Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

Большинство генераторов, приводимых во вращение гидравличе­ скими турбинами, выполняется с вертикальным расположением вала. Для сохранения определенного положения вала генератор имеет один упорный подшипник (подпятник) и один или два радиальных (направляющих) подшипника. Упорный подшипник воспринимает вес вращающихся частей генератора и турбины, а также вес воды над

рабочим колесом турбины. По конструктивной схеме вертикальные генераторы делятся на подвесные и зонтичные (рис. 33-4). В подвес­ ном генераторе упорный подшипник 1 расположен на верхней кре­ стовине 5, а в зонтичном генераторе — находится на нижней кресто­ вине 15 или на направляющем аппарате турбины. Применение зонтичного генератора позволяет снизить высоту агрегата и машин­ ного зала за счет уменьшения размеров верхней крестовины, что способствует также снижению массы агрегата. На одном валу с гене­ ратором в верхней его части размещаются роторы вспомогательных машин: возбудителя 4, подвозбудителя 3 и регуляторного генера­ тора 6 — магнитоэлектрического синхронного генератора для элек­ троснабжения маслянного насоса регулятора турбины. Небольшой генератор постоянного тока (подвозбудитель) предназначен для возбуждения главного возбудителя, снабжающего постоянным током обмотку индуктора синхронного генератора. В крупных синхронных машинах вместо возбудителя постоянного тока применяется вспо­

определяет наибольшие возможные по условию прочности.размеры диаметра ротора синхронного генератора. Допустимая угонная

равен 14 м (к , = 68,2 об/мин). Наиболее ответственной частью роторного колеса является обод, собранный из листовой стали толщиной 4-ьб мм и насаженный на спицы, прикрепленные к цен­ тральной втулке. Полюсы крепятся к ободу ротора при помощи Т-образных хвостов. На полюсах, кроме обмотки возбуждения, укладывается успокоительная обмотка. Вследствие большого мо­ мента инерции ускорение ротора при пуске и замедление при оста­ новке получается небольшим, особенно затягивается время оста­ новки из-за неплотностей в затворе турбины. Продолжительная работа упорного подшипника при низкой скорости вращения может привести к повреждению его сегментов, так как нарушаются условия образования слоя смазки между трущимися поверхностями. Поэтому для ускорения остановки ротора предусматривается специальная тормозная система, состоящая из тормозных сегментов на роторе и домкратов-тормозов 14 на фундаменте генератора. Для возмож­ ности транспортировки статор по окружности делится на 6 частей. Сердечник статора состоит из отдельных пакетов, собранных из электротехнической стали. Между пакетами образуются радиальные вентиляционные каналы. Обмотка статора обычно волновая двух­ слойная (см. рис. 19-11). В крупных генераторах применяется волновая однослойная обмотка, в этой обмотке расход изоляционных

388

материалов меньше, чем в двухслойной, и оолегчается выполнение

отвод воды осуществляется распределительными трубами, рас­ положенными по окружности лобовых частей обмотки в нижней части генератора. Соединения стержней обмотки с распределитель­ ными трубами выполняются резиновыми шлангами. Непосредст­ венное охлаждение воздухом проводников обмотки возбуждения осуществляется путем создания поперечных каналов между витками катушки за счет изоляционных прокладок или применением ребри­ стого проводника. Внутренняя ширина катушки делается больше ширины сердечника полюса и между катушкой и полюсом образуется распределительный канал, в который поступает воздух из радиаль­ ных каналов обода ротора. Для облегчения входа воздуха у осно-

389

вания полюса делается осевой канал 6 в ободе (рис. 33-6). Часть воздуха из радиальных каналов обода поступает непосредственно в пространство между полюсами. Применение поперечных каналов 5 значительно увеличивает поверхность охлаждения катушек, позво­ ляет выбрать более широкий проводник и снизить высоту полюса.

Ри с . 33 -6 . Схема усиленного охлаждения катушек возбуждения

1— сердечник полюса, 2 — катушка, з — обод ротора, 4 — распределитель­ ный канал, 5 — поперечные каналы, в — осевой канал в ободе

И.з пространства между катушками полюсов воздух поступает в ра­ диальные каналы статора и охлаждает его сердечник. Такой способ охлаждения применен в генераторах Красноярской ГЭС.

При непосредственном охлаждении проводников обмоток статора и ротора мощность генератора при заданных размерах его ограни­ чивается значениями параметров и к. и. д., так как превышение температуры обмоток можно обеспечить ниже допускаемого предела. Применение непосредственного охлаждения проводников целесооб­ разно также и при мощности генератора меньше предельной, если

390

размеры его ограничены условиями размещения на гидростанции, например, в случае погружного исполнения. Строительство гидро­ станций и изготовление генераторов для них явилось прямым след­ ствием осуществления плана ГОЭЛРО. В 1923—1924 гг. завод «Электросила» получил заказ на изготовление шести генераторов для строящихся электростанций: Волховской и Земо-Авчальской. В то время гёнератор для Волховской ГЭС массой около 260 т был крупнейшим в Европе. В 1932 г. был изготовлен самый большой в мире генератор для Днепровской ГЭС мощностью 62 Мет при скорости вращения 68,3 об/мин, наружный диаметр генератора 12,5 м, масса 780 т. В 1933 г. был изготовлен генератор для Свирской ГЭС, который по давлению на упорный подшипник (1130 тс) в свое время также был рекордным. Затем для Рыбинской и Угличской ГЭС были изготовлены генераторы мощностью 55 Мет, 62,5 об/мин с давлением на упорный подшипник 2000 тс. После Отечественной войны были вновь построены генераторы для ряда восстановленных электростанций и изготовлены генераторы для волжских станций: в 1953 г. — генератор мощностью 128 Мет, 68,2 об/мин для элек­ тростанции имени В. И. Ленина и в 1957 г. такой же генератор для электростанции имени XXII съезда КПСС. В 1960 г. был изготовлен самый мощный генератор в мире для Братской ГЭС и в 1964 г. еще более мощный генератор для Красноярской ГЭС мощностью 500 Мет,

93,8 об/мин.

Б. Неявнополюсные синхронные машины. Особенностью неявно­ полюсных машин является ротор в виде.кругового цилиндра, в пазах которого уложена обмотка возбуждения (см. рис. 18-3, б). Расположе­ ние вала обычно горизонтальное. Такая конструкция применяется в генераторах с приводом от паровых турбин и в двигателях при большой скорости вращения (свыше 1500 об/мин). На рис. 33-7 представлен продольный разрез неявнополюсного синхронного гене­ ратора мощностью 100 Мет. Ротор, выполненный из поковки с утол­ щенной средней частью и шейками по концам, должен обладать большой прочностью и высокой магнитной проницаемостью, поэтому для ответственных машин применяется специальная сталь типа хромо-никель-молибдено-ванадиевой (марка 35ХНЗМФА). Большие напряжения в материале, вызванные центробежными силами, не позволяют увеличивать диаметр ротора свыше 1,2 м, а допустимый прогиб ограничивает длину сердечника ротора величиной 7 м. Для удаления загрязненной части металла, контроля качества поковки и уменьшения напряжений в материале сверлится центральное отверстие диаметром 100—150 мм. В машинах большой мощности в это отверстие вставляется стальной стержень по длине сердечника с целью увеличения магнитной проводимости ротора. Обмотка воз­ буждения состоит из отдельных катушек, ширина меньшей катушки обмотки возбуждения составляет примерно третью часть полюсного деления (см. рис. 18-3, а). Прямоугольные пазы ротора с проводни­ ками показаны на рис. 33-8, а. В генераторах мощностью 500 Мет и выше увеличение прочности зубцов и уменьшение неравномерности распределения индукции в зубцах достигается применением трапе-

391

Ось рот ора.

Рис. 33-9. Бандаж ротора: о — с жестким кольцом,

б— с эластичным кольцом

1 — сердечник рото р а , 2 — бан д аж , 3 — обм отка р о то р а , 4 — ц ентрирую щ ее ко л ьц о

цеидальных пазов (рис. 33-8, б). Пазовая часть обмотки удержи­ вается клиньями 1 из проката специального профиля (сплав алю­ миния марки Д16Т). Крепление лобовых частей обмотки произво­ дится бандажами (рис. 33-9) из прочной магнитной или немагнитной стали. Для. генераторов мощностью 100—300 Мет применяются бандажи с упругими центрирующими кольцами. У генераторов мощ-

393

ностыо 500 Мет и выше бандаж опирается только на сердечник ротора (центрирующее кольцо отсутствует) и под ним располагается медное кольцо, замыкающее клинья для создания успокоительной обмотки.

Сердечник статора выполняется из холоднокатаной электротехни­ ческой стали и состоит из отдельных пакетов шириной 30—60 мм, расстояния между которыми образуют радиальные вентиляцион­ ные каналы шириной 5—10 мм. Пазы статора имеют прямоуголь­ ную форму (рис. 33-10). Обмотка обычно двухслойная стержневая, при водяном охлаждении применяется однослойная обмотка. Перед

Z9.9

Рис. 33-10. Пазы статора: а — с двухслойной обмот­

извлекаются из изоляции воздух и влага и производится пропитка лаком под давлением 6—8 ати. Стержень обмотки обычно состоит из нескольких проводников и для уменьшения потерь от вихревых токов выполняют транспозицию этих проводников (см. рис. 10-16).

Охлаждение генераторов производится по замкнутому циклу,

30 Мет охлаждаются воздухом, а при большей мощности исполь­ зуется водород. Во избежание попадания воздуха через уплотнения и образования внутри генератора гремучей смеси давление водорода

3 94

поддерживается 0,05 am. Применение водорода позволяет увели­ чить мощность генератора без увеличения размеров машины за счет более интенсивной теплопередачи и уменьшить вентиляционные потери, так как теплоемкость водорода в 14 раз, теплопроводность в 7 раз, коэффициент теплосъема с поверхности в 1,35 раза больше соответствующих величин для воздуха, а плотность в 14,3 раза меньше. При воздушном и поверхностном водородном охлаждении вентиляционные схемы одинаковы: холодный воздух (или водород) подается двумя вентиляторами, установленными вблизи торцов

сердечника ротора, к лобовым частям обмотки ротора и статора и дальше направляется к радиальным каналам статора, которые раз­ делены на группы по длине машины. По одной группе каналов охла­ ждающий газ подходит от осевого канала статора к ротору и затем, пройдя через зазор и соседнюю группу радиальных каналов, попа­ дает в сборный осевой канал статора и направляется к охладителям. При охлаждении воздухом охладители устанавливаются внутри фундамента, а при охлаждении водородом — в корпусе машины. Охлажденный газ поступает снова к вентиляторам. На сердечнике ротора протачивается винтовая канавка шириной и глубиной 5—6 мм для увеличения поверхности охлаждения.

Создание генераторов мощностью свыше 150 Мет требует более интенсивного охлаждения, что достигается увеличением давления водорода до 2—3 am. Однако в этом случае уменьшается только

395