Kuidas on paigutatud sünkroonsed turbod ja hüdrogeneraatorid?

Hüdroelektrijaamades käitavad generaatoreid veeturbiinid, mis pöörlevad kiirustel 68–250 pööret minutis.Soojuselektrijaamades toodavad elektrienergiat turbiinsõlmed, mis koosnevad auruturbiinist ja turbiingeneraatorist. Auruenergia paremaks kasutamiseks ehitatakse turbiinid kiirete turbiinidena, mille pöörlemiskiirus on 3000 p/min.Soojusjaamad on saadaval ka suurtes tööstusettevõtetes.

Generaatorid on disainilt lihtsamad ja neid saab ehitada oluliselt suurema võimsusega kui alalisvoolugeneraatoreid.

Enamik sünkroonseid masinaid kasutavad ümberpööratud disaini võrreldes DC masinad, st. ergutussüsteem asub rootoril ja armatuuri mähis staatoril. See on tingitud asjaolust, et ergutusmähisesse on lihtsam anda suhteliselt madalat voolu läbi liugkontaktide kui anda voolu töömähisele. Sünkroonmasina magnetsüsteem on näidatud joonisel fig. 1.

Sünkroonmasina ergutuspostid asuvad rootoril.Elektromagnetite pooluste südamikud on valmistatud samamoodi nagu alalisvoolumasinatel. Statsionaarsel osal, staatoril, on südamik 2, mis on valmistatud isoleeritud elektriterasest lehtedest, mille kanalites on vahelduvvoolu töömähis - tavaliselt kolmefaasiline.

Riis. 1. Sünkroonmasina magnetsüsteem

Rootori pöörlemisel indutseeritakse armatuuri mähises vahelduv emf, mille sagedus on otseselt võrdeline rootori kiirusega. Töömähise kaudu voolav vahelduvvool loob oma magnetvälja. Rootor ja tööpooli väli pöörlevad sama sagedusega — sünkroonselt… Mootorirežiimis kannab pöörlev tööväli endaga kaasas ergutussüsteemi magneteid ja generaatorirežiimis vastupidi.

Täpsemalt vaata siit: Sünkroonmasinate otstarve ja paigutus

Kaaluge kõige võimsamate masinate – turbode ja hüdrogeneraatorite – projekteerimist... Turbiingeneraatoreid käitavad auruturbiinid, mis on kõige ökonoomsemad suurtel kiirustel. Seetõttu valmistatakse turbiingeneraatorid minimaalse ergutussüsteemi pooluste arvuga - kahega, mis vastab maksimaalsele pöörlemiskiirusele 3000 p / min tööstuslikul sagedusel 50 Hz.

Turbogeneraatorite peamiseks probleemiks on töökindla masina loomine elektriliste, magnetiliste, mehaaniliste ja termiliste koormuste piirväärtustega. Need nõuded jätavad jälje kogu masina konstruktsioonile (joonis 2).

Riis. 2. Turbiini generaatori üldvaade: 1 — libisemisrõngad ja harjaseade, 2 — laager, 3 — rootor, 4 — rootoririba, 5 — staatori mähis, 6 — staator, 7 — staatori mähised, 8 — ventilaator.

Turbiingeneraatori rootor on valmistatud tahke sepisena läbimõõduga kuni 1,25 m, pikkusega kuni 7 m (tööosa). Sepise kogupikkus võlli arvesse võttes on 12 — 15 m Tööosale freesitakse kanalid, millesse asetatakse ergutuspool. Seega saadakse silindriline bipolaarne elektromagnet, millel puuduvad selgelt määratletud poolused.

Turbiingeneraatorite tootmisel kasutatakse uusimaid materjale ja konstruktsioonilahendusi, eelkõige aktiivsete osade otsejahutust jahutusaine - vesiniku või vedeliku jugadega.Suure võimsuse saamiseks on vaja pikkust suurendada masinast, mis annab sellele väga erilise välimuse.

Hüdrogeneraatorid (joonis 3) erinevad ehituselt oluliselt turbiingeneraatoritest. Hüdraulilise turbiini töö efektiivsus sõltub veevoolu kiirusest, s.o. pingutus. Tasapinnalistel jõgedel pole võimalik kõrget rõhku tekitada, seetõttu on turbiini pöörlemiskiirused väga madalad — kümnetest kuni sadade pöörete minutis.

Tööstusliku 50 Hz sageduse saamiseks tuleb selliseid väikese kiirusega masinaid valmistada suure hulga poolustega. Suure hulga pooluste mahutamiseks on vaja suurendada hüdrogeneraatori rootori läbimõõtu, mõnikord kuni 10-11 m.

Riis. 3. Vihmavarju vesinikugeneraatori pikisuunaline läbilõige: 1 — rootori rumm, 2 — rootori velg, 3 — rootori poolus, 4 — staatori südamik, 5 — staatori mähis, 6 — risttala, 7 — pidur, 8 — tõukelaager, 9 - rootori hülss.

Võimsate turbode ja hüdrogeneraatorite ehitamine on inseneri väljakutse.Vajalik on lahendada mitmeid mehaaniliste, elektromagnetiliste, soojus- ja ventilatsiooniarvutuste küsimusi ning tagada tootmises konstruktsiooni valmistatavus. Nende ülesannetega saavad hakkama vaid võimsad disaini- ja tootmismeeskonnad ning ettevõtted.

Erinevat tüüpi struktuurid on väga huvitavad. sünkroonsed mikromasinad, milles kasutatakse laialdaselt püsimagnet- ja reaktiivsüsteeme, s.t. süsteemid, milles töötav magnetväli ei interakteeru mitte ergastusmagnetväljaga, vaid rootori ferromagnetiliste väljapaistvate poolustega, millel pole mähist.

Peamine tehnoloogiline valdkond, kus sünkroonmasinatel täna konkurente pole, on aga energeetika. Kõik elektrijaamade generaatorid, alates kõige võimsamatest kuni mobiilseteni, põhinevad sünkroonmasinatel.

Nagu sünkroonsed mootorid, siis on nende nõrk koht käivitamise probleem. Iseenesest ei saa sünkroonmootor tavaliselt kiirendada. Selleks on see varustatud spetsiaalse asünkroonse masina põhimõttel töötava käivitusmähisega, mis muudab projekteerimise ja käivitusprotsessi enda keeruliseks. Seetõttu on sünkroonmootorid üldiselt saadaval keskmise kuni suure võimsusega.

Alloleval joonisel on kujutatud turbiingeneraatori ehitust.

Generaatori rootor 1 on valmistatud terasest sepisest, millesse on freesitud sooned ergutusmähise jaoks, mida juhib spetsiaalne alalisvoolumasin 10, mida nimetatakse ergutiks. Rootori mähise vool juhitakse korpuse 9 poolt suletud libisemisrõngaste kaudu, nendega on ühendatud rootori mähise juhtmed.

Pöörlemisel tekitab rootor suure tsentrifugaaljõu.Rootori soontes hoiavad mähist kinni metallkiilud ja terasest kinnitusrõngad 7 surutakse vastu esiosasid.

Staator on kokku pandud spetsiaalsest elektriterasest stantsitud lehtedest 2, mis on tugevdatud lehtterasest keevitatud raamis 3. Iga staatorileht koosneb mitmest osast, mida nimetatakse segmentideks ja mis on kinnitatud 4 poldiga.

Staatori kanalitesse asetatakse mähis 6, mille juhtmetes indutseeritakse rootori pöörlemisel elektromotoorjõud. Jadaühendatud mähisjuhtmete elektromotoorjõud suurenevad ja klemmides 12 tekib mitme tuhande voldine pinge. Kui mähise juhtmete vahel voolavad voolud, tekivad suured jõud. Seetõttu on staatori mähise esiosad ühendatud rõngastega 5.

Rootor pöörleb laagrites 8. Laagri ja alusplaadi vahele on laotud voolukatkestusisolatsioon, mille kaudu saab sulgeda laagrivoolud. Teine laager tehakse koos auruturbiiniga.

Generaatori jahutamiseks on staator jaotatud eraldi pakettideks, mille vahel paiknevad ventilatsioonikanalid. Õhku juhivad rootorile paigaldatud ventilaatorid 11.

Võimsate generaatorite jahutamiseks on vaja neist läbi suruda tohutul hulgal õhku, ulatudes kümnetesse kuupmeetritesse sekundis.

Kui jahutusõhk võetakse jaama ruumidest, siis kõige ebaolulisemas koguses tolmu (paar milligrammi kuupmeetri kohta) olemasolul saastub generaator lühikese aja jooksul tolmuga. Seetõttu on turbiingeneraatorid ehitatud suletud ventilatsioonisüsteemiga.

Generaatori ventilatsioonikanalite läbimisel soojendatav õhk siseneb spetsiaalsetesse õhujahutitesse, mis asuvad turbiini generaatori korpuse all.

Seal liigub soojendatud õhk õhujahuti ribidega torude vahele, millest vesi voolab, ja jahutatakse. Seejärel suunatakse õhk tagasi ventilaatoritesse, mis juhivad selle läbi ventilatsioonikanalite. Nii jahutatakse generaatorit pidevalt sama õhuga ja tolm ei pääse generaatorisse.

Kiirus piki turbiini generaatori rootori ümbermõõtu ületab 150 m / s. Sellel kiirusel kulub suur hulk energiat rootori hõõrdumisele õhus. Näiteks turbiingeneraatoris, mille võimsus on 50 000 kWVt, on õhuhõõrdumisest tingitud energiakaod 53% kõigi kadude summast.

Nende kadude vähendamiseks täidetakse võimsate turbiingeneraatorite siseruum mitte õhu, vaid vesinikuga. Vesinik on õhust 14 korda kergem, see tähendab, et selle tihedus on sarnane, mistõttu rootori hõõrdekadud vähenevad oluliselt.

Õhus oleva vesiniku ja hapniku segust moodustuva hapniku plahvatuse vältimiseks seatakse generaatorisse atmosfäärirõhust kõrgem rõhk. Seetõttu ei saa õhuhapnik generaatorisse tungida.

Auruturbiini generaatori 3D mudel:

Koolitarvete tehases 1965. aastal loodud õppelint:
Sünkroongeneraatorid