Реферат на тему турбогенераторы
Обновлено: 30.06.2024
По принципу охлаждения все турбогенераторы можно подразделить на машины с косвенным (поверхностным) охлаждением и непосредственным охлаждением проводников обмоток статора и ротора различными агентами, а также смешанным охлаждением. В качестве охлаждающих агентов в турбогенераторах применяются воздух, водород, дистиллированная вода и трансформаторное масло. Их физические свойства в относительных… Читать ещё >
Турбогенераторы. Общая энергетика. Основное оборудование ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
В настоящее время на тепловых электрических станциях России эксплуатируется около 1200 турбогенераторов суммарной мощностью около 150 ГВт (150 тыс. МВт). Все турбогенераторы — отечественного производства. Большая часть общей мощности (около 60%) — это турбогенераторы мощностью 100−320 МВт. Распределение турбогенераторов по группам мощностей приведено в табл. 11.1. По сравнению с США структура мощностей турбогенераторов России несколько сдвинута в область мощностей (100−200 МВт). В США доля установленной мощности блоков 300- 500 МВт составляет 40%, что несколько больше, чем в России (30%).
В последние 30−40 лет в мире имел место рост единичной мощности турбогенераторов, который приводит к снижению удельных затрат материалов генераторов на единицу мощности, удельных капиталовложений при сооружении станции и стоимость электроэнергии. Например, удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности для турбогенератора 200 МВт почти в 2,5 раза меньше, чем для турбогенератора мощностью 32 МВт. Коэффициент полезного действия (КПД) турбогенераторов мощностью 1200 МВт примерно равен 99%, однако отводимые в виде теплоты потери в нем достигают 12 000 кВт, что требует обеспечение интенсивного охлаждения.
В последние годы рост единичных мощностей турбогенераторов замедлился по причинам технического характера, которые связаны с необходимостью внедрения сложных методов охлаждения, ограничениями по механическим напряжениям ротора и вибрации. Принципиально электромашиностроение способно создать генераторы мощностью 2000;2500 МВт, однако социально-экономические последствия аварийного выхода из строя такого агрегата пока лишают актуальности задачу применения машин такой единичной мощности.
Турбогенератор — устройство, состоящее из синхронного генератора и паровой или газовой турбины, выполняющей роль привода.
Основная функция в преобразовании внутренней энергии рабочего тела в электрическую, посредством вращения паровой или газовой турбины. Скорость вращения ротора определяется по параметрам используемого генератора, от десятков тысяч оборотов в минуту до 3000. Механическая энергия от турбины преобразуется в электрическую посредством вращающегося магнитного поля ротора в статоре. Поле ротора, которое создается либо установленными на ротор постоянными магнитами, либо 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. В составе турбогенераторов применяются генераторы, имеющие цилиндрический ротор, установленный на двух подшипниках скольжения, в упрощенном виде напоминает увеличенный генератор легкового автомобиля.
Для охлаждения таких генераторов используются следующие способы охлаждения обмоток: жидкостное - через рубашку статора; жидкостное - с непосредственным охлаждением обмоток; воздушное; водородное (чаще применяются на АЭС).
Для нормальной и бесперебойной работы турбогенератора, температура охлаждающей жидкости, находящейся в газоохладителе, должна быть 33 градуса. Минимальное ее значение составляет 15°С.
Общая функциональная схема работы.
Генератор выполнен с непосредственным охлаждением обмотки статора дистиллированной водой (дистиллятом), а обмотки ротора и сердечника статора – водородом, заключенным внутри газонепроницаемого корпуса.
Дистиллят в обмотке статора циркулирует под напором насосов и охлаждается теплообменниками, расположенными вне генератора.
Охлаждающий водород циркулирует в генераторе под действием вентиляторов, установленных на валу ротора, и охлаждается газоохладителями, встроенными в концевые части корпуса генератора.
Циркуляция воды в газоохладителях и теплообменниках осуществляется насосами, расположенными вне генератора.
Маслоснабжение опорных подшипников и уплотнений вала производится от масляной системы турбины.
Для аварийного снабжения маслом опорных подшипников и уплотнений вала на выбеге агрегата предусмотрены резервные баки, установленные вне генератора.
Генератор возбуждается от высокочастотного индукторного генератора через полупроводниковые выпрямители.
Корпус статора и фундаментные плиты.
Сварной газонепроницаемый корпус статора состоит из средней части, несущей сердечник с обмоткой, и двух концевых частей.
В концевых частях располагаются лобовые части обмотки и газоохладители.
В концевой части со стороны возбудителя установлены концевые выводы обмотки - вверху нулевые, а внизу линейные.
Механическая прочность корпуса достаточна, чтобы статор мог выдержать без остаточных деформаций внутреннее давление в случае взрыва водорода.
Наружные щиты статора непосредственно объединены с внутренними щитами, к которым прикреплены щиты вентилятора.
Половины щитов вентиляторов изолированы от внутренних щитов и между собой.
Разъемы щитов расположены в горизонтальной плоскости.
В щитах и в бочке ротора предусмотрены специальные каналы, по которым охлаждающий газ попадает в лобовые части обмотки ротора.
Чтобы приникнуть внутрь корпуса, не разбирая наружных щитов, в нижней его части предусмотрен люк.
До установки генератора на фундамент статор опирается на транспортные лапы, приваренные к корпусу.
Основанием для генератора и возбудителя служат фундаментные плиты, выполненные из стальных листов. Они устанавливаются во время монтажа на закладные плиты и постоянные подкладки и подливаются бетоном.
Для крепления генератора к фундаменту используются фундаментные шпильки.
Основанием для подшипника генератора является фундаментная плита коробчатого типа.
Газоохладители
Выделяющееся в генераторе тепло отводится четырьмя вертикальными охладителями.
Каждый охладитель состоит из биметаллических, латунно-алюминиевых трубок с прокатанными алюминиевыми ребрами.
Трубки завальцованы с обеих сторон в трубные доски, к которым приболчены камеры, уплотненные резиной и связанные между собою рамами.
Охладители вставляются в статор сверху и верхними трубными досками опираются на концевые части статора.
Нижние камеры по отношению к корпусу статора уплотнены резиной таким образом, что обеспечивается свободное тепловое расширение охладителей в вертикальном направлении.
Съемные крышки водяных камер позволяют производить чистку трубок и контроль за их состоянием, не нарушая герметичности корпуса статора.
Напорные и сливные трубы присоединены к нижним крышкам.
Для выпуска воздуха из верхних камер охладителей предусмотрены контрольные дренажные трубки.
Каждая трубка, пропущенная через одну из охлаждающих трубок и нижнюю камеру, заканчивается фланцем, приваренным к камере.
К фланцам присоединяются отводящие трубки с кранами, которые во время работы генератора должны быть постоянно открыты с минимальным сливом воды в дренаж.
Обмотка статора
Обмотка статора-трехфазная, двухслойная, с укороченным шагом, стержневая, с транспозицией элементарных проводников. Лобовые части обмотки-корзиночного типа. Стержни обмотки сплетены из сплошных и полых элементарных изолированных проводников и в пазах сердечника закрепляются специальными клиньями.
Для охлаждения обмотки по полым проводникам проходит дистиллированная вода.
На концах стержней припаяны наконечники для подвода воды к полым проводникам. Начала и концы обмотки выведены наружу через концевые выводы.
Для подвода и слива охлаждающей воды из обмотки статора имеются кольцевые коллекторы, установленные на изоляторах. Соединение коллекторов со стержнями обмотки осуществляется водосоединительными трубками из изоляционного материала. Охлаждающая вода в обмотке проходит по двум стержням, шинам и выводам, соединенным последовательно. Для контроля заполнения коллекторов водой и для выпуска из них воздуха в верхних точках коллекторов установлены дренажные трубки, выведенные из корпуса статора наружу.
Ротор изготовлен из цельной поковки специальной стали, обеспечивающей его механическую прочность при всех режимах работы генератора.
Обмотка ротора выполнена из полосовой меди с присадкой серебра. Её охлаждение осуществляется непосредственно водородом по схеме самовентиляции с забором газа из зазора машины.
Дюралюминиевые клинья, удерживающие обмотку в пазах, имеют заборные и выходные отверстия для охлаждающего газа, совпадающие с боковыми каналами, выфрезерованными в катушках.
Пазовая и витковая изоляции катушек выполнены из прессованного стеклополотна на теплостойком лаке. Контактные кольца, насаженные в горячем состоянии на промежуточную, изолированную от них втулку, установлены за подшипником со стороны возбудителя.
Стержни токоподвода, расположенные в центральном отверстии ротора, соединяются с обмоткой и контактными кольцами с помощью изолированных гибких шин и специальных изолированных болтов, которые для обеспечения газоплотности ротора имеют уплотнения сальникового типа.
Роторные бандажи, выполненные из специальной немагнитной стали, имеют горячепрессовую посадку на центрирующую заточку бочки ротора.
От осевых перемещений бандажное кольцо удерживается кольцевой шпонкой и гайкой, навинченной на носик бандажа с наружной стороны.
Для повышения термической стойкости ротора против воздействия токов обратной последовательности, замыкающихся по торцам бочки ротора, поверх изоляции лобовых частей обмотки уложены внахлёст короткозамыкающие кольца в виде двухслойных медных гребёнок. Зубья гребёнок располагаются под клинья в пазах с обмоткой и в специальных пазах, выфрезерованных в больших зубцах бочки.
Лобовые части обмотки ротора изолированы от бандажей и центрирующих колец изоляционными сегментами.
Опорные подшипники
Опорный подшипник генератора, установленный со стороны возбудителя, является подшипником стоякового типа и имеет шаровой самоустанавливающийся вкладыш.
Смазка подшипника-принудительная. Масло подаётся под избыточным давлением из напорного маслопровода турбины.
Для устранения подшипниковых токов предусмотрена изоляция этого подшипника от фундамента и от всех маслопроводов.
Опорный подшипник генератора со стороны турбины поставляется турбинным заводом.
Уплотнения вала
Для предотвращения выхода водорода из статора на наружных щитах генератора установлены двухкамерные масляные уплотнения вала торцевого типа. В уплотнениях этого типа вкладыш с баббитовой заливкой постоянно прижимается к упорному кольцу вала ротора давлением прижимного масла и следует за всеми перемещениями ротора вдоль оси.
Уплотняющее масло под давлением, превышающим давление газа в генераторе, подаётся в напорную камеру и оттуда через отверстия во вкладыше поступает в кольцевую канавку, проточенную в баббитовой заливке вкладыша. Затем масло заполняет радиальные канавки и клиновые скосы и растекаясь в обе стороны от кольцевой канавки, образует при вращении сплошную пленку, которая препятствует утечке газа из корпуса генератора.
Камеры уплотняющего и прижимного масла, образованные между корпусом и вкладышем, уплотнены резиновыми шнурами, помещенными в кольцевые канавки на поверхности вкладыша.
Для защиты внутренней полости статора от попадания масла предусмотрены маслоуловители, установленные на наружных щитах между уплотнением вала и внутренней полостью статора, и дополнительные камеры в вентиляторных щитах.
Для устранения подшипниковых токов корпус уплотнения и маслоуловитель со стороны возбудителя изолированы от наружного щита и маслопроводов.
Необходимое давление уплотняющего и прижимного масла обеспечивается регуляторами, входящими в систему маслоснабжения.
Вентиляция генератора осуществлена по замкнутому циклу. Газ охлаждается газоохладителями, встроенными в корпус статора. Необходимый напор газа создаётся двумя вентиляторами, установленными на валу ротора.
Турбины конденсационные с нерегулируемыми отборами
Нерегулируемые отборы пара, называемые также регенеративными, предназначены для подогрева питательной воды, поступающей затем в парогенераторы. Количество регенеративных отборов зависит от начальных параметров пара в турбоустановке и составляет от 5 до 8. Свое название (нерегулируемые) они получили от того, что давление пара в них не остается постоянным, а изменяется самопроизвольно, в зависимости от расхода пара на турбоагрегат.
Турбины с регулируемыми отборами
Регулируемыми называются отборы, в которых давление отбираемого пара на всех режимах работы турбоагрегата автоматически поддерживается постоянным или же регулируется в заданных пределах с тем, чтобы потребитель получал пар определенного качества. Существует два вида тепловых потребителей: промышленные, где требуется пар с давлением до 1,3 - 1,5 МПа (производственный отбор) и отопительные, с потребным давлением 0,05 - 0,25 МПа (теплофикационный отбор). Если требуется пар как производственного, так и отопительного назначения, то в одной турбине могут быть осуществлены два регулируемых отбора: промышленный и теплофикационный.
Турбины с регулируемыми и нерегулируемыми отборами
В таких турбинах предусмотрены как регенеративные, так и регулируемые отборы. Как правило, из камеры регулируемого отбора часть пара направляется на подогрев питательной воды, а остальное количество (по потребности) – тепловым потребителям.
Отчет 20 с., 5 источников.
ТУРБОГЕНЕРАТОР, КОНСТРУКЦИЯ, СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ,СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ
Объектом исследования являются турбогенераторы различных типовых конструкций.
Цель работы – проанализировать типы турбогенераторов на современном этапе развития энергетики и определить наиболее перспективные конструкции по технико-эксплуатационным показателям.
В работе рассмотрены общая классификация турбогенераторов, устройство и основные преимущества, особенности и характеристикиотдельных видов генерирующего оборудования.
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Классификация турбогенераторов 5
2 Типовые конструкции турбогенераторов 6
2.1 Турбогенератор с водородным охлаждением 6
2.2 Турбогенератор с водородно-водяным охлаждением 8
2.3 Турбогенератор с полным водяным охлаждением 12
2.4 Турбогенератор с воздушным охлаждением 15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 20
ВВЕДЕНИЕТурбогенераторы представляют собой основной вид генерирующего оборудования, обеспечивающего свыше 80 % общего мирового объема выработки электроэнергии. Одновременно турбогенераторы являются и наиболее сложным типом электрических машин, в которых тесно сочетаются проблемы мощности, габаритов, электромагнитных характеристик, нагрева, охлаждения, статической и динамической прочности элементов конструкции. Обеспечениемаксимальной эксплуатационной надежности и экономичности турбогенераторов является центральной научно-технической проблемой. Вместе с тем, несмотря на огромное количество работ, выполненных за прошедшие десятилетия, вопросы дальнейшего развития теории, разработки более совершенных технологий и конструкций турбогенераторов, методов расчета и исследований не теряют своей актуальности.
Турбогенератор этонеявнополюсный синхронный генератор, основная функция которого состоит в конвертации механической энергии в работе от паровой или газовой турбины в электрическую. Процесс происходит при высоких скоростях вращения ротора. Механическая энергия от турбины преобразуется в электрическую энергию при помощи вращающегося магнитного поля ротора в статоре. Магнитное поле создается током постоянного напряжения,протекающим в медной обмотке ротора, что в свою очередь приводит к возникновению трехфазного переменного тока и напряжения в обмотках статора. Напряжение и ток на статоре тем больше, чем сильнее поле ротора, т.е. больше сила тока, протекающего в обмотках ротора. Напряжение и ток в обмотках ротора создает тиристорная система возбуждения или возбудитель, небольшой генератор на валу турбогенератора. Турбогенераторыимеют цилиндрический ротор, установленный на двух подшипниках скольжения, который в упрощенном виде напоминает увеличенный генератор легкового автомобиля.
1 Классификация турбогенераторов
Турбогенераторы предназначены для выработки электроэнергии в продолжительном номинальном режиме работы при непосредственном соединении с паровыми или газовыми турбинами. Турбогенераторы устанавливаются натепловых и атомных электростанциях.
В зависимости от мощности турбогенераторы подразделяются на три основные группы: мощностью от 2,532 МВт, от 60320 МВт и мощностью свыше 500 МВт. По частоте вращения различают турбогенераторы четырехполюсные (на частоту вращения 1500 и 1800 об/мин) и двухполюсные (на частоту вращения 3000 и 3600 об/мин) соответственно на частоты сети 50 и 60 Гц.
По виду приводнойтурбины турбогенераторы классифицируются на генераторы, приводимые во вращение паровой турбиной, и генераторы с приводом от газовой турбины.
По применяемой системе возбуждения турбогенераторы классифицируются на машины со статической системой самовозбуждения, независимой тиристорной системой возбуждения и бесщеточным возбуждением.
В зависимости от.
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). По качеству, надежности и долговечности производимых турбогенераторов - Россия занимает передовые позиции в мире.
Содержание
История
Появление во второй половине XIX века мощных паровых турбин привело к тому, что потребовались высокоскоростные турбогенераторы. Первое поколение этих машин имело стационарную магнитную систему и вращающуюся обмотку. Но данная конструкция имеет целый ряд ограничений, одно из них — небольшая мощность. Кроме этого, ротор явнополюсного генератора не способен выдерживать большие центробежные усилия.
Основным вкладом Чарльза Брауна в создание турбогенератора было изобретение ротора, в котором его обмотка (обмотка возбуждения) укладывается в пазы, которые получаются в результате механической обработки поковки. Вторым вкладом Чарльза Брауна в создание турбогенератора была разработка в 1898 году ламинированного цилиндрического ротора. И, в конечном итоге, в 1901 году он построил первый турбогенератор. Данная конструкция используется в производстве турбогенераторов по сей день.
Типы турбогенераторов
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 сжатом воздухе, обеспечивая привод генератора трёхфазного переменного тока 208 вольт, 400 герц, номинальной мощностью 60 кВ*А.
Конструкция турбогенератора
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.
Возбуждение ротора генератора
Первоначальный (возбуждающий) постоянный ток ротора генератора подается на него с возбудителя генератора. Обычно возбудитель соосно соединен упругой муфтой с валом генератора и является продолжением системы турбина-генератор-возбудитель. Хотя на крупных электрических станциях предусмотрено и резервное возбуждение ротора генератора. Такое возбуждение происходит от не соединенного с ротором генератора возбудителя. Такие возбудители переменного тока приводятся в действие своим электродвигателем переменного трехфазного тока и включены как резерв в схему сразу нескольких турбоустановок. С возбудителя постоянный ток подается в ротор генератора через щетки и контактные кольца! Появляется основной магнитный поток и при подключении нагрузки в генераторе будет наводиться ЭДС(~I)
Читайте также: