Miten synkroniset turbot ja hydrogeneraattorit on järjestetty?
Vesivoimalaitoksissa generaattoreita käyttävät vesiturbiinit, jotka pyörivät nopeudella 68-250 rpm. Lämpövoimalaitoksissa sähköenergiaa tuotetaan turbiiniyksiköillä, jotka koostuvat höyryturbiinista ja turbiinigeneraattorista. Höyryenergian parempaa hyödyntämistä varten turbiinit rakennetaan suurnopeuksiksi turbiineiksi, joiden pyörimisnopeus on 3000 rpm. Lämpövoimaloita on saatavilla myös suurissa teollisuusyrityksissä.
Laturit ovat rakenteeltaan yksinkertaisempia ja ne voidaan rakentaa huomattavasti suuremmalla teholla kuin tasavirtageneraattorit.
Useimmat synkroniset koneet käyttävät käänteistä rakennetta verrattuna DC-koneet, eli viritysjärjestelmä sijaitsee roottorilla ja ankkurikäämitys staattorissa. Tämä johtuu siitä, että on helpompi syöttää suhteellisen alhainen virta virityskelaan liukukoskettimien kautta kuin syöttää virtaa käyttökelaan. Synkronisen koneen magneettijärjestelmä on esitetty kuvassa. 1.
Synkronisen koneen viritysnavat sijaitsevat roottorilla.Sähkömagneettien napaytimet valmistetaan samalla tavalla kuin tasavirtakoneissa. Kiinteässä osassa, staattorissa, on eristetyistä sähköteräslevyistä valmistettu sydän 2, jonka kanavissa on työkela vaihtovirtaa varten - yleensä kolmivaiheinen.
Riisi. 1. Synkronisen koneen magneettijärjestelmä
Kun roottori pyörii, ankkurikäämitykseen indusoituu vaihtuva emf, jonka taajuus on suoraan verrannollinen roottorin nopeuteen. Työkelan läpi kulkeva vaihtovirta luo oman magneettikentän. Roottori ja työkelan kenttä pyörivät samalla taajuudella - synkronisesti… Moottoritilassa pyörivä työkenttä kuljettaa mukanaan viritysjärjestelmän magneetteja ja generaattoritilassa päinvastoin.
Katso lisätietoja täältä: Synkronisten koneiden käyttötarkoitus ja järjestely
Harkitse tehokkaimpien koneiden suunnittelua – turboja ja hydrogeneraattoreita... Turbiinigeneraattoreita käyttävät höyryturbiinit, jotka ovat taloudellisimpia suurilla nopeuksilla. Siksi turbiinigeneraattoreita valmistetaan viritysjärjestelmän napojen vähimmäismäärällä - kahdella, mikä vastaa maksimipyörimisnopeutta 3000 rpm teollisella taajuudella 50 Hz.
Turbogeneraattoritekniikan pääongelma on luotettavan koneen luominen sähköisten, magneettisten, mekaanisten ja lämpökuormien raja-arvoilla. Nämä vaatimukset jättävät jäljen koneen koko rakenteeseen (kuva 2).
Riisi. 2. Yleiskuva turbiinigeneraattorista: 1 — liukurenkaat ja harjalaitteisto, 2 — laakeri, 3 — roottori, 4 — roottoriliuska, 5 — staattorin käämitys, 6 — staattori, 7 — staattorin käämit, 8 — puhallin.
Turbiinigeneraattorin roottori on valmistettu kiinteästä takomateriaalista, jonka halkaisija on enintään 1,25 m, pituus enintään 7 m (työosa). Takon kokonaispituus akseli huomioiden on 12 - 15 m. Työosaan jyrsitään kanavat, joihin virityskela sijoitetaan. Siten saadaan sylinterimäinen bipolaarinen sähkömagneetti ilman selkeästi määriteltyjä napoja.
Turbiinigeneraattoreiden valmistuksessa käytetään uusimpia materiaaleja ja suunnitteluratkaisuja, erityisesti aktiivisten osien suoraa jäähdytystä jäähdytysaineen - vedyn tai nesteen -suihkuilla. Suuren tehon saavuttamiseksi on tarpeen kasvattaa pituutta koneesta, mikä antaa sille hyvin erikoisen ilmeen.
Vesigeneraattorit (kuva 3) eroavat rakenteeltaan merkittävästi turbiinigeneraattoreista. Hydrauliturbiinin toiminnan tehokkuus riippuu veden virtauksen nopeudesta, ts. vaivaa. Tasaisille joille on mahdotonta luoda suurta painetta, joten turbiinin pyörimisnopeudet ovat erittäin alhaiset - kymmenistä satoihin kierroksiin minuutissa.
50 Hz:n teollisen taajuuden saavuttamiseksi tällaiset hitaita koneet on valmistettava suurella määrällä napoja. Suuren määrän pylväitä varten on tarpeen lisätä hydrogeneraattorin roottorin halkaisijaa, joskus jopa 10-11 m.
Riisi. 3. Sateenvarjovetygeneraattorin pituusleikkaus: 1 — roottorin napa, 2 — roottorin kehä, 3 — roottorin napa, 4 — staattorin sydän, 5 — staattorin käämitys, 6 — poikkipalkki, 7 — jarru, 8 — painelaakeri, 9 - roottorin holkki.
Tehokkaiden turbojen ja vesigeneraattoreiden rakentaminen on insinöörin haaste.On tarpeen ratkaista useita mekaanisia, sähkömagneettisia, lämpö- ja ilmanvaihtolaskelmia koskevia kysymyksiä ja varmistaa rakenteen valmistettavuus tuotannossa. Vain tehokkaat suunnittelu- ja tuotantotiimit ja yritykset voivat hoitaa nämä tehtävät.
Erityyppiset rakenteet ovat erittäin mielenkiintoisia. synkroniset mikrokoneet, jossa kestomagneetti- ja reaktiivisia järjestelmiä käytetään laajalti, ts. järjestelmät, joissa toimiva magneettikenttä ei ole vuorovaikutuksessa viritysmagneettikentän kanssa, vaan roottorin ferromagneettisten napojen kanssa, joissa ei ole käämiä.
Silti tärkein teknologia-alue, jolla synkronisilla koneilla ei ole nykyään kilpailijoita, on energia. Kaikki voimalaitosten generaattorit, tehokkaimmista liikkuviin, perustuvat synkronisiin koneisiin.
Mitä tulee synkroniset moottorit, niin niiden heikko kohta on käynnistysongelma. Synkroninen moottori ei yleensä voi kiihtyä itsestään. Tätä varten se on varustettu erityisellä käynnistyskelalla, joka toimii asynkronisen koneen periaatteella, mikä vaikeuttaa suunnittelua ja itse käynnistysprosessia. Synkronimoottoreita on siksi yleensä saatavana keskisuurilla ja suurilla teholuokilla.
Alla oleva kuva esittää turbiinigeneraattorin rakennetta.
Generaattorin roottori 1 on valmistettu terästaoksesta, johon on jyrsitty virityskäämiä varten uria, joita käyttää erityinen DC-kone 10, jota kutsutaan virittimeksi. Virta roottorin käämiin syötetään kotelon 9 sulkemien liukurenkaiden kautta, joihin on kytketty roottorin käämityksen johdot.
Pyöriessään roottori tuottaa suuren keskipakovoiman.Roottorin urissa käämitystä pitävät metallikiilat ja teräksiset kiinnitysrenkaat 7 painetaan etuosia vasten.
Staattori on koottu erikoissähköteräslevyistä 2, jotka on vahvistettu teräslevystä hitsatussa rungossa 3. Jokainen staattorilevy koostuu useista osista, joita kutsutaan segmenteiksi ja jotka on kiinnitetty 4 pultilla.
Staattorin kanaviin on asetettu kela 6, jonka johtoihin indusoituu sähkömotorisia voimia roottorin pyöriessä. Sarjaan kytkettyjen käämijohtimien sähkömotoriset voimat kasvavat ja liittimiin 12 muodostuu useiden tuhansien volttien jännite. Kun virrat kulkevat käämitysjohtojen välillä, syntyy suuria voimia. Siksi staattorikäämin etuosat on yhdistetty renkailla 5.
Roottori pyörii laakereissa 8. Laakerin ja pohjalevyn väliin on asennettu katkaisijaeristys, jonka läpi laakerivirrat voidaan sulkea. Toinen laakeri valmistetaan yhdessä höyryturbiinin kanssa.
Generaattorin jäähdyttämiseksi staattori on jaettu erillisiin pakkauksiin, joiden väliin on sijoitettu tuuletuskanavat. Ilmaa ohjataan roottoriin asennettujen puhaltimien 11 avulla.
Voimakkaiden generaattoreiden jäähdyttämiseksi on tarpeen työntää niiden läpi valtava määrä ilmaa, joka saavuttaa kymmeniä kuutiometrejä sekunnissa.
Jos jäähdytysilma otetaan aseman tiloista, generaattori saastuu pölyllä lyhyessä ajassa, kun siinä on mitättömät määrät pölyä (muutama milligramma kuutiometriä kohti). Siksi turbiinigeneraattorit rakennetaan suljetulla ilmanvaihtojärjestelmällä.
Ilma, joka lämmitetään kulkiessaan generaattorin tuuletuskanavien läpi, tulee erityisiin ilmanjäähdyttimiin, jotka sijaitsevat turbiinigeneraattorin kotelon alla.
Siellä lämmitetty ilma kulkee ilmajäähdyttimen ripaputkien välissä, joiden läpi vesi virtaa, ja jäähtyy. Sitten ilma palautetaan puhaltimiin, jotka ohjaavat sen ilmanvaihtokanavien läpi. Tällä tavalla generaattoria jäähdytetään jatkuvasti samalla ilmalla eikä pölyä pääse generaattorin sisään.
Nopeus turbiinigeneraattorin roottorin kehällä ylittää 150 m / s. Tällä nopeudella suuri määrä energiaa kuluu roottorin kitkaan ilmassa. Esimerkiksi turbiinigeneraattorissa, jonka teho on 50 000 kWt, ilman kitkasta johtuvat energiahäviöt ovat 53 % kaikkien häviöiden summasta.
Näiden häviöiden vähentämiseksi tehokkaiden turbiinigeneraattoreiden sisätila ei täytetä ilmalla, vaan vedyllä. Vety on 14 kertaa ilmaa kevyempää, eli sillä on samanlainen pienempi tiheys, minkä ansiosta roottorin kitkahäviöt vähenevät merkittävästi.
Ilmassa olevan vedyn ja hapen seoksesta muodostuneen happivedyn räjähdyksen estämiseksi generaattorin sisään asetetaan ilmakehän paineita korkeampi paine. Siksi ilmakehän happi ei pääse tunkeutumaan generaattoriin.
3D-malli höyryturbiinigeneraattorista:
Koulutarviketehtaan vuonna 1965 luoma opetusnauha:
Synkroniset generaattorit
