конструкція статора
Конструкція статора турбогенератора
У корпусі статора кріпиться магнітопрвод з трифазної обмоткою і розташовується перегородок для розподілу і циркуляції охолоджуючого газу. У генераторах з водневим охолодженням в корпус вбудовують Газоохолоджувачі.
Вага статора генератора передається через корпус на фундамент. Обшивка корпусу сприймає зусилля при підйомі зібраного статора і його кантовке в процесі різних технологічних операції. Електромагнітний момент впливає на магнітопровід статора і через нього передається на корпус і його кріплення (болтами) до фундаменту.
При коротких замикань виникає ударний електромагнітний момент, який може в 6-8 разів перевищувати його номінальне значення. Кріплення сердечника до корпусу і самого корпусу до фундаменту має витримувати такі механічні перевантаження.
Корпус статора схильний також постійному впливу вібрацій частотою 100Гц, причиною яких є магнітне тяжіння обертовим намагніченим ротором сердечника статора. Его зусилля прагне надати циліндру сердечника еліптичну форму. Вібрації можуть зруйнувати зварні шви корпусу. При розробці конструкції статора вживають відповідних заходів для зниження передачі знакозмінних механічних зусиль від сердечника до конструктивних елементів корпусу.
Корпус статора генератора з водневим охолодженням має циліндричну форму на відміну від корпусів машин з повітряним охолодженням, що мають складну форму. Недотримання циліндричної форми призводить до концентрації механічних напруг в окремих місцях корпусу в разі вибуху газової суміші.
Так як Газоохолоджувачі розміщені всередині машини, то зовнішній діаметр корпусів турбогенераторів з водневим охолодженням завжди більше, ніж діаметр корпусу генератора з повітряним охолодженням, і обмежується габаритами, що дозволяють перевозити машину по залізниці.
Корпус зварюють з окремих листів сталі Ст-3. Основними елементами корпусу є зовнішня обшивка, поперечні стінки і ребра для кріплення на них сердечника статора.
У машинах з водневим охолодженням обшивку і поперечні стінки виконують товщим для збільшення міцності і газощільних корпусу (табл. 1)
Товщини елементів корпусу статора
На рис.1.1 показана конструкція корпусу статора турбогенератора з повітряним охолодженням, а на рис. 1.2 представлені основні елементи корпусу. Листи обшивки корпусу 1, зігнуті на згинальних верстатах, приварюються до торцевих 2 і поперечним 3 стінок, які попередньо зварюють з окремих сегментів, вирізаних по копіру з товстолистового прокату. Всі зварні шви перевіряють рентгенівською установкою, гамма-променями або ультразвуком. Вирізи в поперечних стінках зроблені для пропуску охолоджуючого газу. Торцеві стінки мають велику товщину, до них в подальшому кріплять болтами зовнішні щити. Внутрішній діаметр торцевих стінок дещо більше, ніж поперечних, щоб можна було ввести в корпус натискну плиту, яка утримує в зібраному стані листи сердечника. Відстань Між попі річковими стінками становить 0,5-0,7 м. Число поперечних стінок визначається числом струменів охолоджуючого повітря. Така конструкція забезпечує необхідну міцність при допустимому гідравлічному опорі вентиляційних каналів. Слід зазначити, що товщина стінок визначається не тільки з умов міцності корпусу, а й вимогами надійної зварювання.
До поперечних стінок корпусу з внутрішньої сторони приварюють клини (ребра) 4 уздовж циліндричної поверхні. Ребра приварюють за допомогою косинців 5 (рис.1.1). Кріплення ребер розраховують на Дія тангенціальних зусиль від крутного моменту, що виникає при короткому замиканні. Ребра (рис.1.2, в) виготовляють зі сталевого прокату. Внутрішню сторону клина, протилежний від місця приварки до косинці, обробляють за формою хвоста для кріплення на них таким способом сегментів стали сердечника статора.
1-обшивка корпусу; 2 - стінка торцева; 3 - стінки поперечні; 4 - клин-ребро; 5 - косинець; 6 - перегородка; 7 - цапфа; 8 - опорна лапа; 9 - вікна; 10 - опорне кільце.
Мал. 1.2. Деталі корпусу статора
а - торцева стінка; б - поперечна стінка; з - клин-ребро
У клинах на відстані 0,5-0,6 м один від одного під кутом 60 º до його осі роблять прорізи шириною 2 мм для полегшення складання сердечника. Використовуючи ці прорізи, сегмент стали статора надягають на клин ні з торця, а вставляють в найближчу проріз і потім просувають його на ділянці значно меншої довжини. На кінцях клинів нарізна-зают різьблення. Клини мають велику довжину і щодо невеликі-шое розтин. Тому в процесі обробки вони деформуються. Для відновлення прямолінійності клини рихтують на гідрав-вої або пневмогідравлічного пресі. Висока точність через виготовлених клинів полегшує їх розміщення (розгонку) в расточке корпусу і підвищує якість збірки листів муздрамтеатру.
Для підйому генератора безпосередньо до його обшивці прива-ють цапфи (див, рис.1.1). Це забезпечує передачу навантаження всім стінок корпусу. В генераторах великої потужності цапфи кренять болтами до плити, вваренной в корпус. Корпуси статорів Генераторів з водневим охолодженням со-стоять з тих же конструктивних елементів, що і корпусу машин з повітряним охолодженням. Так як обшивка корпусу генераторів з водневим охолодженням має циліндричну форму, то попе-річкові стінки корпусу виготовляють у вигляді круглих дисків 'Чис-ло поперечних стінок і їх розташування визначаються необхідної жорсткістю корпусу і схемою охолодження. Газоохолоджувачі в тур-богенераторах з водневим охолодженням встановлюють всередині корпусу. Вони можуть бути розташовані поздовж-но-горизонтально або попе-речно-вертикально (рис. 1,3).
З двох схем поперечного розташування секцій газоохолоджувачів найбільш широке поширення набула схема їх верти-кального розміщення. Секції встановлюють в колодязях, уварений-них в циліндричну частину корпуса статора (рис. 1.4, а). Так як генератори потужністю понад 200 МВт в зібраному вигляді мають габарити, що перевищують допустимі транспортні, то їх статори роблять складовими з трьох частин: середній частині, в якій розташований сердечник з обмоткою, і двох кінцевих частин. Газоохолоджувач і в цих турбогенераторах вбудовують в кінцеві частини корпусу (рис. 1.4, б). У турбогенераторах потужністю 800 і 1200 МВт кінцеві частини виконують складовими з двох частин для забезпечення можливості їх перевезення.
При проектуванні генератора внутрішні канали в корпусі статора конструюють таким чином, щоб по-перше, кожна секція по всій довжині була рівномірно завантажена охолоджуваних газом, і, по-друге, щоб відбувалося зміщення струменів холодного газу від всіх секцій і здійснювався підведення цього загального потоку до камері розрідженого водню.
Корпус статора генераторів з водневим охолодженням виконують з опорними і транспортними лапами. У генераторах з повітряним охолодженням транс кравці лапи відсутні і під час перевезення статор встановлюють на днище корпусу.
Важливою особливістю конструкції турбогенераторів потужністю 165 МВт і вище є пружна підвіска сердечника до корпусу статора. Це дозволяє знизити передачу вібрації частотою 100Гц від сердечника до корпусу і запобігти руйнуванню зварних швів корпуса. Пружність підвіски досягається виконанням в клинах наскрізних поздовжніх пазів в зоні приварювання клинів до поперечних стінок корпусу (рис. 1.6, а). У ряді турбогенераторів застосована пружна підвіска сердечника до корпусу за допомогою пластин, прикріплених до стінок корпусу. Ребра статора і пластини мають отвори в бічній поверхні. Через них проходять з'єднують болти (рис. 1.6, б). Таким чином, пластини є проміжним пружним ланкою, через яке на корпус передаються вага і ослаблена вібрація сердечника.
Конструкція повністю зібраного сердечника і його кріплення в корпусі статора показані на рис. 1.7. Сердечник (магнітопровід) являє собою циліндр, зібраний з електротехнічної сталі і розділений на окремі пакети шириною 40-50 мм. Між пакетами виконують вентиляційні канали шириною 10 мм (рідше 5 мм). Пакети зафіксовані кріпленням типу «ластівчин хвіст» на клинах-ребрах. У зібраному і спресований ном стані сердечник утримується з торців нажімнимі плитами за допомогою гайок, навернених на хвостовики ребер.
Якщо зовнішній діаметр сердечника не перевищує 990 мм, то його пакети збирають (шихту) з окремих дисків, штампованих з електротехнічної сталі. Турбогенератори середньої і великої потужності мають зовнішній діаметр сердечника, що перевищує 990 мм, і тому пакети муздрамтеатру шихту з окремих сегментів. Для виготовлення дисків і сегментів застосовують гарячекатану або холоднокатану електротехнічну сталь товщиною 0,5 мм (рідше 0,35 мм). Гарячекатана сталь дешевше і міцніше, ніж холоднокатаная. Однак холоднокатана сталь має кращі магнітні характеристики менші втрати і великі допустимі індукції. Тому її застосування в великих генераторах дає можливість виготовити сердечник статора більш монолітним і на 5-10% меншою довжини.
Для сердечника статора турбогенераторів застосовують чотири типи сегментів: основні, вентиляційні, з укороченими зубця ми, натискні. Основні сегменти складають приблизно 90% всіх сегментів, з яких набирають пакети муздрамтеатру (рис. 1. 9, а). Пази на зовнішній дузі у вигляді «хвоста» або паралелограма призначені для кріплення сегментів на клинах-ребрах корпусу статора. Пази на внутрішній дузі відкриті, прямокутної форми призначені для обмотки статора. У цих пазах зроблені вирізи під клини для кріплення стрижнів обмотки в пазу. Сегменти активної стали штампуються, як правило, компаундних штампом, при якому пази вирубуються заодно з самим сегментом. В машинах потужністю до 100 МВт застосовують сегменти з чотирма або шістьма зубцями. В машинах більшої потужності використовують тризубі сегменти для зменшення впливу нерівномірності товщини листа стали. Після штампування сегменти мають по контуру вирубки задирки (грат), які видаляють, так як вони в зібраному сердечнику можуть замкнути листи стали між собою і утворити електропровідні контури. У змінному магнітному полі в цих контурах виникнуть додаткового-тільні втрати і нагрів стали, що призведе до зменшення ККД генератора, а в окремих випадках до місцевого виплавлення сердечника і обмотки. Лакова плівка, товщина якої становить приблизно 0,05 мм, створює міцну ізоляцію між листами в зібраному сердечнику. Теплостійкість лакового покриття становить 130-140 ° С. Вентиляційні сегменти (рис. 1.9.б) встановлюють між пакетами основних сегментів. Вони створюють радіальні вентиляційні канали.
Сегменти з укороченими зубцями використовують для збірки крайніх пакетів сердечника. Їх отримують з основних сегментів шляхом додаткової обрубки, при якій розширюється паз під обмотку і коротшає зубець. К. крайнім пакетам сердечника пред'являють підвищені вимоги, так як вони сприймають зусилля від натискних кілець (плит) статора. Крайні пакети повинні бути монолітними, не мати «розтушовування» в зубцеву зоні. Для генераторів потужністю понад 100 МВт крайні пакети ви-полняют заздалегідь, а не в процесі шихтовки муздрамтеатру. Для цього в прес-формі з сегментів збирають пакет товщиною 30- 40 мм, сегменти склеюють лаком і запікають при температурі 160-200 ° С. Число крайніх пакетів, що встановлюються з кожного боку сердечника, становить 3-5. При цьому перший крайній пакет має такі ж розміри пазової зони, як і основні па кети. Наступні крайні пакети в міру наближення їх до нажимному кільцю мають меншу висоту зубця і велику ши-рину паза. Нажімниє сегменти встановлюють між нажімнимі плитами і останнім крайнім пакетом. Вони безпосередньо пе-Реда зусилля від натискної плити до крайніх пакетів, запобігання-обертають растушевку зубців, створюють вентиляційні канали в цій зоні. Нажімниє сегменти штампують з електротехнічної сталі марки 1211 і приклепують до них натискні пальці з не-магнітної сталі (рис. 2.9, в).
Нажімниє плити для турбогенераторів невеликої потужності виготовляють литими з немагнітного чавуну. Складна форма поперечного перерізу плити забезпечує необхідну міцність для сприйняття сили пружності спресованого сердечника. Між нажімной плитою і торцевою стінкою розташоване (приварене до стінки) циліндричний кільце, необхідне для правильного розподілу зусиль пружною реакції, які прагнуть надати сердечника форму воронки. Взаємне положення натискних сегментів і натискний пли ти додатково фіксується кільцевої шпонкой. У турбогенераторах великої потужності натискні плити відливають з немагнітної сталі.
В генераторах великої потужності через збільшення струмів обмотки статора інтенсивність поля розсіювання, створюваного її лобовими дріботячи ми, зростає настільки, що нагрів від додаткових втрат край них пакетів сердечника, натискний плити і деталей кріплення становить велику проблему, ніж розрахунок активної зони машини. Для зниження нагріву торцевих частин статора використовують не тільки більш інтенсивне охолодження цієї зони, в тому числі безпосереднє водяне, але і приймають спеціальні конструктивні заходи, спрямовані на зниження додаткових втрат.
Магнітне поле в торцевій зоні генератора має складну тривимірну структуру. Воно створюється лобовими частинами обмоток статора і ротора, а також випинання з зазору робочого потоку. Додатковий нагрів крайніх пакетів визначає в основ ном складова індукції, що входить перпендикулярно в торцеву площину зубців. Ця складова індукції збільшується при зменшенні поля лобових частин обмотки ротора, т. Е. При зниженні струму збудження. Наприклад, в турбогенераторах потужністю 300-800 МВт складова індукції зростає приклад але на 30% при зменшенні струму збудження, що забезпечує перехід генератора на роботу з коефіцієнтом потужності 0,95-1,0. Приблизно так само зростає індукція при подальшому зниженні струму збудження і зменшення коефіцієнта потужності до 0,95, але вже при споживанні з мережі реактивної потужності.
Зниження втрат в торцевій зоні статора сучасних потужних турбогенераторів досягається завдяки екрануванню цієї зони, встановлення крайніх східчастих пакетів сердечника, розрізах (шліцам) в зубцях крайніх пакетів, встановлення магнітних шунтів.
Екранування торцевої зони здійснюють мідним кільцем, розташованим між нажімной плитою і сердечником (рис. 1.10). Такий екран знижує практично до нуля складову індукції, що входить в торець спинки статора, і істотно зменшує ре в зоні дна паза.
Зниження втрат в режимі недозбудження досягається застосуванням сильно скошених по висот »крайніх пакетів в порівнянні зі звичайними ступінчастими. На краях сердечника, найближчих до ротора, торцева складова індукції знижується при розмірно в 1,6 рази. Для цього число сходинок і їх розміри необхідно вибирати виходячи з наближення східчастих пакетів до скошеного з кутом від горизонталі 60-70 °.
Основні розміри сердечників турбогенераторів різних наведені в табл. 1. 2.