расположение отверстия обусловлено тем, что плотность горячего воздуха ниже площади холодного, поэтому горячий воздух подымается вверх. Также минимальное расстояние между приточным и вытяжным отверстием должно быть не менее 2метров, с целью недопущения попадания вытяжного воздуха обратно в приток.

Температура в помещении, где устанавливается бензогенератор не должна опускаться ниже 0 градусов Цельсия. Это связано с тем, что в процессе работы генератора и системы вентиляции в помещении образуется влага, которая конденсируется на стенах, что приводит к образованию инея на стенах и увеличению влажности. Повышенная влажность способствует образованию конденсата на воздушном фильтре и карбюраторе двигателя. Снижение температуры ниже 0 градусов приведет к образованию льда в воздушном фильтре и карбюраторе, что сделает невозможным последующий запуск генератора. Альтернативой обогрева помещения, может служить подогрев карбюратора генератора, что исключит возможность замерзания конденсата.

В случае обогрева помещения необходимо предусмотреть механизм закрытия приточного и вытяжного отверстия при простое генератора, чтобы тепло не уходило наружу. Это достигается установкой лило специальных жалюзи с электроприводом, которые открываются автоматически при работе генератора, либо особыми инерционными решетками, которые открываются потоком воздуха, при работе вентилятора.

Необходимо ОБЯЗАТЕЛЬНО предусмотреть систему автоматической остановки генератора в случае перегрева помещения. Такая ситуация может возникнуть, например, в случае попадания мусорного пакета в приточное отверстие, либо в случае выхода вытяжного вентилятора из строя, либо его перегрева. Для этой цели используется специализированный термостат, который автоматически глушит генератор при превышении температуры внутри помещения выше установленной. Устанавливается на расстоянии 1.5метра от потолка. Без этого термостата эксплуатация бензогенератора в помещении ЗАПРЕЩЕНА, т.к. перегрев может привести к серьезным последствиям.

Приточное отверстие снаружи необходимо закрыть декоративной решеткой, которая защищает отверстие и стену здания от попадания воды и проникновению грызунов и насекомых.

Расчет производительности вентилятора

Производительность вентилятора рассчитывается исходя из количества теплоты (тепла выделяемого генератором при сгорании топлива) и дельте температур выдуваемого и приточного воздуха. В основе расчета лежит формула:

Расчет избытка теплоты Qизб рассчитывается из удельной теплоты сгорания бензина и его расхода в час. Также необходимо учесть количество теплоты уходящего с выхлопными газами, которое не будет учитываться в расчете избытка теплоты Qизб. Для бензинового карбюраторного двигателя количество теплоты, уходящего с выхлопными газами Qгаз находится в диапазоне от 30 до 55 процентов исходя из теплового баланса двигателя внутреннего сгорания. В расчете используем минимальное значение Qгаз = 30%.

С учётом вышесказанного расчет избытка теплоты Qизб рассчитывается по формуле:

С учетом формулы (1) и формулы (2) получаем итоговую формулу (3) расчета производительности вентилятора в зависимости от температуры приточного, выдуваемого воздуха и расхода топлива бензинового генератора:

Производительность вентилятора по формуле (3) необходимо рассчитывать с максимально возможными входными параметрами. Например, брать в расчет максимально возможную температуру уличного(приточного) воздуха в регионе установки бензогенератора (например Лето +35 Градусов Цельсия), максимально допустимую температуру выдуваемого воздуха (как правило не более +60 градусов Цельсия), максимально возможный расход топлива(большинство производителей электро генераторов в паспорте указывают расход топлива при 75% нагрузке, в расчете необходимо учитывать максимально возможный расход топлива при 100% нагрузке).

Таким образом используя формулу (3) можно легко рассчитать необходимую производительность вентилятора конкретного генератора, зная его расход топлива.

Калькулятор расчета производительности вентилятора для генератора.

В основе расчета online-калькулятор лежат приведенные выше формулы. В качестве входящих данных используются: расход топлива бензогенератора, температура приточного(уличного) воздуха, температура выдуваемого воздуха.

Источник

Системы охлаждения генераторов

Во время работы синхронного генератора его обмотки и активная сталь нагреваются.

Допустимые температуры нагрева обмоток статора и ротора зависят в первую очередь от применяемых изоляционных материалов и температуры охлаждающей среды. По ГОСТ 533-76 для изоляции класса В (на асфальтобитумных лаках) допустимая температура нагрева обмотки статора должна находиться в пределах 105°С, а ротора 130°С. При более теплостойкой изоляции обмоток статора и ротора, например, классов F и Н, пределы допустимой температуры нагрева увеличиваются.

В процессе эксплуатации генераторов изоляция обмоток постепенно стареет. Причиной этого являются загрязнение, увлажнение, окисление кислородом воздуха, воздействие электрического поля и электрических нагрузок и т.д. Однако главной причиной старения изоляции является ее нагрев. Чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается, тем меньше срок ее службы. Срок службы изоляции класса В при температуре нагрева ее до 120°С составляет около 15 лет, а при нагреве до 140°С — сокращается почти до 2 лет. Та же изоляция при температуре нагрева 105°С (т.е. в пределах ГОСТ) стареет значительно медленнее и срок службы ее увеличивается до 30 лет. Поэтому во время эксплуатации при любых режимах работы генератора нельзя допускать нагрева его обмоток свыше допустимых температур.

Для того чтобы температура нагрева не превышала допустимых значений, все генераторы выполняют с искусственным охлаждением.

По способу отвода тепла от нагретых обмоток статора и ротора различают косвенное и непосредственное охлаждение.

При косвенном охлаждении охлаждающий газ (воздух или водород) с помощью вентиляторов, встроенных в торцы ротора, подается внутрь генератора и прогоняется через немагнитный зазор и вентиляционные каналы. При этом охлаждающий газ не соприкасается с проводниками обмоток статора и ротора и тепло, выделяемое ими, передается газу через значительный тепловой барьер — изоляцию обмоток.

При непосредственном охлаждении охлаждающее вещество (газ или жидкость) соприкасается с проводниками обмоток генератора, минуя изоляцию и сталь зубцов, т.е. непосредственно.

Отечественные заводы изготовляют турбогенераторы с воздушным, водородным и жидкостным охлаждением, а также гидрогенераторы с воздушным и жидкостным охлаждением.

Воздушное охлаждение генератора

Существуют две системы воздушного охлаждения — проточная и замкнутая.

Проточную систему охлаждения применяют редко и лишь в турбогенераторах мощностью до 2 MBА, а также в гидрогенераторах до 4 MBА. При этом через генератор прогоняется воздух из машинного зала, который быстро загрязняет изоляцию обмоток статора и ротора, что в конечном счете сокращает срок службы генератора.

При замкнутой системе охлаждения один и тот же объем воздуха циркулирует по замкнутому контуру. Схематично циркуляция воздуха при таком охлаждении для турбогенератора представлена на рис.1. Для охлаждения воздуха служит воздухоохладитель 1, по трубкам которого непрерывно циркулирует вода. Нагретый в машине воздух выходит через патрубок 2 в камеру горячего воздуха 3, проходит через воздухоохладитель и через камеру холодного воздуха 4 снова возвращается в машину. Холодный воздух нагнетается в машину встроенными вентиляторами 5. В генераторах с большой длиной активной части холодный воздух подается с обоих торцов машины, как это показано на рис.1.

Рис.1. Замкнутая система воздушного охлаждения турбогенератора

В целях повышения эффективности охлаждения турбогенераторов, длина активной части которых особенно велика, а воздушный зазор мал, используют многоструйную радиальную систему вентиляции. Для этого вертикальными плоскостями 6 делят систему охлаждения турбогенераторов на ряд секций. В каждую секцию воздух поступает из воздушного зазора (I и III секции) или из специального осевого канала 7 (II секция).

Для увеличения поверхности соприкосновения нагретых частей с охлаждающим воздухом в активной стали машины выполняют систему вентиляционных каналов. Пройдя через радиальные вентиляционные каналы в стали, нагретый воздух уходит в отводящие камеры 8. Многоструйная вентиляция обеспечивает равномерное охлаждение турбогенератора по всей длине. Для восполнения потерь в результате утечек предусмотрен дополнительный забор воздуха через двойные масляные фильтры 9, установленные в камере холодного воздуха.

Отечественные заводы изготовляют турбогенераторы с замкнутой системой воздушного охлаждения мощностью до 12 МВт включительно.

Замкнутая система косвенного охлаждения воздухом у гидрогенераторов применяется значительно шире. Наиболее крупный генератор с косвенным воздушным охлаждением серии СВ мощностью 264,7 MBА выпущен ПО «Электросила» для Братской ГЭС. Схема вентиляции гидрогенератора показана на рис.2.

Рис.2. Замкнутая система вентиляции гидрогенератора
1 — ротор; 2 — статор;
3 — воздухоохладитель;
4 — лопатки вентилятора

В гидрогенераторах охлаждение явнополюсных роторов облегчается благодаря наличию межполюсных промежутков и большей поверхности охлаждения ротора.

Охлаждение гладкого ротора турбогенератора менее эффективно, так как в рассматриваемом случае он охлаждается только со стороны воздушного зазора. Последнее обстоятельство в значительной мере определяет ограниченные возможности воздушного охлаждения для турбогенераторов. У генераторов с воздушным охлаждением предусматривается устройство для тушения пожаров водой.

Косвенное водородное охлаждение турбогенераторов

Турбогенераторы с косвенным водородным охлаждением имеют в принципе такую же схему вентиляции, как и при воздушном охлаждении. Отличие состоит в том, что объем охлаждающего водорода ограничивается корпусом генератора, в связи с чем охладители встраиваются непосредственно в корпус. Размещение газоохладителей и газосхема циркуляции водорода внутри генератора представлены на рис.3.

Рис.3. Схема многоструйной радиальной вентиляции в турбогенераторах
1 — камеры холодного газа;
2 — камеры горячего газа;
3 — газоохладители

Водородное охлаждение эффективнее воздушного, так как водород как охлаждающий газ по сравнению с воздухом имеет ряд существенных преимуществ. Он имеет в 1,51 раза больший коэффициент теплопередачи, в 7 раз более высокую теплопроводность. Последнее обстоятельство предопределяет малое тепловое сопротивление прослоек водорода в изоляции и зазорах пазов.

Значительно меньшая плотность водорода по сравнению с воздухом позволяет уменьшить вентиляционные потери в 8-10 раз, в результате чего КПД генератора увеличивается на 0,8-1%.

Отсутствие окисления изоляции в среде водорода по сравнению с воздушной средой повышает надежность работы генератора и увеличивает срок службы изоляции обмоток. К достоинствам водорода относится и то, что он не поддерживает горения, поэтому в генераторах с водородным охлаждением можно отказаться от устройства пожаротушения.

Водород, заполняющий генератор в смеси с воздухом (от 4,1 до 74%, а в присутствии паров масла — от 3,3 до 81,5%), образует взрывоопасную смесь, поэтому у машин с водородным охлаждением должна быть обеспечена высокая газоплотность корпуса статора масляными уплотнениями вала, уплотнением токопроводов к обмоткам статора и ротора, уплотнением крышек газоохладителей, лючков и съемных торцевых щитов. Наиболее сложно выполнить надежные масляные уплотнения вала генератора, препятствующие утечке газа.

Чем выше избыточное давление водорода, тем эффективнее охлаждение генератора, следовательно, при одних и тех же размерах генератора можно увеличить его номинальную мощность. Однако при избыточном давлении более 0,4-0,6 МПа прирост мощности генератора не оправдывает затрат на преодоление возникающих при этом технических трудностей (усложнение работы уплотнений и изоляции обмоток). Поэтому давление водорода в современных генераторах более 0,6 МПа не применяется.

Генераторы с косвенным водородным охлаждением могут при необходимости работать и с воздушным охлаждением, но при этом их мощность соответственно уменьшается.

Источником водорода на современных ТЭС являются электролизные установки, в которых водород получают путем электролиза воды. В отдельных случаях водород доставляется в баллонах с электролизерных заводов.

Рис.4. Принципиальная схема газового хозяйства водородного охлаждения
1 — манометр, 2 — электроконтактный манометр; 3 — газоанализатор;
4 — блок регулирования и фильтрации; 5 — вентиль;
6 — углекислотный баллон; 7 — осушитель водорода;
8 — указатель жидкости; 9 — клапан давления водорода;
10 — водородный баллон; 11 — предохранительный клапан

На рис.4 показана принципиальная схема газового хозяйства системы водородного охлаждения.

При заполнении корпуса генератора водородом воздух сначала вытесняется инертным газом (обычно углекислотой) во избежание образования гремучей смеси. Углекислота под давлением из баллона 6 подается в нижний коллектор, при этом более легкий воздух вытесняется через верхний коллектор и открываемый на это время вентиль «Выпуск газа». В результате смешивания газов при вытеснении расход углекислоты на данную операцию составляет два-три объема корпуса генератора. После того как весь объем будет заполнен углекислотой при концентрации около 90%, в верхний коллектор подают под давлением водород, который вытесняет углекислоту через нижний коллектор и открываемый вентиль «Выпуск углекислоты». Как только чистота водорода в корпусе достигнет заданного уровня, вентиль «Выпуск углекислоты» закрывают и доводят давление водорода в корпусе до нормального. Вытеснение водорода производят углекислотой, которая затем вытесняется сжатым воздухом.

Автоматическое поддержание давления водорода в корпусе генератора осуществляется клапаном давления 9. Контроль максимального и минимального давления водорода производится взрывобезопасным электроконтактным манометром 2, установленным на панели газового управления. Автоматический контроль чистоты водорода осуществляется газоанализатором 3, и, кроме того, через определенные промежутки времени водород берут на химический анализ в лабораторию.

При снижении процентного содержания водорода ниже допустимого восстановление чистоты его осуществляется путем выпуска из генератора загрязненного водорода и добавления чистого водорода. Эта операция называется продувкой.

В целях осушки водорода, находящегося в генераторе, предусмотрен осушитель 7, заполняемый хлористым кальцием или силикагелем.

Для современных турбогенераторов с целью осаждения влаги из охлаждающего газа применяют специальные фреоновые холодильные машины. Указатель наличия жидкости 8 служит для подачи сигнала о появлении воды или масла в корпусе генератора.

Электромашиностроительные заводы в СССР выпускали серию генераторов ТВ (ТВ2) мощностью до 150 МВт включительно с использованием косвенного водородного охлаждения, которые эксплуатируются на многих ТЭС.

Непосредственное водородное охлаждение турбогенераторов

Еще больший эффект по сравнению с косвенным водородным охлаждением дает непосредственное (внутреннее) охлаждение, когда водород подается внутрь полых проводников обмотки.

В генераторах серии ТВФ применяется косвенное охлаждение обмоток статора водородом и непосредственное (форсированное) охлаждение обмотки ротора. Система вентиляции роторов генераторов серии ТВФ представлена на рис.5.

Рис.5. Конструкция вентиляционного канала в обмотке
ротора с непосредственным охлаждением
а — продольный разрез;
б и в — поперечные косые разрезы по пазу ротора

Охлаждающий газ забирается из зазора с последующим выбросом нагретого газа обратно в зазор. При этом проводники 1 обмотки ротора выполняются сплошными прямоугольного сечения, а на боковых поверхностях их фрезеруются косые вентиляционные каналы 2. При работе генератора (вращении ротора) водород поступает в заборное отверстие 3 и, проходя по косому вентиляционному каналу до дна паза 4, выходит уже с другой стороны паза (катушки) в другой канал и через выпускное отверстие 5 попадает снова в зазор.

Генераторы серии ТГВ мощностью 200 и 300 МВт имеют несколько иную систему охлаждения ротора. Водород циркулирует в аксиальных прямоугольных каналах, которые образуются корытообразными проводниками обмотки возбуждения.

В генераторах этого типа выполнено также непосредственное охлаждение обмоток статора. Водород подается в тонкостенные трубки из немагнитной стали, заложенные внутри стержней обмотки (рис.6) и открытые в лобовых частях.

Рис.6. Разрез паза статора (а) и ротора (б) генератора типа ТГВ
1 — пазовый клин, 2 — корпусная изоляция;
3 — массивный элементарный проводник;
4 — газовые трубки; 5 — бочка ротора;
6 — дюралюминиевый клин; 7 — подклиновая изоляция;
8 — полувитки обмотки; 9 — горизонтальный вентиляционный канал

В обоих типах генераторов (ТГВ и ТВФ) давление водорода в корпусе поддерживается 0,2-0,4 МПа.

Генераторы с непосредственным водородным охлаждением на воздушном охлаждении работать не могут, так как обмотка, рассчитанная на форсированное охлаждение водородом, при работе на воздушном охлаждении перегреется и выйдет из строя. Поэтому при появлении больших утечек водорода из генератора, сопровождающихся глубоким и быстрым снижением давления водорода, генератор с непосредственным охлаждением должен быть аварийно разгружен и отключен от сети. Включение в сеть отключенного генератора может быть произведено лишь после устранения утечек и перевода его на водород, если для отыскания утечек он был переведен на воздух.

Непосредственное жидкостное охлаждение генераторов

При выполнении непосредственного жидкостного охлаждения генераторов в качестве охлаждающей жидкости применяют дистиллированную воду или масло, которые обладают более высокой теплоотводящей способностью по сравнению с водородом и, следовательно, позволяют еще больше увеличить единичные мощности генераторов при сохранении их размеров.

Дистиллированная вода как охлаждающее вещество по сравнению с маслом имеет значительно больше достоинств: более высокие теплоотводящие свойства, пожаробезопасность. Поэтому в большинстве случаев мощные генераторы, которые выпускались в СССР, выполнялись с водяным охлаждением.

Рис.7. Устройство ввода и вывода воды для охлаждения обмотки статора

На рис.7 показана конструкция гидравлических соединений обмотки статора с водяным охлаждением и дан разрез обмотки по одной параллельной ветви. Как видно из разреза, обмотка статора выполнена из сплошных и полых медных элементарных проводников прямоугольного сечения, по которым циркулирует вода.

Питание обмотки водой осуществляется путем подвода ее к каждой параллельной ветви с помощью шлангов из пластмассы, обладающей высокой электрической прочностью и необходимой эластичностью (например, фторопласт-4).

Охлаждение обмотки статора водой в сочетании с непосредственным охлаждением обмотки ротора и активной стали водородом применяется в турбогенераторах типа ТВВ мощностью 160-800 МВт.

Опыт эксплуатации турбогенераторов серии ТВВ показал, что они имеют значительные резервы в системе охлаждения. В результате была предложена новая единая серия генераторов ТВВ и одновременно ТВФ, которые также используют систему форсированного охлаждения ротора. Новые машины за счет использования более высоких электромагнитных нагрузок (в основном линейной токовой нагрузки и плотностей тока), улучшения конструкции системы охлаждения получились легче и надежнее своих предшественников. Расход материалов на изготовление новой серии генераторов ТВВ-160-2ЕУЗ на 20% меньше, чем ранее выпускавшихся генераторов ТВВ-165-2УЗ. Новые генераторы имеют также лучшие температурные характеристики по сравнению с ранее выпускавшимся генератором ТВВ-165-2УЗ.

Водяное охлаждение статорной обмотки по аналогичной схеме применяется также в мощных вертикальных гидрогенераторах типа СВФ. Обмотка ротора и активная сталь таких генераторов имеют непосредственное воздушное охлаждение.

Выполнение непосредственного охлаждения ротора генератора связано с большими трудностями, особенно в отношении подвода воды к вращающемуся ротору.

Рис.8. Турбогенератор ТГВ-500 мощностью 500 МВт
а — общий вид турбогенератора;
б — принципиальная схема охлаждения обмоток статора и ротора и стали статора

На рис.8 изображен турбогенератор ТГВ-500 мощностью 500 МВт, в котором обмотки статора и ротора охлаждаются водой, а сталь магнитопровода — водородом.

Холодная дистиллированная вода поступает по патрубку А в напорный кольцевой коллектор 1 и из него с помощью изолирующих шлангов 2 подводится к головкам 3 и стержням 4 обмотки статора генератора. Стержень обмотки сплетен из групп транспонированных проводников, причем каждая группа состоит из одного полого и трех сплошных проводников. По трубчатым проводникам циркулирует дистиллированная вода, которая, нагреваясь, поступает в сливной кольцевой коллектор 5, откуда по патрубку Б выходит во внешнюю систему.

Для охлаждения обмотки ротора холодная вода по патрубку В подводится через скользящее уплотняющее соединение в торце вала ротора 6 и через центральное отверстие поступает внутрь ротора 7. Затем через отверстие 8 вода поступает в каналы 9 проводников обмотки, уложенных в пазы ротора, и, нагреваясь, поступает в сливные каналы 10 и 11, откуда через радиальные отверстия вала ротора 12 выводится во внешнюю систему через патрубок Г.

Во внешней системе нагретая дистиллированная вода проходит через трубки теплообменника и охлажденная при помощи насосов вновь подается к обмоткам статора и ротора (со стороны возбудителя).

Внутри генератора циркуляцию водорода обеспечивают осевые вентиляторы 13, установленные по концам вала ротора. Холодный водород при этом прогоняется вентиляторами в зазор 14 и оттуда поступает в систему радиальных каналов 16 сердечника статора 15. Нагревшись, водород поступает в газовые охладители 17 и из них вновь к вентиляторам 13.

В результате высокоэффективной системы охлаждения турбогенератор ТГВ-500 имеет размеры и массу даже несколько меньшие, чем ТГВ-300. Водяное охлаждение обмоток ротора и статора находит применение в капсульных гидрогенераторах типа СГКВ.

В СССР выпускалась серия турбогенераторов ТВМ, которые имели комбинированную систему охлаждения; ротор охлаждается водой, а статор (обмотка, активная сталь и конструктивные элементы) — кабельным маслом. В турбогенераторе ТВМ применена для изоляции обмоток статора сравнительно дешевая и надежная бумажно-масляная изоляция кабельного типа. Это позволило сократить расходы на изоляцию обмоток генератора, например, ТВМ-300 в 4 раза по сравнению с расходами на изоляцию обмоток генераторов ТВВ и ТГВ такой же мощности.

Бумажно-масляная изоляция позволяет применять более высокие номинальные напряжения для генераторов без значительного увеличения затрат. Так, например, генератор ТВМ-500 спроектирован на напряжение 36, 75 кВ, в то время как обычно для генераторов такой мощности применяется напряжение 20 кВ. Увеличение номинального напряжения позволило уменьшить ток статора почти в 2 раза и облегчить токоведущие части.

Применение масляного охлаждения статоров гидрогенераторов дало возможность увеличить напряжение обмотки до 110 кВ (генератор 15 MBА Сходненской ГЭС), что позволяет включать генератор в сеть без промежуточной трансформации.

Рис.9. Принципиальная схема циркуляции масла в турбогенераторе типа ТВМ
1 — корпус генератора, 2 — сердечник статора,
3 — нажимные плиты сердечника, 4 — обмотка статора,
5 — изоляционный цилиндр, 6 — ротор,
7 — масляный насос, 8 — маслоохладитель;
9 — магистрали охлаждающей воды

Рис.10. Разрез паза генератора типа ТВМ
1 — клин обмотки статора;
2 — изоляционная теплостойкая бумага;
3 — элементарные проводники обмотки статора;
4 — канал охлаждающего масла

Принципиальная схема циркуляции охлаждающего масла для генератора типа ТВМ представлена на рис.9, а на рис.10 показан разрез по пазу статора такого генератора.

Принудительная циркуляция масла внутри аксиальных каналов в обмотке и стали статора обеспечивает достаточно интенсивный отвод тепла.

Пространство, в котором вращается ротор генератора, отделяется от статора, заполненного маслом, изоляционным цилиндром.

Сравнительная эффективность различных способов охлаждения генераторов может быть показана путем сопоставления мощностей при одних и тех же габаритах генератора (табл.1).

Эффективность различных систем охлаждения

В табл.1 показана эффективность использования воды для охлаждения активных элементов генератора. В полной мере эти преимущества реализованы в генераторах ТЗВ-800-2. В них водой охлаждаются не только обмотки, но и сталь статора и его конструкционные элементы. Здесь исчезает необходимость использования охлаждающего газа — водорода. Во избежание образования химически активного озона корпус генератора должен быть заполнен нейтральным азотом. Однако эксплуатация головных генераторов на воздухе показала достаточную надежность работы и в этом случае.

Дальнейшим шагом в направлении развития систем охлаждения является разработка криогенных генераторов с охлаждением жидким гелием. Естественно, что в первую очередь речь идет об охлаждении обмотки возбуждения (обмотки ротора), которая имеет наибольшие электромагнитные нагрузки. В настоящее время разрабатывается рабочий проект криогенератора мощностью 300 МВт. Характерно, что общая его масса не превышает 150 т, а серийного ТВВ-320-2 — 305 т.

В процессе эксплуатации ведется непрерывный контроль за нагревом активных частей генераторов. Температура обмотки и стали статора контролируется с помощью температурных датчиков, в качестве которых используются термосопротивления. Они закладываются заводом-изготовителем на дно паза (для измерения температуры стали) и между стержнями (для измерения температуры меди) в местах предполагаемого наибольшего нагрева машины. Температура измеряется с помощью указывающих и регистрирующих приборов.

Температуру обмотки ротора измеряют косвенно — по изменению омического сопротивления обмотки при нагреве (с помощью амперметра в цепи возбуждения и вольтметра, подключаемого непосредственно к кольцам ротора).

Источник