Электродвигатели типа АВ-8000/6000У3 нашли применение на тепловых электрических станциях в качестве привода пускорезервных питательных насосов котельных агрегатов блоков мощностью 300 МВт.
Непосредственное водяное охлаждение обмотки ротора и косвенное охлаждение водой сердечника и обмотки статора в пазовой части привели к особым условиям эксплуатации и ремонта этих электродвигателей.
Длительный опыт эксплуатации электродвигателей позволил ввести в практику ремонтов ряд мероприятий, направленных на удлинение межремонтного периода.
Отсутствие массовой производственно-технической литературы по эксплуатации и ремонту электродвигателей с водяным охлаждением активных частей послужило поводом к написанию данной книги. В материалах обобщен опыт эксплуатации и ремонта этих электродвигателей на электростанциях.
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ АВ-8000 600СУЗ
Электродвигатель типа АВ-8000/6000У3 серии АТД (А — электродвигатель, В — с водяным охлаждением, номинальная мощность 8000 кВт, номинальное напряжение 6000 В), разработанный НИИСЭТМ и изготовленный заводом «Сибэлектротяжмаш», используется на тепловых электростанциях в качестве привода питательного насоса на блоке 300 МВт.
Рис. 1. Питательный электронасос блока 300 МВт.
1 — электродвигатель; 2 — гидромуфта МГЛ-7000-2; 3 — редуктор Б-10: 4 — насос ПЭ-600-300.
Питательные электронасосы ПЭН на блоках 300 МВт состоят из насоса ПЭ-600-300, редуктора Б-10, гидромуфты МГЛ-7000-2 и электродвигателя АВ-8000/6000У3 (рис. 1) и служат пускорезервными насосами.
Передача энергии от электродвигателя к питательному насосу осуществляется через гидромуфту. Гидромуфта служит для плавного регулирования напора и производительности насоса путем изменения его частоты вращения. Наличие редуктора с передаточным числом, равным 2,2, увеличивает частоту вращения вала наcoca до 6300 об/мин, создавая необходимый напор 3200 м вод. ст. (32 МПа) при максимальной производительности насоса 600 м3/ч.
На рис. 2 показано соединение вала ротора электродвигателя с ведущим валом ротора гидромуфты. Ведомый вал ротора гидромуфты соединен непосредственно с ведущим валом редуктора, а ведомый вал последнего — с валом насоса. Все соединения валов выполнены при помощи полумуфт.
Рис. 2. Соединение электродвигателя с гидромуфтой, 1 — вал электродвигателя; 2 — вал гидромуфты; 3 — корпус гидромуфты; 4 — полужесткая муфта; 5 — ограждение муфты.
Рис. 3. Система охлаждения ротора и система вентиляции электродвигателя.
1 — вал ротора; 2 — короткозамыкающие кольца; 3 — охлаждающие сегменты; 4 — пакеты сердечника статора; 5 — стержни полке; 6 — гидравлические соединения; 7 — камера холодной воды; 8 — воздухоохладитель.
Рис. 4. Система охлаждения статора электродвигателя.
Главной особенностью асинхронного трехфазного электродвигателя АВ-8000/6000У3 является применение для обмотки ротора непосредственного водяного охлаждения и косвенного охлаждения водой пазовой части обмотки статора и сердечника статора и ротора (лобовые части обмотки статора охлаждаются воздухом, рис. 3, 4).
Ниже приведены технические данные электродвигателя АВ-8000/6000У3, а в приложении 5 — его электрические данные:
Номинальная мощность, кВт 8000
Номинальное напряжение, В . . . . 6000
Ток статора, А . . .... 875
К. п. д., 96,7
cos φ 0,91
Частота вращения, об/мин 2960
Мтах'Мтм 2.5
АЦск/Мном 0,8
Лтуск/1 ном 5,4
Момент инерции ротора, кг-м* 830
Расход воды статора, м3/ч ... 5
Расход воды ротора, м3/ч; /1 = 0 и 2960 об/мин 40
Перепад давления воды в статоре, кгс/см2 (кПа) 5(490)
Перепад давления воды в роторе, кгс/см2 (кПа):
/1=0 об мин 2(196)
/1 = 2960 об/мин 4(392)
Расход воздуха, м"/с 3
Масса ротора, кг 4527
Масса двигателя без воздухоохладителя, кг 21 290
При изменениях нагрузки к. п. д. и cos φ электродвигателя уменьшаются.
Электродвигатель имеет с обеих сторон стояковые подшипники, расположенные на общей со статором фундаментной плите. Направление вращения ротора по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода.
Обмотка статора имеет шесть выводных шин, концы которых расположены в приямке фундамента со стороны привода.
Статор.
Корпус статора сварной, неразъемный, имеет ряд окон, обеспечивающих доступ к гидравлическим соединениям системы водяного охлаждения и фундаментным болтам. В собранном двигателе эти окна закрыты заглушками.
Сердечник статора состоит из 26 пакетов, между которыми расположены 25 рядов охлаждающих силуминовых сегментов. Пакеты сердечника статора собраны из отдельных сегментов холоднокатаной электротехнической стали марки Э310 толщиной 0,5 мм (см. рис. 15). Активная сталь сердечника статора в запрессованном состоянии удерживается нажимными кольцами из немагнитного чугуна (см. рис. 14). Для предотвращения распушевки активной стали в зубцовой зоне крайних пакетов между нажимными кольцами и крайними сегментами сердечника установлены нажимные пальцы.
Статор имеет 48 открытых пазов, в которых уложена двухслойная стержневая обмотка корзиночного типа. В каждом пазу находятся четыре эффективных витка (по два в каждом стержне), выполненных 24 параллельными проводниками прямоугольного сечения проводом марки ПСД (рис. 5). Шаг обмотки по пазам 1 — 19. Изоляция обмотки класса В выполнена микалентой марки J1M4 методом компаундирования. Пайка головок стержней, выводных и соединительных шин с выводными концами стержней выполнена твердым припоем. Головки стержней изолированы миканитовыми коробками. Лобовые части обмотки статора имеют бандажи из льнопенькового шнура и дистанционные распорки. В пазах стержни закреплены гетинаксовыми или стекло- текстолитовыми клиньями.
Рис. 5. Обмотка статора
1 — шины; 2, 16 — упоры; 3 — головки; 4 — наружное бандажное кольцо; 5, 7 — бандаж шнуровой; 6, 8 — прокладки межслойные; 9 — стержень верхний: 10 — стержень нижний; 11 — распорки на выходе из паза; 12 — пакет активной стали статора; 13 — сегменты охлаждающие: 14 — кронштейны; 15 — внутреннее бандажное кольцо; 17 — прокладка; 18 — зажим выводов; 19 — планки.
Торцы статора закрыты внутренними и наружными щитами. Эти щиты образуют зону, из которой охлажденный воздух поступает на вход вентиляторов (рис. 3). На наружном щите крепится уплотнение вала, на внутреннем — уплотнение вентилятора.
Ротор.
Сердечник ротора набран из трех пакетов листовой стали марки Ст 30 толщиной 0,5 мм и удерживается в собранном виде нажимными кольцами, которые в свою очередь закреплены шпонкой.
Обмотка ротора выполнена из полых трапецеидальных стержней из латуни марки J162 с круглыми наконечниками, впаянными в отверстия медных короткозамыкающих колец припоем марки ПСр-45. Полости короткозамыкающих колец соединены с центральным отверстием вала посредством радиально расположенных трубок, один конец которых закреплен в кольце гайкой, а второй может перемещаться в уплотняющем гнезде вала для снятия напряжений при температурных деформациях. Стержни обмотки ротора с обеих сторон сердечника поджаты к боковым стенкам паза встречными клиньями. Клинья от аксиального перемещения фиксируются кольцами.
На короткозамыкающие кольца насажены бандажные кольца. Для снижения потерь от потоков рассеяния бандажные кольца выполнены из немагнитной стали. Короткозамыкающие кольца установлены на центрирующие кольца, расположенные на валу ротора с обеих сторон сердечника. На вал ротора насажены два вентилятора, обеспечивающие необходимый расход охлаждающего воздуха.
Система охлаждения.
Во время работы электродвигателя в обмотках статора и ротора протекают токи, вызывающие в первую очередь нагрев активных частей двигателя. Система охлаждения служит для предотвращения недопустимого нагрева частей электродвигателя. Электродвигатели АВ-8000/6000У3 имеют комбинированную систему охлаждения: непосредственное охлаждение (наиболее интенсивное) обмотки ротора водой и косвенное — обмотки и сердечника статора и ротора водой, а лобовых частей — воздухом.
В статоре этого электродвигателя передача тепла происходит через изоляцию стержней, вызывая разность температур между медью и наружной поверхностью изоляции, а в сердечнике — между активной сталью и стенками охлаждающих сегментов. В качестве основного охлаждающего агента используется турбинный конденсат, поступающий в систему от отдельного электронасоса, который обеспечивает необходимый регулируемый расход конденсата и напор.
К статору вода подается через патрубки подачи и слива, расположенные в нижней части корпуса.
В обмотку ротора вода поступает через водоподвод (см. рис. 32). Непосредственное охлаждение осуществляется прокачиванием воды через параллельно расположенные полые стержни обмотки ротора и короткозамыкающие кольца. В центральном отверстии вала ротора проходит труба, которая с помощью специального
уплотнения разделяет камеры холодной и подогретой воды. Охлаждающая вода поступает в эту трубу через неподвижную самоустанавливающуюся втулку с фторопластовым уплотнением.
Водоподвод имеет камеру для сбора и замера утечек воды через зазор между вращающейся трубой и уплотняющей втулкой. Сварной корпус водоподвода крепится к фундаментной плите. Для наблюдения за сливом воды на боковых стенках корпуса водоподвода имеются смотровые окна. Водоподвод изолирован от сливного и нагнетательного трубопроводов и фундаментной плиты при помощи изоляционных втулок и прокладок.
Косвенное водяное охлаждение сердечника и пазовой части обмотки статора осуществляется силуминовыми сегментами, расположенными между пакетами сердечника. Внутри силуминовых сегментов залиты медные трубки, по которым проходит охлаждающая вода.
Для контроля за герметичностью системы водяного охлаждения и наличием воды в корпусе статора в комплект поставки электродвигателя входит указатель жидкости типа УЖИ с реле максимального тока типа РТ-40/02.
Воздушное охлаждение лобовых частей обмотки статора осуществляется при помощи центробежных вентиляторов, расположенных на валу с обеих сторон ротора. Для охлаждения нагретого воздуха, омывающего лобовые части обмотки статора, используется воздухоохладитель типа ВПТ-108-1000, расположенный в камере под фундаментом двигателя. Нагретый воздух из электродвигателя поступает в воздухоохладитель и, соприкасаясь с ребристой поверхностью охлаждающих трубок, передает тепло воде. Охлажденный воздух из воздухоохладителя поступает к вентиляторам, затем омывает лобовые части с обеих сторон обмотки статора и по периферии сердечника поступает в воздуховод, по которому возвращается в воздухоохладитель (см. рис. 3).
Ниже дана техническая характеристика воздухоохладителя ВПТ-108-1000 по паспортным данным завода- изготовителя:
Потери, отводимые охладителем, кВт 70
Расход воды, м3/ч 18,5
Расход воздуха, м3/с 1,8
Температура охлаждающей воды, °С - . 25
Температура охлаждающе го воздуха, С 35
Аэродинамическое сопротивление, мм вод. ст. (кПа) 20,8(0,2)
Гидродинамическое сопротивление, м вод. ст. (кПа) 1,52(14,9)
Количество ходов воды, шт 6
Количество охлаждающих трубок шт 112
Масса, кг . . 300
Габаритные размеры, мм 1258X735X345
Схема водяного охлаждения электродвигателя (рис. 6)
Водяное охлаждение ротора и статора электродвигателя производится конденсатом по замкнутому контуру. Для охлаждения статора и ротора используется турбинный конденсат с содержанием железа не более 0,15 мг/л, кремния не более 0,05 мг/л.
Рис. 6. Схема водяного охлаждения электродвигателя. 1 — электродвигатель; 2 — задвижка с электроприводом; 3 — термометр; 4 — манометр; 5 — измерительная диафрагма; 6 — фильтр; 7 — вентиль; в — дроссельная шайба; 9 — вентиль с электроприводом; 10 — слив; 11 — охлаждающий конденсат.
Схема охлаждения включает в себя насосы 4МС-10-2ХЗ, теплообменники, фильтры, обмотку ротора и сердечник статора электродвигателя, бак конденсата. Подогретый конденсат охлаждается в теплообменниках циркуляционной водой, подаваемой циркуляционными насосами через фильтры ФС-400. Подпитка системы производится от линии подачи конденсата на уплотнения питательных насосов до регулирующего клапана. На трубопроводах подвода охлаждающего конденсата к обмотке ротора и сердечнику статора электродвигателя
установлены дроссельные диафрагмы. Дроссельная диафрагма, установленная на трубопроводе подвода охлаждающего конденсата к обмотке, имеет байпасную линию, на которой установлен вентиль с соленоидным электроприводом. Система дроссельных диафрагм позволяет установить расходы охлаждающего конденсата через обмотку ротора и сердечник статора электродвигателя, не превышающие допустимых значений давления перед сердечником статора и обмоткой ротора. Давление конденсата на входе в сердечник статора должно быть не более 5 кгс/см2 (490 кПа) при расходе не менее 5 м3/ч. Расход охлаждающего конденсата через неподвижную обмотку ротора должен быть не менее 35 м3/ч при давлении конденсата перед обмоткой ротора 2 кгс/см2 (196 кПа). При работе электродвигателя расход охлаждающего конденсата через обмотку ротора должен составлять 40 м3/ч при давлении 4 кгс/см2 (392 кПа). Увеличение давления при включении электродвигателя производится автоматически импульсом от блок-контактов выключателя электродвигателя, воздействующим на вентиль с соленоидным электроприводом.
Опорные подшипники и система маслоснабжения.
Подшипники скольжения имеют шаровые самоустанавливающиеся разъемные вкладыши; нижняя половина вкладыша залита баббитом Б-83, верхняя — баббитом Б-16. Для обеспечения кратковременной (до 10 мин) работы электродвигателя при прекращении подачи масла каждый из подшипников снабжен двумя смазочными кольцами. Для устранения подшипниковых токов подшипник со стороны, противоположной приводу, электрически изолирован от плиты и маслопроводов.
Для смазки и охлаждения подшипников подводится масло давлением 1,6 кгс/см2 (146,8 кПа) и температурой 40 — 45°С от маслосистемы турбины К-300-240.
На каждой маслоподводящей трубе предусмотрена дроссельная шайба для обеспечения необходимого количества масла, определяющего требуемый температурный перепад на входе и выходе.
На сливе масла из подшипников электродвигателя предусмотрены смотровые окна для визуального контроля при пусках и периодических его осмотрах.
Подача масла к насосному агрегату производится постоянно как в период его работы, так и при нахождении в горячем резерве.
Тепловой контроль.
Одним из факторов отрицательного влияния на состояние обмоток электрических машин является тепловое воздействие. Длительное воздействие повышенной температуры приводит к преждевременному старению изоляции, что может явиться причиной повреждения обмотки. Поэтому для обеспечения максимально допустимой рабочей температуры изоляции обмотки статора, гарантирующей нормальные условия эксплуатации электродвигателей АВ-8000/6000У3, имеющих класс нагревостойкости В, предельная температура равна 130°С.
Контроль за нагревом обмотки статора электродвигателя производится 12 терморезисторами, уложенными в пазах статора между стержнями согласно схеме с равномерным распределением их по фазам и длине сердечника (см. рис. 19).
Контроль за нагревом остальных элементов электродвигателя осуществляется посредством терморезисторов и ртутных термометров. Температура охлаждающего воздуха контролируется терморезистором, расположенным в струе входящего воздуха в нижней части электродвигателя. Кроме того, на одном из щитов электродвигателя предусмотрена установка ртутных термометров. В потоке горячего воздуха (в нижней части электродвигателя под лобовыми частями статорной обмотки) установлен терморезистор. На корпусе статора в струе горячего воздуха предусмотрена установка ртутного термометра.
На сливных патрубках каждого подшипника установлены ртутные термометры для контроля температуры выходящего из подшипников масла. Для контроля температуры во вкладышах подшипников предусмотрены отверстия для установки терморезисторов типа ТСП-210 длиной 250 мм. Для контроля температуры воды в системе охлаждения ротора и статора устанавливают три термометра: на нагнетательном трубопроводе холодной воды и на сливных трубопроводах подогретой воды ротора и статора.
