Турбогенераторы серии ТГВ

Содержание

 

Введение 3

1 Типы турбогенераторов  и их краткая характеристика 3

2 Конструкции  турбогенераторов 5

3 Турбогенераторы  серии ТГВ 5

Заключение 12

Список использованной литературы: 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

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

1 Типы турбогенераторов и их краткая характеристика

 

В зависимости от системы охлаждения турбогенераторы подразделяются на несколько типов: с воздушным, масляным, водородным и водяным охлаждением. Также существуют комбинированные  типы, например, генераторы с водородно-водяным  охлаждением.

Также существуют специальные турбогенераторы, к примеру, локомотивные, служащие для  питания цепей освещения и  радиостанции паровоза. В авиации турбогенераторы служат дополнительными бортовыми источниками электроэнергии. Например, турбогенератор ТГ-60 работает на отбираемом от компрессора авиадвигателя сжатого воздуха, обеспечивая привод генератора трёхфазного переменного тока 208 В, 400 Гц, номинальной мощностью 60 кВ·А.

 

 

Таблица 1 – Краткая характеристика турбогенераторов

 

Тип	Pном, МВт	nном, об/мин	Uном, кВ	Краткая характеристика
Т ТВС ТВФ   ТВВ       ТВВ ТГВ ТГВ 200М   ТГВ   ТЗВ ТВМ	2,5;4;6;12;20   32   55;63;100;110     160;200;300; 500;800;1200     1000   200;300   200   500     800     300; 500	3000   3000   3000     3000       1500   3000   3000   1500, 3000   3000     3000	3,5; 6,3; 10,5   6,3;10,5 6,3;10,5     15,75÷24       24 15,75; 20   15,75   20     24     20;36;75	Исполнение закрытое. Охлаждение воздушное по замкнутому циклу. Исполнение закрытое. Косвенное  водородное охлаждение. Косвенное охлаждение обмотки  и сердечника статора водородом, непосредственное охлаждение обмотки  ротора водородом. Непосредственное охлаждение обмотки статора водой, непосредственное охлаждение обмотки ротора водородом  при избыточном давлении, заполнение корпуса статора водородом.     Непосредственное охлаждение обмоток статора и ротора водородом. Непосредственное охлаждение обмотки статора водой и ротора водородом. Непосредственное охлаждение обмоток статора и ротора водой и сердечника статора и ротора водородом. Полное водяное охлаждение.       Непосредственное охлаждение обмотки и сердечника статора изоляционным маслом, непосредственное охлаждение ротора водой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Конструкции турбогенераторов

 

Генератор состоит из двух ключевых компонентов – статора и ротора. Но каждый из них содержит большое число систем и элементов. Ротор – вращающийся компонент генератора и на него воздействуют динамические механические нагрузки, а также электромагнитные и термические. Статор – стационарный компонент турбогенератора, но он также подвержен воздействию существенных динамических нагрузок – вибрационных и крутящих, а также электромагнитных, термических и высоковольтных.

3 Турбогенераторы серии ТГВ

 

В серию ТГВ входят турбогенераторы  мощностью 200, 300 и 500 МВт (табл. 2). Корпус статора – цилиндрический, сварной, газоплотный. Турбогенераторы мощностью 200 и 300 МВт выполнены в однокорпусном исполнении. Корпус статора турбогенератора мощностью 500 МВТ состоит из трех частей – центральной и двух приставных с торцов коробов. Корпус статора заполнен водородом под давлением.

Сердечник статора собран на продольные призмы. Для снижения вибрации внутренний корпус устанавливается в корпусе  статора на пластинчатых пружинах, расположенных в несколько рядов  по длине машины. Сердечник состоит  из отдельных пакетов, разделенных  кольцевыми радиальными каналами. Сердечник запрессовывается с помощью массивных нажимных фланцев, изготовляемых из немагнитной стали. Обмотка статора – трехфазная, двухслойная, стержневая, с укороченным шагом. Лобовые части обмотки – корзиночного типа.

Стержни обмотки с непосредственным газовым охлаждением имеют вентиляционные каналы, образованные изолированными трубками из немагнитной стали. Стержни обмотки с водяным охлаждением состоят из сплошных и полых медных проводников. Изоляция стержня термореактивная, типа ВЭС-2.

Ротор изготовляется из высококачественной стали. В бочке ротора имеются  радиальные пазы с параллельными  стенками. Обмотка ротора с газовым  охлаждением выполняется из медных полос специального

профиля. В турбогенераторах мощностью 200 и 300 МВт используется одноступенчатый  центробежный компрессор, расположенный  на валу ротора.

Для турбогенератора мощностью 500 МВт принято непосредственное водяное  охлаждение обмотки ротора, выполненной  из медных проводников прямоугольной  формы с круглым внутренним отверстием. Подход воды осуществляется через торец  ротора. Водой охлаждаются также токоподвод и частично контактные кольца. Бандажные кольца для крепления лобовых частей обмотки ротора непосредственно насажены на бочку ротора и закреплены с помощью кольцевой зубчатой шпонки.

Турбогенераторы мощностью 200 и 300 МВт  имеют массивные торцевые щиты с  встроенным узлом подшипников. Подшипники турбогенератора мощностью 500 МВт встроены в концевые части статора. В турбогенераторах применяются водородные уплотнения торцевого или кольцевого типа.

После выпуска ряда турбогенераторов с косвенным водородным охлаждением (TГВ-25 и ТВС-30) харьковский завод «Элсктротяжмаш» перешел к созданию турбогенераторов серии ТГЕЗ мощностью 200 и 300 МВт с непосредственным охлаждением обмоток статора и ротора водородом.

        Охлаждение  обмотки ротора в этих генераторах  осуществляется по двусторонней  схеме непосредственного охлаждения  проводников. Водород нагнетается  в зону лобовых частей, откуда  через боковые отверстия в  витках поступает во внутренние каналы проводников проходит до середины ротора и по радиальным каналам выбрасывается в зазор машины. Обмотка статора охлаждается потоком водорода, проходящим по немагнитным стальным трубкам прямоугольного сечения, расположенным между двумя вертикальными рядами медных элементарных проводников в сечении стержней.

         Последовательно в 1957, 1959, 1961 гг. по указанной схеме охлаждения были выпущены турбогенераторы мощностью 200 и 300 МВт, а в 1965 г. изготовлен первый турбогенератор мощностью 500 МВт типа ТГВ-500 с непосредственным охлаждением обмоток статора и ротора водой, с частотой вращения 3000 об/мин. В 1969 г. сдан в эксплуатацию турбогенератор мощностью 200 МВт типа ТГВ-200М с непосредственным охлаждением обмотки статора водой, а обмотки ротора водородом (табл. 3).

 

 

Таблица 2 – Технические данные турбогенераторов серии ТГВ  (cosφ = 0,85)

Тип турбо- Генератора	Активная мощность, МВт	Напряжение статора, кВ	Ток статора, кА	Напряжение возбуждения, В	Ток возбуждения, А	КПД, %
ТГВ-200-2М	200	15,75	8,625	420	1890	98,6
ТГВ-300-2	300	20	10,2	420	3050	98,7
ТГВ-500-2	500	20	17,0	440	5120	98,83
ТГВ-500-4	500	20	17,0	440	4380	98,8

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Основные данные турбогенераторов ТГВ

 

Турбогенератор	Мощность, МВт/МВА	Напряжение, кВ	Приведенная масса, кг/кВА	Удельный расход материалов, кг/кВА
ТГВ-200	200/235	15,75	-	1,31
ТГВ-200М	200/235	15,75	1,09	0,99
ТГВ-300	300G53	20	1,05	0,99
ТГВ-500	500/588	20	-	0,59

Обозначения: ТГ – турбогенератор, В – водородное охлаждение, первая цифра – мощность. МВт, М – модернизированный.

        Турбогенераторы  мощностью 200 и 300 МВт выполнены  в однокорпусном исполнении со  встроенными в щиты подшипниками. Вентиляция турбогенераторов выполнена по замкнутому циклу с охлаждением газа в двух вертикальных газоохладителях, встроенных в корпус турбогенератора со стороны турбины (ТГВ-200, TГB-200M, рис. 1-39), и в трех газоохладителях, расположенных под турбогенератором ПТВ-300, рис. 1-40).

        Радиально-аксиальная  циркуляция газа в системе  охлаждения турбогенераторов ТГВ-200 и ГГВ-200М обеспечивается при  помощи высоконапорного компрессора,  размешенного со стороны возбудителя  (В), параллельными аксиальными путями: из отсека высокого давления  через стержни обмотки статора  (только для ТГВ-200) и через обмотку  ротора (с обеих сторон генератора). Зазор между ротором и статором  отделен от зоны высокого давления  уплотнением, закрепленным в торце  статора (рис. 1-39).

        Осевой  вентилятор, расположенный со стороны  турбины (Т), направляет нагретый  газ из междужелезного пространства в газоохладители. Охлажденный газ поступает через полость между оболочкой статора и спинкой сердечника в его радиальные вентиляционные каналы, выходя затем по всей длине машины в междужелезное пространство; туда же выбрасывается нагретый газ из каналов обмотки ротора. Другая струя газа после газоохладителей направляется в компрессор.

        Аксиальная  циркуляция газа в системе  охлаждения турбогенератора ТГВ-300 (рис. 1-40) также обеспечивается компрессором (К) высокого давления. Корпус  статора двойной: внутренний с  расположенным в нем сердечником  связан с наружным корпусом  плоскими пружинами. Статор с торцов закрыт щитами с разъемом в горизонтальной плоскости. Щиты турбогенератора ТГВ-300 со стороны турбины охлаждаются водой.

        Пакеты  сердечника статора турбогенераторов  ТГВ-200 и ТГВ-200М разделены распорками, образующими радиальные вентиляционные  каналы, а у турбогенератора ТГВ-300 сплошными стеклотекстолитовыми прокладками (только аксиальные вентиляционные каналы).

        На  рисунке 1-41 показан турбогенератор серии ТГВ мощностью 300 МВт с непосредственным водородным охлаждением обмотки статора и ротора. Роторы турбогенераторов ТГВ-200 и ТГВ-300 первых выпусков имеют 40 обмотанных пазов, а последующих выпусков, в том числе Т1 В-200М, 36.

         Стержни обмотки статора турбогенераторов ТГВ-200 и ТГВ-300 состоят из двух рядов элементарных проводников и тонкостенных вентиляционных трубок из немагнитной стали, изолированных стеклолентой. На концы стержней надеты газонаправляющие колпаки из кремнийорганической резины, служащие одновременно изоляцией головок обмотки. Стержни охлаждаются непосредственно водородом, поступающим в вентиляционные 1 рубки стержней со стороны возбудителя и выходящим со стороны турбины.

        Изоляция  обмотки статора генераторов  ТГВ-200 микалентная, компаундированная, а генераторов ТГВ-200М и ТГВ-300 – термореактивная, типа ВЭС-2.

        Стержни  обмотки статора турбогенератора  ТГВ-200М охлаждаются водой, для  чего головки стержней соединены  фторопластовыми шлангами с коллекторами, расположенными по торцам статора:  напорный коллектор – со стороны турбины; сливной со стороны контактных колец.  На большом зубе бочки ротора имеются продольные пазы для выравнивания жесткости вала ротора. В роторах турбогенераторов ТГВ-300 эти пазы используются также для выброса в междужелезный зазор горячего газа, охлаждавшего лобовые части обмотки. Продольные пазы большого зуба заполняются вставками и заклиниваются стальными клиньями.

           Охлаждение обмотки ротора турбогенераторов ТГВ-200, ТГВ-200М и ТГВ-300 непосредственное газовое. Водород циркулирует через аксиальные каналы, образованные соседними проводниками корытообразной формы.

Рисунок 1-39 Схема вентиляции турбогенератора ТГВ мощностью 200 МВт

Рисунок 1-40 Схема вентиляции турбогенератора серии ТГВ мощностью 300 МВт

Рисунок 1-41 Продольный разрез турбогенератора серии ТГВ мощностью 300 МВт.

В роторе турбогенераторов ТГВ-200 и  ГГВ-200М водород под напором, созданным  компрессором и эффектом самовентиляции, подается под упорные кольца бандажей с обеих сторон ротора и через  отверстия в середине торцевой части  витков (по оси катушек) попадает в  вентиляционные каналы обмотки (рисунок 1-42). Водород проходит последовательно лобовую и пазовую части четверти витка и через радиальные отверстия выбрасываема в междужелезный зазор. В роторе турбогенератора ТГВ-300 водород попадает в боковые каналы витков и двумя параллельными потоками раздельно охлаждает лобовую и пазовую части (рисунок 1-43).

 

 

Рисунок 1-42 Схема вентиляции обмотки ротора турбогенератора ТГВ-200

 

Рисунок 1-43 Схема вентиляции обмотки ротора турбогенератора ТГВ-300

 

 

        Корпусная изоляция роторов турбогенераторов ТГВ-200 первых выпусков изготовлена из миканита (класс В), а в последующих выпусках роторов турбогенераторов ТГВ-200 и роторов турбогенераторов ТГВ-300 она выполнена из стеклоткани с прослойкой стеклослюдинита (класс С). Витковая изоляция роторов выполнена прокладками из стеклотекстолита.

        Бандажный  узел ротора состоит из упорного  кольца и консольного бандажного  кольца с одной посадкой на  бочку ротора.