Kaip išdėstyti sinchroniniai turbo ir hidrogeneratoriai?

Hidroelektrinėse generatorius varo vandens turbinos, kurios sukasi nuo 68 iki 250 aps./min.. Šiluminėse elektrinėse elektros energiją gamina turbininiai blokai, susidedantys iš garo turbinos ir turbinos generatoriaus. Geresniam garo energijos panaudojimui turbinos statomos kaip greitaeigės turbinos, kurių sukimosi greitis siekia 3000 aps./min.. Šiluminių elektrinių yra ir didelėse pramonės įmonėse.

Kintamosios srovės generatoriai yra paprastesnio dizaino ir gali būti pagaminti naudojant žymiai didesnę galią nei nuolatinės srovės generatoriai.

Dauguma sinchroninių mašinų naudoja apverstą konstrukciją, palyginti su DC mašinos, t.y. žadinimo sistema yra ant rotoriaus, o armatūros apvija - ant statoriaus. Taip yra dėl to, kad per slankiuosius kontaktus lengviau tiekti santykinai mažą srovę į žadinimo ritę nei tiekti srovę į darbo ritę. Sinchroninės mašinos magnetinė sistema parodyta fig. 1.

Sinchroninės mašinos sužadinimo poliai yra ant rotoriaus.Elektromagnetų polių šerdys pagamintos taip pat, kaip ir nuolatinės srovės mašinose. Ant stacionarios dalies, statoriaus, yra šerdis 2, pagaminta iš izoliuotų elektrotechninio plieno lakštų, kurių kanaluose yra kintamosios srovės darbinė ritė - dažniausiai trifazė.

Ryžiai. 1. Sinchroninės mašinos magnetinė sistema

Kai rotorius sukasi, armatūros apvijoje indukuojamas kintamasis emf, kurio dažnis yra tiesiogiai proporcingas rotoriaus greičiui. Per darbo ritę tekanti kintamoji srovė sukuria savo magnetinį lauką. Rotorius ir darbinės ritės laukas sukasi tuo pačiu dažniu - sinchroniškai… Variklio režimu besisukantis darbo laukas neša sužadinimo sistemos magnetus, o generatoriaus režimu – atvirkščiai.

Daugiau informacijos rasite čia: Sinchroninių mašinų paskirtis ir išdėstymas

Apsvarstykite galimybę suprojektuoti galingiausias mašinas — turbinas ir hidrogeneratorius... Turbininius generatorius varo garo turbinos, kurios yra ekonomiškiausios važiuojant dideliu greičiu. Todėl turbininiai generatoriai gaminami su minimaliu žadinimo sistemos polių skaičiumi – dviem, o tai atitinka maksimalų 3000 aps./min sukimosi greitį esant pramoniniam 50 Hz dažniui.

Pagrindinė turbogeneratoriaus inžinerijos problema yra patikimos mašinos su ribinėmis elektrinių, magnetinių, mechaninių ir šiluminių apkrovų vertėmis sukūrimas. Šie reikalavimai palieka įspaudą visoje mašinos konstrukcijoje (2 pav.).

Ryžiai. 2. Bendras turbinos generatoriaus vaizdas: 1 — slydimo žiedai ir šepečio aparatas, 2 — guolis, 3 — rotorius, 4 — rotoriaus juostelė, 5 — statoriaus apvija, 6 — statorius, 7 — statoriaus apvijos, 8 — ventiliatorius.

Turbinos generatoriaus rotorius pagamintas iš vientiso kaltinio, kurio skersmuo iki 1,25 m, ilgis iki 7 m (darbinė dalis). Bendras kaltinio ilgis, atsižvelgus į veleną, 12 — 15 m Ant darbinės dalies išfrezuojami kanalai, kuriuose įdedama žadinimo ritė. Taigi gaunamas cilindrinis bipolinis elektromagnetas be aiškiai apibrėžtų polių.

Turbininių generatorių gamyboje naudojamos naujausios medžiagos ir konstrukciniai sprendimai, ypač aktyvių dalių tiesioginis aušinimas aušinimo agento - vandenilio ar skysčio srove.. Norint gauti didelę galią, reikia padidinti ilgį. mašinos, kuri suteikia jai labai ypatingą išvaizdą.

Hidrogeneratoriai (3 pav.) savo konstrukcija labai skiriasi nuo turbininių generatorių. Hidraulinės turbinos darbo efektyvumas priklauso nuo vandens tėkmės greičio, t.y. pastangos. Lygiose upėse didelio slėgio sukurti neįmanoma, todėl turbinos sukimosi greičiai labai maži – nuo ​​dešimčių iki šimtų apsisukimų per minutę.

Norint gauti pramoninį 50 Hz dažnį, tokios mažo greičio mašinos turi būti pagamintos su daugybe polių. Norint sutalpinti daug polių, reikia padidinti hidrogeneratoriaus rotoriaus skersmenį, kartais iki 10-11 m.

Ryžiai. 3. Skėtinio vandenilio generatoriaus išilginė pjūvis: 1 – rotoriaus stebulė, 2 – rotoriaus ratlankis, 3 – rotoriaus polius, 4 – statoriaus šerdis, 5 – statoriaus apvija, 6 – skersinė sija, 7 – stabdys, 8 – traukos guolis, 9 - rotoriaus įvorė.

Galingų turbinų ir hidrogeneratorių kūrimas yra inžinerinis iššūkis.Būtina išspręsti daugybę mechaninių, elektromagnetinių, šiluminių ir vėdinimo skaičiavimų klausimų bei užtikrinti konstrukcijos pagaminamumą gamyboje. Tik galingos projektavimo ir gamybos komandos ir įmonės gali atlikti šias užduotis.

Įvairių tipų konstrukcijos yra labai įdomios. sinchroninės mikromašinos, kuriame plačiai naudojami nuolatiniai magnetai ir reaktyviosios sistemos, t.y. sistemos, kuriose darbinis magnetinis laukas sąveikauja ne su sužadinimo magnetiniu lauku, o su feromagnetiniais iškiliais rotoriaus poliais, kurie neturi apvijos.

Tačiau pagrindinė technologijų sritis, kurioje sinchroninės mašinos šiandien neturi konkurentų, yra energetika. Visi generatoriai elektrinėse, nuo galingiausių iki mobiliųjų, yra pagrįsti sinchroninėmis mašinomis.

Kalbant apie sinchroniniai varikliai, tada jų silpnoji vieta yra paleidimo problema. Pats sinchroninis variklis paprastai negali įsibėgėti. Norėdami tai padaryti, jame yra speciali paleidimo ritė, veikianti asinchroninės mašinos principu, o tai apsunkina dizainą ir patį paleidimo procesą. Todėl sinchroniniai varikliai paprastai yra vidutinės ir didelės galios.

Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta turbinos generatoriaus konstrukcija.

Generatoriaus rotorius 1 pagamintas iš plieno kaltinio, kuriame išfrezuojami grioveliai žadinimo ritei, varomai specialia nuolatinės srovės mašina 10, vadinama žadintuvu. Srovė į rotoriaus apviją tiekiama per slydimo žiedus, uždarytus korpusu 9, prie jų prijungti rotoriaus apvijos laidai.

Sukdamasis rotorius sukuria didelę išcentrinę jėgą.Rotoriaus grioveliuose apvija laikoma metaliniais pleištais, o plieniniai laikantys žiedai 7 prispaudžiami prie priekinių dalių.

Statorius surenkamas iš specialaus elektrotechninio plieno štampuotų lakštų 2, kurie sutvirtinti rėme 3, suvirintame iš lakštinio plieno. Kiekviena statoriaus varčia susideda iš kelių dalių, vadinamų segmentais, kurios tvirtinamos 4 varžtais.

Statoriaus kanaluose klojama ritė 6, kurios laiduose sukantis rotoriui indukuojamos elektrovaros jėgos. Serijiniu būdu sujungtų apvijų laidų elektrovaros jėgos didėja ir gnybtuose 12 susidaro kelių tūkstančių voltų įtampa. Kai tarp apvijų laidų teka srovės, susidaro didelės jėgos. Todėl priekinės statoriaus apvijos dalys yra sujungtos žiedais 5.

Rotorius sukasi guoliuose 8. Tarp guolio ir pagrindo plokštės klojama grandinės pertraukimo izoliacija, per kurią galima uždaryti guolių sroves. Antrasis guolis pagamintas kartu su garo turbina.

Generatoriui aušinti statorius yra padalintas į atskirus paketus, tarp kurių yra ventiliacijos kanalai. Orą varo ventiliatoriai 11, sumontuoti ant rotoriaus.

Norint aušinti galingus generatorius, per juos reikia išstumti didžiulį oro kiekį, kuris pasiekia dešimtis kubinių metrų per sekundę.

Jei aušinantis oras paimamas iš stoties patalpų, tai jame esant pačiam nereikšmingiausiam kiekiui dulkių (keli miligramai kubiniame metre), generatorius per trumpą laiką bus užterštas dulkėmis. Todėl turbininiai generatoriai statomi su uždara vėdinimo sistema.

Oras, kuris šildomas eidamas per generatoriaus ventiliacijos kanalus, patenka į specialius oro aušintuvus, esančius po turbinos generatoriaus korpusu.

Ten įkaitęs oras praeina tarp oro aušintuvo briaunuotų vamzdelių, kuriais teka vanduo, ir atšaldomas. Tada oras grąžinamas į ventiliatorius, kurie jį varo ventiliacijos kanalais. Tokiu būdu generatorius nuolat aušinamas tuo pačiu oru ir dulkės negali patekti į generatoriaus vidų.

Greitis išilgai turbinos generatoriaus rotoriaus perimetro viršija 150 m / s. Esant tokiam greičiui, rotoriaus trinčiai ore išeikvojama daug energijos. Pavyzdžiui, turbininiame generatoriuje, kurio galia 50 000 kWVt, energijos nuostoliai dėl oro trinties sudaro 53% visų nuostolių sumos.

Siekiant sumažinti šiuos nuostolius, galingų turbinų generatorių vidinė erdvė užpildoma ne oru, o vandeniliu. Vandenilis yra 14 kartų lengvesnis už orą, tai yra, jo tankis panašus, dėl to žymiai sumažėja rotoriaus trinties nuostoliai.

Siekiant išvengti deguonies, susidarančio iš vandenilio ir deguonies mišinio ore, sprogimo, generatoriaus viduje nustatomas didesnis nei atmosferos slėgis. Todėl atmosferos deguonis negali prasiskverbti į generatorių.

3D garo turbinos generatoriaus modelis:

Mokomoji juosta, kurią 1965 m. sukūrė mokyklinių prekių gamykla:
Sinchroniniai generatoriai