Меню

Воздушная система охлаждения генераторов когда обмотки охлаждаются чем

Системы охлаждения генераторов

При работе генератора происходят потери энергии, превращающиеся в теплоту, которая нагревает обмотки, сталь статора и ротора. Для удаления этой теплоты необходима система искусственного охлаждения.

Рис. 2.2. Системы охлаждения генераторов:

КВЗ – косвенное воздухом; НВЗ – непосредственное воздухом; КВР – косвенное водородом; НВР – непосредственное водородом; НВ – непосредственное водой; НМ – непосредственное маслом

Охлаждение можно производить воздухом, водородом, водой, маслом (рис. 2.2). Отвод теплоты может осуществляться непосредственно от проводников обмотки по каналам, расположенным внутри пазов, или косвенно от поверхности ротора и статора. Эти системы охлаждения имеют условное буквенное обозначение, применяемое в паспортных данных генераторов. Например: КВР– косвенное охлаждение водородом; НВ – непосредственное охлаждение водой.

Рассмотрим основные особенности систем охлаждения генераторов.

Воздушное охлаждение косвенное ротора и статора применяется в турбогенераторах мощностью до 25 МВт и в гидрогенераторах до 250 МВт. Проточная система охлаждения применяется для генераторов небольшой мощности (до 2 – 4 MB А). В этой системе воздух забирается из помещения и с помощью вентиляторов, насаженных на вал генератора, прогоняется через зазор между статором и ротором по вентиляционным каналам. При этом изоляция обмоток быстро загрязняется и срок службы генератора уменьшается. Замкнутая система охлаждения предусматривает циркуляцию одного и того же объема воздуха по замкнутому контуру: из камеры холодного воздуха с помощью вентиляторов на валу генератора воздух нагнетается в машину, охлаждает поверхность статора и ротора, попадает в камеру горячего воздуха, проходит через воздухоохладитель и вновь поступает в генератор. Для восполнения потерь воздуха за счет утечек предусматривается забор воздуха через масляные фильтры. Совершенствование системы воздушного охлаждения, применение многоструйного охлаждения позволили создать серию турбогенераторов ТФ мощностью от 3 до 180 МВт. В этой серии применена термореактивная изоляция класса F в обмотках статора и ротора, предусматривается наддув воздуха в полость генератора для создания повышенного давления, что препятствует проникновению внешней пыли. В этих туроогенераторах предусматривается непосредственное охлаждение обмоток ротора воздухом, проходящим в каналах обмотки внутри паза. (В обозначении типа турбогенератора буква Ф обозначает «форсированное» охлаждение.) Эта серия выпускается с 1991 г. ОАО «Электросила» в основном для замены устаревших, выработавших свой срок генераторов ТВФ-63-2, ТВ-60-2 и др. с установкой на тех же фундаментах [2.7].

Турбогенераторы серии ТЗФ имеют улучшенные характеристики по сравнению с ТФ, так как в них разделены потоки воздуха, охлаждающего статор и ротор, применена трехконтурная система, поэтому исключено взаимное отрицательное действие потоков, что позволило снизить нагрев обмоток и конструктивных частей генератора. Охлаждающий воздух циркулирует под действием двух центробежных вентиляторов, установленных на валу ротора, и охлаждается в водовоздушных охладителях. Турбогенераторы этой серии применяются на паротурбинных, газотурбинных и парогазотурбинных установках.

Гидрогенераторы имеют значительно большую поверхность охлаждения, чем турбогенераторы, так как диаметр ротора у них в несколько раз больше. Это позволяет применять воздушное охлаждение для мощных гидрогенераторов.

Рис. 2.3. Воздушное охлаждение гидрогенератора Братской ГЭС мощностью 225 МВт: 1 – ротор; 2 – статор; 3 – воздухоохладитель

На рис. 2.3 показан разрез по гидрогенератору мощностью 225 МВт, имеющему радиальную систему воздушной вентиляции. Воздух поступает сверху и снизу и под действием избыточного давления, созданного вращающимся ротором, проходит через каналы в ободе ротора, промежутки между полюсами, воздушный зазор, каналы магнитопровода статора, выходит в корпус статора и через отверстия в корпусе – в охладители. Пройдя охладители, воздух по каналам в фундаменте и между лапами верхней крестовины вновь поступает в генератор.

Читайте также:  Стелс 500 проверка генератора

Водородное охлаждение к о с в е н н о е турбогенераторов устроено по такой же схеме, как и воздушное. На рис. 2.4 показана схема многоструйного водородного охлаждения. Преимуществами применения водорода являются: в 7 раз большая теплопроводность, в 14 раз меньшая плотность, в 1,44 раза больший коэффициент теплоотдачи с поверхности. Более эффективное охлаждение позволяет при тех же размерах увеличить мощность турбогенераторов на 15 – 20 %, а синхронных компенсаторов – на 30%.

Рис. 2.4. Многоструйная система водородного охлаждения турбогенератора:

1 – вентилятор; 2 – камера холодного газа; 3 – газоохладители;

Благодаря меньшей плотности водорода уменьшаются вентиляционные потери, в результате чего возрастает КПД на 0,8– 1 %. Изоляция в среде водорода не окисляется, поэтому повышается срок службы изоляции обмоток.

Однако применение водорода для охлаждения связано с опасностью взрыва смеси водорода с воздухом (от 4,1 до 74% Н2).

Машины с водородным охлаждением должны иметь газоплотный корпус, масляные уплотнения вала, уплотнения токопроводов к обмоткам ротора и статора, уплотнения крышек газоохладителей, лючков и съемных торцевых щитов. Суточная утечка водорода из корпуса должна быть не более 5% [1.13]. В процессе эксплуатации должны поддерживаться чистота водорода в корпусах генераторов с косвенным охлаждением – 97%, с непосредственным охлаждением – 98 % и некоторое избыточное давление водорода 0,3 – 0,6 МПа, чтобы не происходил подсос воздуха в корпус. Таким образом, использование достоинств водородного охлаждения связано с усложнением конструкции и эксплуатации генераторов.

На рис. 2.5 показана принципиальная схема газового хозяйства системы водородного охлаждения. При заполнении корпуса генератора водородом воздух сначала вытесняется углекислым газом во избежание образования гремучей смеси. Затем углекислый газ под давлением подается из баллонов 10 в нижний коллектор 9, воздух вытесняется через верхний коллектор 6 и выпускается наружу. Когда весь объем корпуса генератора будет заполнен углекислотой с концентрацией около 90%, закрывается вентиль «Выпуск газа» и в верхний коллектор подается из баллонов / водород, который вытесняет углекислоту через нижний коллектор и открываемый вентиль «Выпуск углекислоты». Как только чистота водорода достигнет заданного уровня, закрывается вентиль «Выпуск углекислоты», и давление водорода доводится до нормального. При останове генератора для ревизии или ремонта сначала из корпуса вытесняется водород с помощью углекислоты, которая затем вытесняется воздухом. Во время работы осуществляется автоматический контроль чистоты водорода газоанализатором 4; давление в корпусе до вентилятора А и за вентилятором Б – манометром 3 и реле давления 5. Постоянно контролируется давление масла в уплотнениях подшипников.

Рис. 2.5. Принципиальная схема газового хозяйства системы водородного охлаждения:

1 – баллоны с водородом; 2 – редуктор; 3 – манометр; 4 – газоанализатор; 5 – реле давления; 6, 9 – верхний и нижний коллекторы; 7 – ротор; 8 – корпус генератора; 10 – баллоны с углекислым газом; 11 – баллоны сжатого воздуха; А– трубопровод в области за вентилятором; Б – трубопровод в области до вентилятора

Непосредственное водородное охлаждение турбогенераторов применяется для машин мощностью 60 МВт и более. В генераторах серии ТВФ статор имеет косвенное водородное охлаждение, а ротор – непосредственное водородное, когда водород подается внутрь полых проводников со стороны торцевой части ротора (разрез В–В нарис. 2.6).

Рис. 2.6. Схема охлаждения роторов турбогенераторов серий ТВФ и ТВВ:

а – общая схема охлаждения; б – элементарный путь охлаждающего газа; А–А, Б– Б – разрезы пазов ротора; В–В – разрез по пазу ротора в торцевой части

Читайте также:  Электросхемы генераторов ваз 2110

Проводники обмотки ротора в пазовой части сплошные, прямоугольного сечения, на боковых частях которых фрезеруются косые каналы, идущие диагонально поверхности ротора к дну паза и обратно. Схема выполнена многоходовой, и охлаждением охвачены все проводники. Пазовые клинья снабжены дефлекторами такого профиля, благодаря которому при вращении ротора на входе водорода создается напор (сечение А–А), а на выходе – разрежение (Б–Б), это обеспечивает самовентиляцию водородом. Давление водорода в корпусе составляет 0,2 – 0,4 МПа, циркуляция водорода обеспечивается вентиляторами, насаженными на вал машины с обеих сторон.

Турбогенераторы ТГВ-300 имеют непосредственное водородное охлаждение обмоток статора и ротора. Циркуляция водорода создается компрессором, установленным на валу генератора со стороны контактных колец. Стержень обмотки статора состоит из двух рядов элементарных проводников прямоугольного сечения, между которыми уложены стальные трубки, в которых циркулирует водород. Обмотки ротора имеют также непосредственное охлаждение проводников. Газоохладители встраиваются в корпус со стороны турбины или выносятся в специальную камеру в нижней части.

Непосредственное охлаждение водой обмоток статора турбогенераторов позволяет увеличить единичную мощность при тех же габаритах, так как теплоотводящая способность воды в 12,5 раз больше, чем у водорода. Дистиллированная вода, применяемая для охлаждения, подается в полые медные проводники, заложенные в пазы статора с помощью гибких фторопластовых шлангов. Охлаждение обмоток ротора и активной стали производится водородом так же, как у турбогенераторов серии ТГВ. Водородно-водяное охлаждение имеют турбогенераторы ТВВ-500, ТВВ-800, ТВВ-1000 и ТВВ-1200. Водяное охлаждение обмотки статора применяется в мощных гидрогенераторах типа СВФ. Обмотка ротора и активная сталь имеют непосредственное охлаждение воздухом. Водородное охлаждение в гидрогенераторах не применяется ввиду больших размеров ротора и трудностей герметизации корпуса генератора.

С целью дальнейшего улучшения системы охлаждения и сокращения размеров турбогенераторов разработано водяное охлаждение статора и ротора (рис. 2.7). Охлаждающая вода подается в полые стержни статорной обмотки от напорного коллектора 12, а горячая вода отводится через сливной коллектор 13. В ротор холодная вода поступает по патрубку В через скользящее уплотняющее соединение в торце вала 17 и через центральное отверстие в бочке ротора попадает в каналы 4 проводников ротора и охлаждает проводники. Нагретая вода через сливные каналы 14, 15 попадает в радиальные отверстия вала ротора 16 и сливается во внешнюю систему через патрубок Г.

Рис. 2.7. Схема охлаждения турбогенератора ТГВ-500: 1 – ротор; 2 – полости, высверленные в бочке ротора; 3 – вентилятор; 4 – охлаждающие каналы вдоль пазов ротора; 5 – магнитопровод статора; 6 – радиальные каналы магнитопровода; 7 – зазор между ротором и статором; 8 – пустотелые стержни в обмотке статора; 9 – водогазовые охладители; 10 – головки стержней; 11 – изолирующие шланги; 12 – напорный коллектор холодной воды; 13 – сливной коллектор; 14, 15 – сливные каналы; 16 – радиальные отверстия вала ротора; 17 – скользящее уплотняющее соединение в торце вала

Во внешней системе горячая вода попадает в охладители, а затем насосами подается к патрубкам А и В.

Магнитопровод и конструктивные части статора охлаждаются водородом по замкнутому циклу с водогазовыми охладителями 9, встроенными в корпус.

Генератор ТТВ-500 благодаря водяному охлаждению обмоток статора и ротора имеет массу и габариты несколько меньшие, чем ТТВ-300.

Наличие водорода в системе охлаждения не избавляет от основного недостатка – взрывоопасности, поэтому дальнейшее совершенствование систем охлаждения турбогенераторов привело к системе, которую условно называют «три воды». В этой системе обмотки статора, ротора, магнитопровод и конструктивные части охлаждаются водой.

Читайте также:  Сталкер лаборатория под генераторами индекс

Серия турбогенераторов ТЗВ с полным водяным охлаждением взрыво- и пожаробезопасна, так как не содержит масла и водорода. Внутренний объем генератора заполнен под небольшим избыточным давлением воздухом, циркулирующим через осушительную установку. Для охлаждения и смазки подшипника может применяться негорючее масло ОМТИ. Основной особенностью этой серии является «самонапорная» система охлаждения ротора, которая позволяет существенно снизить давление циркулирующей в роторе воды. Это исключает разгерметизацию ротора, а следовательно, повышает надежность работы. Генераторы ТЗВ изготовляются ОАО «Электросила» мощностью от 63 до 800 МВт [2.7].

Обмотка статора этих генераторов (рис. 2.8) стержневая, двухслойная из полых и сплошных проводников. По полым проводникам протекает охлаждающий дистиллят. Для подвода и слива дистиллята имеются кольцевые коллекторы с обеих сторон статора, которые соединяются с полыми стержнями обмотки фторопластовыми трубками.

Обмотки ротора выполнены из медных полых проводов прямоугольной формы с круглым каналом внутри. В торце ротора закреплены напорное и сливное кольцо, к которым присоединены все трубки входных и выходных концов катушек. Охлаждение обмоток ротора осуществляется дистиллятом, поступающим под давлением в напорное кольцо.

В качестве возбудителя турбогенератора ТЗВ-800 используется синхронный трехфазный генератор ВТ-6000 с воздушным охлаждением закрытого исполнения.

Серия ТЗВ находит широкое применение для замены устаревших турбогенераторов, а также на вновь строящихся ТЭС.

На базе серии турбогенераторов ТЗВ разработаны и выпускаются асинхронизированные турбогенераторы ТЗВА. На роторе такого генератора имеются две обмотки возбуждения, питаемые от раздельных каналов системы статического реверсивного тиристорного возбуждения и управляемые общим автоматическим регулятором возбуждения. Такие турбогенераторы позволяют компенсировать реактивную мощность в энергосистеме и предотвращать возможность повышения напряжения в сетях до уровней, допустимых для изоляции электрооборудования. Более высокая стоимость асинхронизированных турбогенераторов окупается отказом от установки шунтирующих реакторов, предназначенных для улучшения режима синхронных генераторов по реактивной мощности и нормализации напряжения в примыкающих к электростанциям электрических сетях.

Замена выработавших свой ресурс синхронных турбогенераторов новой серией асинхронизированных турбогенераторов весьма актуальна [2.8].

Рис. 2.8. Турбогенератор ТЗВ-800-2УЗ и возбудитель ВТ-6000-2УЗ:

1 – муфта соединительная; 2 – корпус статора; 3 – подшипник генератора; 4 – контактные кольца ротора и щетки; 5 – подшипники возбудителя; 6 – возбудитель; 7 – выводы генератора

Непосредственное охлаждение обмотки статора масломприменено в турбогенераторе ТВМ. Охлаждение огнестойкой диэлектрической жидкостью позволяет применить для изоляции обмоток статора сравнительно дешевую бумажно-масляную изоляцию. Расходы на изоляцию обмоток генератора ТВМ-300 в 4 раза меньше, чем в генераторах ТВВ и ТГВ такой же мощности.

Бумажно-масляная изоляция статорной обмотки позволяет повысить напряжение до 35 – 110 кВ, т. е. включать генератор в сеть без повышающих трансформаторов. В этой системе охлаждения не только обмотка статора, но и магнитопровод охлаждаются маслом, поэтому статор отделяется от ротора изоляционным газонепроницаемым цилиндром, рассчитанным на высокое давление и расположенным в зазоре между ротором и статором.

Для ротора применено непосредственное водородное или водяное охлаждение.

Дальнейшим направлением развития систем охлаждения ТГ является применение криогенной системы – охлаждение обмотки ротора жидким гелием.

В Китае созданы гидрогенераторы мощностью до 400 МВт с испарительной системой охлаждения. Для охлаждения используется хладагент с температурой кипения 47,6 °С при давлении 1 кгс/см 2 .

В Японии активно работают над созданием турбогенераторов с использованием явления сверхпроводимости в обмотках ротора.

Источник

Adblock
detector