Стартовая >> Архив >> Генерация >> Эксплуатация генераторов

Элементы конструкции гидрогенераторов - Эксплуатация генераторов

Оглавление
Эксплуатация синхронных генераторов
Элементы конструкции гидрогенераторов
Охлаждение гидрогенераторов
Системы возбуждения
Режимы работы гидрогенераторов
Развитие методов электромагнитного расчета гидрогенераторов
Вспомогательные устройства гидрогенератора
Дефекты статора гидрогенератора
Дефекты ротора гидрогенератора
Техническое обслуживание генераторного оборудования
Остановка агрегата, оборудование в резерве
Ремонты генераторного оборудования
Эксплуатация турбогенераторов
Конструктивные особенности турбогенераторов, вероятные повреждения
Конструктивные особенности ротора турбогенераторов
Система уплотнений вала турбогенераторов
Повреждения ротора турбогенераторов
Системы охлаждения турбогенераторов
Особенности пуска и набора нагрузки турбогенераторов
Нормальные режимы работы турбогенераторов
Турбогенераторы серии ТФ
Турбогенераторы серии ТВМ
Сверхпроводниковые турбогенераторы
Асинхронизированные синхронные генераторы
Турбогенераторы с воздушным охлаждением за рубежом
Диагностическое обслуживание генераторов электростанций
Оценка технического состояния гидрогенераторов
Новые отечественные методы диагностики гидрогенераторов
Новые направления и совершенствование систем диагностики турбогенераторов
Новые методы диагностики турбогенераторов
Экспертные системы диагностики генераторов

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
Статор - основной неподвижный узел ГГ. В синхронном генераторе выполняет функцию якоря, через сердечник которого замыкается переменный магнитный поток, а в обмотке индуцируется переменная ЭДС. Статор состоит из корпуса, сердечника, обмотки и снабжается закладными частями для крепления к фундаменту (рис. 1.1).
В процессе работы узлы статора подвергаются вибрациям и действию различных усилий от массы частей машины, давления воды, электромагнитного поля, магнитной неуравновешенности. Эти условия особенно заметны при аварийных ситуациях. Статор также должен противостоять силам, возникающим при технологических операциях в процессе изготовления и монтажа, чтобы внутренние напряжения в материале и сварных швах не привели к недопустимым деформациям и искажениям формы. Поэтому толщину стальных листов корпуса статора выбирают часто не из обеспечения прочности, а по условиям сохранения формы,
В большинстве случаев статоры ГГ имеют диаметр, превышающий 4,5 м, и для транспортировки выполняются разъемными в виде 2-6 секторов.
Корпус статора представляет собой кольцевую конструкцию, сваренную из Горизонтальных ребер-полок, вертикальных ребер и наружной обшивки. Внутри корпуса, обычно на клиньях, собирается и запрессовывается сердечник, в который затем укладывается обмотка.
Верхний пояс корпуса служит опорой под верхнюю крестовину и систему перекрытий шахты генератора, а нижний используется для крепления статора к фундаменту. Наружная боковая поверхность корпуса, на которой укрепляются воздухоохладители, имеет форму цилиндра или правильного многоугольника. Среднюю часть корпуса, к которой крепится сердечник, образуют несколько параллельных полок, расстояние между которыми принимается примерно 400- 500 мм; между полками устанавливаются ребра и распорные угольники, Верхний и нижний пояса корпуса состоят из одной полки и ребер. Эти полки выполняются более толстыми, чем средние, так как они используются для крепления верхней крестовины и для присоединения к фундаменту. Снаружи корпус закрывается обшивкой, в которой имеются окна для прохода нагретого воздуха к воздухоохладителям и для вывода шин обмотки,
Сердечник статора собирается из сегментов электротехнической стали (холоднокатаная анизотропная сталь марки 3413) толщиной 0,5 или 0,35 мм. Сегменты штампуются компаундным штампом, причем одним ударом штампа вырубаются пазы для обмотки и пазовых клиньев, пазы по наружному диаметру для крепления сегментов к корпусу и контур сегмента (рис. 1.3).
Статор и ротор генератора
Рис. 1.3. Статор и ротор генератора:
1 - статор-шестеренка; 2 - спица ротора; 3 - полюс ротора; 4 - паз ротора; 5 - стержень обмотки; 6 - воздухоохладитель; 7 - обод ротора; 8 - тормоз; 9 - напорный трубопровод; 10 - дренажный трубопровод

Сердечник по всей высоте разделен на пакеты, между которыми предусматриваются кольцевые вентиляционные каналы высотой 10 мм,, образованные вентиляционными распорками из специального проката двутаврового сечения-
Пакеты, из которых состоит сердечник, собираются «вперекрой», т.е. стыки сегментов каждого слоя не совпадают со стыками соседних двух слоев. Такая сборка обеспечивает наибольшую магнитную проводимость и  максимальную жесткость сердечника. Верхние и нижние крайние пакеты имеют особую конструкцию для уменьшения потерь и нагрева, вызываемых торцевыми магнитными полями. Эти, пакеты - ступенчатой формы, во избежание «распушовки» собираются из монолитных, запеченных на лаке, небольших по высоте пакетов.
Сердечник прессуется в несколько приемов при помощи переносных гидравлических устройств. Сердечник окончательно стягивается длинными шпильками, пропущенными по всей высоте между корпусом и спинкой сердечника, при помощи нажимных гребенок. Пальцы гребенок проходят между стержнями обмоток и давят по всей длине зубца до первой ступеньки крайнего пакета. Гребенки имеют отжимные болты, которыми можно пользоваться для подпрессовки в случае ослабления сердечника при эксплуатации. Для уменьшения нагрева торцевых частей статора от магнитных полей пальцы гребенок выполняют из немагнитной стали.
Сердечник к корпусу в большинстве случаев крепится при помощи длинных клиньев формы ласточкиного хвоста, на которые нанизываются сегменты. Все сегменты в секторе, за исключением крайних, держатся на двух клиньях. В свою очередь, клинья крепятся с помощью промежуточных пустотелых угольников-приварышей, Которые привариваются к клиньям и средним полкам корпуса.
Обмотка статора, наиболее ответственный узел ГТ, определяет долговечность и надежность работы. К обмотке предъявляются следующие основные требования:
закон изменения линейного напряжения во времени при холостом ходе должен удовлетворять нормам качества электроэнергии;
изоляция обмотки должна обладать достаточной электрической и механической прочностью, чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию ГГ при рабочих напряжениях в течение срока службы и выдерживать эпизодические повышения напряжения (эксплуатационные и испытательные);
отдельное фазы обмотки должны быть симметричными; превышение температуры обмотки не должно превосходить допустимых значений; обмотка и элементы ее крепления должны оставаться механически прочными при любых наиболее неблагоприятных эксплуатационных режимах, как нормальных, так и аварийных;
амплитуда вибраций лобовых частей должна быть ограничена во всех режимах работы, а частота собственных колебаний - достаточно удалена от удвоенной частоты машины.
Различают катушечные и стержневые обмотки статоров. Катушечная обмотка имеет несколько последовательно соединенных витков. Стержневая обмотка состоит обычно из полусекций стержней, представляющих собой полувиток, реже - из целых неразрезанных секций, образующих виток.
По условиям прочности и надежности изоляции стержневая обмотка предпочтительнее, так как в ней межвитковая изоляция вдвое толще изоляции от корпуса. Стержневая обмотка обеспечивает лучшее заполнение паза, облегчает укладку секций в пазы, их выем и замену при монтаже и ремонтах. Недостатками стержневой обмотки являются: большой вылет лобовых частей и большое число паек крупного сечения; не всегда приемлемые значения объема тока в пазу и линейная нагрузка статора.
И катушечные, и стержневые обмотки могут быть однослойными - в каждом пазу лежит только одна сторона катушки или один стержень, и двухслойными - в каждом пазу лежат две стороны катушки или два стержня. В настоящее время в основном используется двухслойный тип обмотки, более технологичный в производстве.
По электрической схеме соединений секций обмотки подразделяются на петлевые, с результирующим шагом- по пазам, равным единице, и волновые, при которых результирующий шаг по пазам равен двойному полюсному делению,
В современных крупных ГГ наиболее широко применяются двухслойные волновые стержневые обмотки.
Основным конструктивным элементом обмотки является стержень, состоящий из отдельных изолированных медных проводников, расположенных в двух вертикальных столбиках. Каждый элементарный проводник на длине сердечника статора занимает попеременно все возможные положения по высоте столбиков. Благодаря этому ЭДС, наведенные пазовым потоком рассеяния, одинаковы для всех проводников, что позволяет снизить добавочные потери в стержнях.
В качестве основной изоляции стержней обмотки статора используется непрерывная термореактивная изоляция. Для устранения разрядов между стержнями обмоток и стенками пазов и ограничения вибраций обмоток стержни уплотняют. Пазовая часть обмотки статора крепится с помощью клиньев. Профиль клиньев должен соответствовать форме паза, обеспечивать надежное закрепление обмотки при рабочих и аварийных режимах, включая внутренние КЗ в обмотке статора.
В отдельных пазах укладываются термометры сопротивления; на дно пазов - для измерения температуры сердечника; между стержнями - для измерения средней температуры двухслойной обмотки; под пазовые клинья - для измерения температуры однослойной обмотки. Провода от термометров сопротивления выводятся через вентиляционный канал в сердечнике.
Лобовые части обмотки статора крепятся с помощью бандажных колец, охватывающих корзинку лобовых частей снаружи и препятствующих их перемещениям в радиальном направлении. Для крепления лобовых частей в тангенциальном направлении служат дистанционные прокладки, устанавливаемые плотно между смежными стержнями каждого слоя через 150-200 мм, и фасонные разборные упоры. Все изоляционные, крепежные и прокладочные элементы, расположенные в зоне обмотки, выполняются из стеклотекстолитов.
Изоляция бандажных колец, перемычек, соединительных и выводных шин выполняется по типу изоляции стержней обмотки. Пакет соединительных шин собирается на изолированных стойках, укрепляемых с помощью кронштейнов на нажимных плитах или на корпусе статора. Между смежными шинами устанавливаются дистанционные прокладки, стягиваемые немагнитными шпильками. Главные и нейтральные выводные шины группируются в двух местах по окружности статора и выводятся через окна в корпусе, закрываемые изоляционными плитами.
Ротор. Ротор представляет собой вращающуюся часть ГГ, непосредственно соединенную с валом турбины. Ротор выполняет три функции: индуктора, образующего магнитное поле; маховика, обеспечивающего устойчивую работу агрегата; вентилятора, создающего необходимый напор для циркуляции воздуха, охлаждающего активные части ГГ. Кроме того, к ротору крепится тормозное кольцо, используемое при остановках агрегата.
Ввиду разницы в частотах вращения ГГ и ТГ существует принципиальное различие в конструкций их роторов. ГГ имеют явнополюсный ротор, который представляет собой своеобразное колесо большого диаметра, состоящее из внутренней части - остова, насаживаемого с помощью втулки на вал, и наружной части - обода, собранного из штампованных сегментов. На ободе располагаются полюсы с обмоткой возбуждения (рис. 1.3). Чем меньше частота вращения ГГ, тем большее число полюсов и катушек необходимо разместить на ободе. Поэтому диаметры роторов у тихоходных ГТ значительно больше, чем у быстроходных.
Валы гидроагрегатов в зависимости от размеров выполняются цельноковаными или кованосварными. У гидроагрегатов с поворотно-лопастными турбинами центральное отверстие (осевой канал) служит для размещения штанг устройства поворота лопастей рабочего колеса, у гидроагрегатов с радиально-осевыми турбинами - для подачи воздуха под рабочее колесо.
Ранее все гидроагрегаты производились с отдельными валами для турбины и генератора и с фланцевым соединением. В настоящее время большинство зонтичных машин имеют единый вал, а подвесные гидроагрегаты и незначительное число зонтичных проектируются по-прежнему с отдельными валами. Однако при едином вале упрощается монтаж агрегата, исключаются возможность «излома» линии вала и биение вала.
Вращающий момент передается от вала к ротору в ГГ с единым валом при помощи фланцевого соединения вала турбины с втулкой центральной части ротора. При раздельных валах момент передается либо с помощью шпоночного соединения между валом генератора и насаженным из него остовом ротора, либо трением, создаваемым посадочным натягам между этими узлами.
Остовы. Остов ротора, который можно транспортировать целиком и который выполняется в виде сварного барабана, состоит из центральной втулки стального литья, приваренных к ней верхнего и нижнего дисков, вертикальных ребер между дисками и втулкой. По наружной поверхности устанавливаются клиновые полосы приваренные к дискам и вертикальным ребрам. В верхнем и нижнем дисках имеется по нескольку отверстий для засасывания вращающимся ротором охлаждающего воздуха. Войдя внутрь барабана и закручиваясь ребрами, воздух попадает в каналы обода и затем выбрасывается между полюсами в воздушный зазор.
Остов ротора диаметром меньше 8 м представляет собой сварную звездообразную конструкцию с частично отъемными спицами двутаврового сечения, которые крепятся с помощью стыковых плит, стяжных шпилек и штифтов. Для увеличения жесткости концы спиц сверху и снизу скрепляются балочками или листами перекрытий, прилегающими к внутренней поверхности обода, образуя окна для прохода воздуха внутрь остова.
У роторов крупных ГГ с внутренним диаметром обода более 8 м; остов представляет собой сварно-литую центральную часть, по периферии которой приварены стыковые плиты, причем все спицы отъемные.
Имеются различные модификации спиц ротора, наиболее экономичны трапецеидальная спица коробчатого сечения и спица с двумя гибкими пулами.
Ободы. Шихтованный обод, применяемый во всех ГГ, за исключением самых быстроходных, собирается на калибрах и шпильках из отдельных сегментов, штампованных из листовой стали толщиной 3-4 мм. Обод является наиболее напряженным в механическом отношении узлом ротора, прочность обода определяет выбор окружной скорости и, следовательно, габаритов ГГ.
С учетом того, что обод используется также в качестве вентилятора, возникает необходимость в правильном выборе длины сегмента, определяя этим размеры многочисленных (порядка 10000) зазоров между их боковыми сторонами. Половина этих зазоров, располагаясь между полюсами, служит каналами для прохода охлаждающего воздуха и играет существенную роль в системе вентиляции ГГ.
Для прохода воздуха в ободе предусматривается несколько вентиляционных каналов, образуемых дистанционными распорками.
Сверху на спицах обод запирается замками для предотвращения скольжения вверх относительно остова при подъеме на домкратах.
К нижней, торцевой, части ротора крепится тормозное кольцо, состоящее из отдельных сегментов. У ГГ большого диаметра тормозное кольцо укреплено непосредственно на ободе его стяжными шпильками. На роторах сравнительно небольшого диаметра сегменты
тормозного кольца крепятся только к остову или к остову и ободу совместно.
Полюсы и токоподвод. Полюс ГГ состоит из сердечника, катушки обмотки возбуждения, изоляции и демпферной обмотки.
Часть сердечника, обращенная к расточке статора, называется башмаком; его форма и размеры определяются, с одной стороны, условиями получения поля возбуждения синусоидальной формы, с другой - размещением демпферной обмотки и механической прочностью кромки башмака. Сердечник имеет один или два хвоста, обычно Т - образной формы, которыми полюс крепится к ободу. Сердечник, как правило, выполняется шихтованным из тонких листов стали с массивными щеками по торцам и стягивается длинными шпильками.
Обмотка возбуждения состоит из полюсных катушек, соединенных последовательно. Соединение верхнего витка катушки с верхним и нижнего с нижним соседних катушек обеспечивает поочередное изменение полярности.
Катушки, как правило, выполняются т плоской шинной меди, наматываемой на ребро. В зависимости от ширины сердечника и принимаемой формы катушки могут иметь по торцам сердечника однорадиусное, двурадиусное или прямоугольное исполнение. Для снижения нагрева обмотки возбуждения должна быть увеличена поверхность охлаждения катушек.
Катушка обмотки возбуждения изолируется от сердечника полюса и от обода ротора. Изоляция вокруг сердечника имеет вид твердоспрессованной гильзы из стеклянной ткани и асбестовой бумаги на лаке. Такая гильза обладает большой механической прочностью и нагревостойкостью.
Торцы катушек от обода с одной стороны и от башмака и щек - с другой изолируются стеклотекетолитовыми шайбами, задеваемыми на сердечник.
Витки катушки изолируются прокладками из асбестовой бумаги, наклеиваемой на обе стороны меди при помощи лака. Изолированные катушки прессуются в нагретом состоянии, лак отвердевает и катушки приобретают монолитность.
Межполосные соединения катушек возбуждения закрепляют на ободе ротора, что обеспечивает прочность и гибкость соединения.
Почти все ГГ выполняются с продольно-поперечной демпферной обмоткой, размешенной в пазах полюсных наконечников.
Продольную часть составляют медные стержни, заложенные в отверстия башмаков сердечника. Массивные медные полюсы- сегменты по торцам полюса накоротко замыкают стержни и вместе с эластичными межполюсными перемычками образуют по торцам полюсов два замкнутых кольца.
Демпферная обмотка ослабляет поле обратной последовательности при несимметричной нагрузке и снижает амплитуду колебаний ротора, возникающих в некоторых случаях при параллельной работе генератора.
Ток возбуждения, питающий катушки полюсов, подается через . скользящие контакты между расположенными на оси ротора контактными кольцами и угольными щетками, размещенными на траверсе вокруг колец. Токоподвод от контактных колец к обмотке возбуждения выполняется из медных изолированных шин, закрепляемых на валу, ободе и остове ротора при помощи изоляционных колодок. Контактные кольца изолируются от вала, а траверса со щеткодержателями - от корпуса.
Подпятник. Вертикальные усилия, создаваемые массой вращающихся частей агрегата и осевой составляющей гидродинамической силы, воспринимаются подпятником. Для подпятников ГГ характерны высокие нагрузки (до 35 МН), сравнительно небольшие скорости (8-30 м/с) и большие размеры (наружный диаметр до 4,65 м).
Подпятники ГГ выполняются с вращающимся диском и неподвижными опорными подушками - сегментами (рис. 1.4).
Диск и сегменты помешены в заполненную маслом ванну. Сегменты опираются на шаровую опору (или пружинное основание) и имеют возможность наклоняться, гак что между ними и диском образуется клиновидный слой масла, сужающийся в направлении движения. Клиновидный слой и движение диска создают подъемную силу, которая уравновешивает вертикальное усилие, так что движущаяся и неподвижная поверхности трения подпятника разделены слоем масла. Поэтому износ поверхностей трения минимальный и тепловыделение, вызванное внутренним трением в масле, минимально. Выделяющаяся теплота отводится в основном маслом, которое прокачивается через, слой вращающимся диском, а затем смешивается с маслом в ванне. Специальными охладителями тепло отводится из подпятника наружу.

Рис. 1.4.  Подпятник гидрогенератора:
1 - корпус подпятника, 2 - основание подпятника;
3 - сегмент подпятника; 4 - диск подпятника;
5 - опора промежуточная; 6 - ванна масляная;
7 - секция маслоохладителя

Наиболее тяжелым является режим пуска подпятника, в течение которого существует контакт поверхностей трения.
Сегмент подпятника состоит из стальной основы и баббитового или фторопластового покрытия. Износ баббитовой поверхности приводит к образованию на ней блестящих пятен (натиров) к уменьшает количество масла, задерживающегося на сегментах, когда машина не работает. Вследствие этого трение при пуске постепенно увеличивается. Накопление натиров приводит к расплавлению большого объема баббита и повреждению подпятника. Поэтому с ростом пусковых давлений на подшипники применяется система принудительной смазки подпятника при пусках и остановах.
Высотное положение сегментов регулируется вворачиванием опорных болтов в корпусе подпятника. Для облегчения наклона сегмента верхняя часть болта имеет сферическую головку. Между  сегментом и болтом устанавливается круглая опора, на кольцевой буртик которой опирается сегмент. Создание необходимого наклона сегментов обеспечивается выдержкой правильного расстояния в  окружном направлении - эксцентриситетом между осью рабочей  поверхности и осью опорного болта.
Если нагрузка на болт превышает 1,5 МН, то обмятие сферы болта искажает эксцентриситет и затрудняет качание сегмента. В таких случаях применяют подпятники с двухрядным расположением сегментов.
Крестовины. Различаются два основных типа: грузонесущие, или опорные, крестовины и негрузонесущие. Первые воспринимают и передают на фундамент или статор значительные по значению аксиальные усилия от подпятника и одновременно радиальные усилия от направляющего подшипника.
В ГГ подвесного исполнения опорными крестовинами являются верхние. В зонтичных машинах, если подпятник не может быть установлен на крышке турбины, опорной служит нижняя крестовина.
Кроме восприятия нагрузок опорные крестовины выполняют дополнительные функции. В подвесных машинах на верхней крестовине могут располагаться некоторые неподвижные узлы агрегата: станины возбудителей; статоры вспомогательных генераторов; маслоприемники турбин и пр. Кроме того, крестовина поддерживает перекрытие шахты генератора, обычно расположенного на уровне пола машинного зала. На опорных крестовинах зонтичных генераторов помещают тормоза-домкраты и нижнее перекрытие, отделяющее пространство генератора от турбинного. Эти крестовины рассчитываются не только на нагрузки от подпятника и подшипника, но и на усилия, возникающие при торможении и подъеме ротора.
Негрузонесущие крестовины не несут значительных аксиальных нагрузок, а передают только радиальные усилия от подшипников и выполняют те функции, которые для опорных являются вспомогательными.
В зависимости от значения действующих на крестовину сил и длины пролета применяются лучевые и мостовые крестовины. При относительно небольших нагрузках и при пролете до 6 м могут применяться неразъемные мостовые крестовины с четырьмя опорными папами. При значительных нагрузках и больших пролетах, когда требуется увеличить число точек опоры, используют лучевые крестовины.
Опорные крестовины различаются по размещению подпятника: с подпятником внутри центральной части крестовины и с подпятником, вынесенным из нее.
В первом варианте в общей ванне с подпятником устанавливается и направляющий подшипник. Во втором подпятник вынесен из крестовины и находится в нежестком баке.
Эксплуатационные требования к крестовинам. Конструкция вертикальных ГГ такова, что ее основные узлы, которые требуют наблюдения, обслуживания и разборок при ревизиях и ремонтных работах, расположены в зонах верхней и нижней крестовин. Постоянное наблюдение необходимо за контактными кольцами и их щеточными аппаратами, которые чаще всего расположены в центральной части верхней крестовины или подставке, стоящей на ней. Регуляторный генератор, тормозная система, трубопроводы воды и масла, приборы управления этими устройствами и их контроля также размещены в зонах крестовин. Поэтому вопросам доступности для наблюдения и обслуживания данных устройств и для ревизий подпятника и подшипников придается большое значение.
Направляющие подшипники. В современных ГГ применяются сегментные направляющие подшипники, работающие на самосмазке Каждый сегмент представляет часть кольца и расположен в масляной ванне у шейки вала. Для смазки трущихся поверхностей они на 1/3 - 1/2 своей высоты погружены в масло. Благодаря капиллярному эффекту масло поднимается и растекается по всей поверхности шейки вала и сегментов, обеспечивая смазку непогруженной части подшипника.
Поверхность трения генераторных сегментов облицована баббитом или фторопластом, В радиальном направлении каждый сегмент имеет опор в различных конструкциях либо в точке, либо по линии. В первом случае сегменты опираются на сферические поверхности регулируемых болтов.
Конструкция подшипника и одна из распространенных компоновок его в водяной ванне крестовины представлены на рис. 1.5. Подшипник генераторный показан на рис. 1.6.
Подшипник генераторный

Рис. 1.6. Подшипник генераторный:
1 - вкладыш; 2 - клин; 3 - кронштейн; 4 - шпилька регулировочная; 5 - крестовина; 6 - масло; 7 - маслоохладительные трубы

Подшипник турбинный направляющий
Рис. 1.5. Подшипник турбинный направляющий:
1 - крышка подшипника; 2 - ограждение вала; 3 - сегмент обрезанный;4 - резина сегмента; 5 - опорный узел сегмента; 6 - вал; 7 - нержавеющая рубашка; 8-9 - кольцо; 10 - воротник, верхний; 11 - воротник нижний; 12- уплотнение; 13 - кольцо верхнее; 14 — кольцо промежуточное; 15 - кольцо прижимное; 16 - кольцо; 17 - клапан слива их крышки турбины; 18 - подвод воды к подшипнику; 19 - слив воды из подшипника



 
« Эксплуатационные режимы водо-водяных энергетических реакторов   Эксплуатация электростанций, работающих при сверхкритических параметрах »
электрические сети