Особенности конструктивного исполнения гидрогенераторов, турбогенераторов, дизельгенераторов

В большинстве синхронных машин используется обращенная конструктивная схема по сравнению с машинами постоянного тока, т. е, система возбуждения расположена на роторе, а якорная обмотка на статоре. Это объясняется тем, что через скользящие контакты проще осуществить подвод сравнительно слабого тока к обмотке возбуждения, чем тока к рабочей обмотке. Магнитная система синхронной машины показана на рис. 1.

Полюса возбуждения синхронной машины размещены на роторе. Сердечники полюсов электромагнитов выполняются так же, как в машинах постоянного тока. На неподвижной части - статоре расположен сердечник 2, набранный из изолированных листов электротехнической стали, в пазах которого размещена рабочая обмотка переменного тока - обычно трехфазная.

Рис. 1. Магнитная система синхронной машины

При вращении ротора в обмотке якоря наводится переменная э.д.с., частота которой прямо пропорциональна частоте вращения ротора. Протекающий по рабочей обмотке переменный ток создает свое магнитное поле. Ротор и поле рабочей обмотки вращаются с одинаковой частотой -синхронно. В двигательном режиме вращающееся рабочее поле увлекает за собой магниты системы возбуждения, а в генераторном - наоборот.

Рассмотрим конструкцию самых мощных машин - турбо- и гидрогенераторов.

Турбогенераторы приводятся во вращение паровыми турбинами, которые наиболее экономичны при высоких частотах вращения. Поэтому турбогенераторы выполняют с минимальным числом полюсов системы возбуждения - двумя, что соответствует максимальной частоте вращения 3000 об/мин при промышленной частоте 50 Гц.

Основная проблема турбогенераторостроения заключается в создании надежной машины при предельных величинах электрических, магнитных, механических и тепловых нагрузок. Эти требования накладывают отпечаток на всю конструкцию машины (рис. 2).

Рис. 2. Общий вид турбогенератора: 1 - контактные кольца и щеточный аппарат, 2 - подшипник, 3 - ротор, 4 - бандаж ротора, 5 - обмотка статора, 6 - статор, 7 - выводы обмотки статора, 8 - вентилятор.

Ротор турбогенератора выполняется в виде цельной поковки диаметром до 1,25 м, длиной до 7 м (рабочая часть). Полная длина поковки с учетом вала составляет 12 - 15 м. На рабочей части фрезеруются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения. Таким образом получается двухполюсный электромагнит цилиндрической формы без явно выраженных полюсов.

При производстве турбогенераторов применяются новейшие материалы и конструктивные решения, в частности непосредственное охлаждение активных частей струями охлаждающего агента - водорода или жидкости. Для получения больших мощностей приходится увеличивать длину машины, что и придает ей весьма своеобразный вид.

Гидрогенераторы (рис. 3) по конструкции существенно отличаются от турбогенераторов. Экономичность режима гидравлических турбин зависит от скорости водяного потока, т. е. напора. На равнинных реках создать большой напор невозможно, поэтому частоты вращения турбин весьма низкие - от десятков до сотен оборотов в минуту.

Чтобы получить промышленную частоту 50 Гц, такие тихоходные машины приходится делать с большим числом полюсов. Для размещения большого количества полюсов приходится увеличивать диаметр ротора гидрогенератора, иногда до 10 - 11 м.

Рис. 3. Продольный разрез гидрогенератора зонтичного типа: 1 - ступица ротора, 2 - обод ротора, 3 - полюс ротора, 4 - сердечник статора, 5 - обмотка статора, 6 - крестовина, 7 - тормоз, 8 - подпятник, 9 - втулка ротора.

Создание мощных турбо- и гидрогенераторов представляет сложную инженерную задачу. Необходимо решить целый ряд вопросов механического, электромагнитного, теплового и вентиляционного расчетов и обеспечить технологичность конструкции в производстве. Эти задачи по плечу только мощным конструкторско-производственным коллективам и фирмам.

Стандартная дизель-генераторная установка представляет собой устройство, предназначенное для автономной подачи топлива в аварийном или штатном режиме. Основа работы подобного генератора - преобразование механической энергии, получаемой из коленчатого вала двигательной системы, в обычную электрическую. Устройство подобного типа позволяет получать электроэнергию из любых генераторов переменного тока.

Принцип работы дизель-генератора

Конструкция стандартного устройства данного типа производит топливо посредством механической энергии, которая создаётся при работе двигателя, сжигающего дизельное топливо и расширении веществ, находящихся в его составе в виде газов.

Пошаговое описание процесса работы установки:

Кривошипно-шатунный элемент запускает работу металлического коленчатого вала.

Полученный таким образом вращательный момент передаётся на ротор генераторной установки.

Указанный процесс формирует в роторе электромагнитное поле, преобразующее полученную в результате вращения механическую энергию в привычную для работы электрическую.

Конечная цель использования генератора - получение стандартного переменного тока.

Осуществление процесса трансформации энергии возможно при наличии работоспособных узлов в конструкции ДГУ.

Основные узлы генераторной установки:

Главный элемент дизель-генератора — это двигатель внутреннего сгорания, задача которого состоит в сжигании залитого в него топлива. Эффективную работу этого элемента обеспечивает система охлаждения (воздушная - для небольших установок, или жидкостная - для промышленных), механизм оперативного долива топлива, а также мелкие узлы, стабилизирующие функционирование всей системы.

Генератор переменного тока (альтернатор) - установка, использующая вращение магнитного поля, которое трансформирует механическую энергию в стандартную электрическую.

Особенности современного дизельного двигателя

Важнейший узел дизель-генератора — это двигатель внутреннего сгорания, работающий на дизельном топливе. Воспламенение горючего в указанном типе двигателя происходит от сжатия топлива. Современный рынок богат как двигателями, работающими в четырёхтактном режиме (впуск топлива, его сжатие, рабочий ход и выпуск), так и в двухтактном (сжатие топлива и рабочий ход).

В среднем, работа дизельных двигателей требует меньшей скорости оборотов, так как топливо более долго прогорает, сама конструкция более массивна, поэтому не получила широкого распространения в автомобильной промышленности. При этом, использование дизельного двигателя в составе ДГУ позволяет сэкономить финансы на покупке более доступного по цене и экономичного топлива.

Дизельные двигатели различаются в зависимости от сферы их применения. Например, для использования на автономных электростанциях выбирают мощные генераторы, снабжённые жидкостной системой охлаждения. Переносные ДГУ снабжены воздушным вариантом охлаждения, в некоторых случаях устанавливается промежуточная конструкция для понижения температуры воздуха. Массивность деталей дизельного двигателя нивелируется экономичностью и надёжностью использования топлива, а также большой износостойкостью подобного оборудования. По этим причинам именно ДГУ - самый выгодный варианты для современных мощных электростанций. Пожаробезопасные и экономичные установки прослужат хозяевам в течение долгого времени.