Тенденции развития турбогенераторостроения

Лекция №1. Современное состояние и тенденции развития турбогенераторостроения

ОСНОВНОЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Конспект лекций

для студентов специальности 5В071800 – «Электроэнергетика»,

5В081200 – «Энергообеспечение сельского хозяйство»

Алматы 2013

CОСТАВИТЕЛИ: Р.М. Кузембаева, С.Е.Соколов, Мукашева Р.Т. Основное и вспомогательное оборудование электрических станций и подстанций. Конспект лекций для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика, 5В081200 – «Энергообеспечение сельского хозяйство» - Алматы: НАО АУЭС, 2013. - 56 с.

Данный конспект лекций содержит краткие сведения по основному и вспомогательному оборудованию электрических станций и подстанций.

Рецензент: канд.техн.наук, профессор Г.Х. Хожин.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012г.

©НАО Алматинский университет энергетики и связи, 2013г.

Сводный план 2012г, поз 276

Содержание лекции: современное состояние и тенденции развития турбогенераторостроения;основы теории работы генераторов.

Цель лекции: обзор современного состояния турбогенераторостроения.

Мощность турбогенератора связана с его основными размерами и электромагнитными нагрузками зависимостью

,

(1.1)

где - диаметр расточки статора;

- длина активной части;

- частота вращения машины;

- линейная токовая нагрузка статора;

- индукция в воздушном зазоре;

- коэффициент пропорциональности.

Чем больше произведение , то есть чем больше габариты машины, тем больше номинальная активная мощность турбогенератора. Однако, возможность увеличения диаметра расточки статора турбогенератора ограничена. Эти ограничения накладываются, в первую очередь, условиями механической прочности роторов турбогенераторов и их бандажных колец.

Длина ротора ограничивается его возможным статическим прогибом при остановленной (неподвижной) машине и частотными характеристиками роторной системы турбогенератора. Поэтому, соотношения между основными размерами остаются в сравнительно узких пределах

,

(1.2)

где - диаметр активной части бочки ротора;

- зазор между ротором и статором.

Внешний диаметр статора - зависит от магнитного потока, замыкающегося по активной стали и от допускаемой магнитной индукции.

Применение холоднокатаной стали позволило в некоторых пределах повысить магнитную индукцию в зубцах статора турбогенераторов.

В результате примерно за 50-60 лет турбогенераторостроения при увеличении мощности машины от 50 до 1200 МВт, т.е. в 24 раза, индукция возросла лишь на 20%: от 0,8 до 0,965Тл.

Для двухполюсных турбогенераторов независимо от их единичной мощности сохраняется соотношение

,

(1.3)

Диаметр корпуса статора находится в пределах

,

(1.4)

Полная длина ротора, т.е. длина вала турбогенератора обычно

,

(1.5)

Приведенные выше соотношения справедливы для двухполюсных турбогенераторов, имеющих частоту вращения 3000 об/мин. За 30 лет генераторостроения мощность машин увеличилась со 100 МВт (1948 г) до 1200 МВт (1976 г). Некоторые сравнительные характеристики этих генераторов приведены в таблице 1.1.

Т а б л и ц а 1.1

мощность МВт
расход меди, кг/КВА	0,11	0,019
расход стали, кг/КВА	0,765	0,202
диаметр ротора - D2, мм
воздушный зазор - δ, мм	47,5
активная длина ротора - l, мм

Из выражения (1.1) видно, что увеличение единичной мощности турбогенератора неизбежно связано с ростом линейной нагрузки машины и может быть обеспечено увеличением плотности тока в обмотках. В свою очередь, это возможно только за счет повышения эффективности систем охлаждения, и привело к применению непосредственного охлаждения водородом, маслом, водой. Внедрение непосредственного охлаждения водой обмотки статора дало возможность существенно увеличить ток в этой обмотке и создать предпосылки для конструирования машин на мощность 800, 1200 МВт и выше.

Высокие темпы наращивания энергетических мощностей достигаются в решающей степени за счет увеличения единичной мощности оборудования. Задача увеличения мощности турбогенераторов требует решения большого количества научных и технических проблем, среди которых:

- трудность изготовления крупных стальных подковок для роторов;

- транспортировка по железной дороге;

- внедрение новых систем охлаждения;

- работа генераторов в несимметричных режимах;

- разработка и внедрение новой высоковольтной изоляции на термореактивных связующих;

- меры против увеличения вибрации;

- улучшение работы контактных колец ротора и щеточного аппарата;

- работа электростанции в составе энергосистемы.