Общая компоновка. Все современные турбогенераторы выполняются в виде полностью закрытой машины. Подавляющая часть турбогенераторов мощностью 50 Мвт и выше имеет водородное наполнение корпуса статора. Водород используется как охлаждающий агент для многих активных и конструктивных элементов машины.
Типичный разрез современного двухполюсного турбогенератора показан на рис. 7-8. Турбогенератор здесь имеет непосредственное водяное охлаждение обмотки статора и непосредственное водородное — обмотки ротора. Активная сталь и поверхность ротора также охлаждаются водородом при давлении 4 am.
Высокая скорость вращения и, как следствие, высокие механические напряжения определяют конструктивное выполнение ротора в виде цилиндра с радиально расположенными пазами.
Большие механические напряжения, возникающие в теле ротора и роторных бандажах, ограничивают диаметр ритора при частоте 50 гц и двухполюсном исполнении величиной 1100—1200 мм. Вследствие этого все турбогенераторы имеют, как правило, активную длину ротора значительно больше его диаметра.
Турбогенератор является вытянутой в длину электрической машиной с неявно выраженными полюсами. Ротор турбогенератора представляет собой в активной части вытянутый цилиндр с отношением длины активной части к диаметру D2 около 5,5. Ротор вращается в двух подшипниках скольжения стоякового типа, которые опираются па фундамент и не связаны с корпусом статора. При этом один из них, со стороны возбудителя, является самостоятельным, а второй располагается в цилиндре низкого давления турбины.
Стояковые подшипники обладают рядом преимуществ перед подшипниками, встроенными в торцевые щиты (рис. 7-9). Стояковые подшипники не связаны с корпусом статора и поэтому не передают вибрацию ротора па статор и сами не воспринимают вибраций, возникающих па статоре. Конструкция торцевых статорных щитов и самих подшипников предельно проста и требует значительно меньших затрат труда при изготовлении, чем щитовые подшипники. Существенным является также и то, что при монтаже и демонтаже машины, при профилактических осмотрах и ремонтах вскрытие подшипников, масляных уплотнений вала, торцевых щитов, подбалансировка ротора и т. д. выполняются значительно проще и быстрее при стояковых подшипниках, чем при щитовых, вследствие большей доступности этих узлов и меньшей взаимной связи их друг с другом.
Особенно большие преимущества стояковых подшипников выявляются для очень мощных турбогенераторов, когда масса ротора может достигать очень значительной величины и установка подшипника непосредственно на фундамент обеспечивает бесспорную устойчивость подшипника.
Сам ротор выполняется цельнокованым из высоколегированной стали с высокими механическими свойствами материала.
Рис. 7-8. Продольный разрез турбогенератора мощностью 300 Мвт с непосредственным охлаждением обмотки и стояковыми подшипниками
Лобовые части обмотки возбуждения удерживаются от перемещения под действием центробежных сил бандажным кольцом из высокопрочной немагнитной стали. Наибольшие механические напряжения от центробежных сил при вращении ротора возникают именно в бандажном кольце. Бандажные кольца выполняются немагнитными для уменьшения дополнительных потерь, магнитного рассеяния обмоток и местного нагрева в торцевой зоне машины. Бандажные кольца ротора обычно насаживаются с натягом только на бочку ротора. По обе стороны бочки ротора расположены осевые вентиляторы, которые обеспечивают необходимую циркуляцию водорода в машине.
Обмотка возбуждения соединяется с контактными кольцами токоподводом, состоящим из системы соединительных шин, болтов и стрежней. Кольца расположены со стороны возбудителя, за подшипником. Токоподвод в районе подшипника проходит через центральное отверстие ротора.
Рис. 7-9. Продольный разрез турбогенератора с непосредственным охлаждением обмоток и со встроенными в щиты подшипниками
Сами контактные кольца представляют собой шлифованные кольца из специальной твердой, износоустойчивой стали, насаженные на вал через изоляционную втулку. На наружной поверхности колец выполняются винтовые нарезки для улучшения работы щеток. Ввиду того что при работе машины на самих контактных кольцах и в щеточной траверсе выделяются значительные потери, по обе стороны контактного узла установлено два центробежных вентилятора.
Со стороны турбины на конце ротора за подшипником насаживается полумуфта для соединения с палом турбины.
Статор состоит из газонепроницаемого корпуса, который подразделен на 3 части: центральную, в которой располагается сердечник с обмоткой, и две концевые части, прикрывающие лобовые части статорной обмотки, в которых расположены четыре газоохладителя для охлаждения водорода.
Разделение статора на 3 части дает возможность транспортировать и монтировать его по частям. Корпус статора с сердечником и обмоткой представляет собой самую тяжелую и громоздкую часть турбогенератора. В наиболее мощных машинах масса этой части может достигать 230—320 т. Грузоподъемность кранов как на самом заводе-изготовителе, так и на электростанции, определяется этой величиной. Для транспортировки корпуса статора с сердечником применяются наиболее грузоподъемные железнодорожные транспортеры.
Кроме веса ограничивающим фактором для перевозки корпуса статора с сердечником может явиться также его внешний габарит. При перевозке грузов они не должны выходить за транспортные габариты, которые ограничивают безопасное приближение к железнодорожным строениям. На рис. 7-10 показана четвертая степень негабаритности для железнодорожного транспорта. Современные транспортные возможности железных дорог по грузоподъемности таковы, что статоры даже самых больших турбогенераторов могли бы выполняться несоставными, однако при этом не удается для больших машин создать конструкцию, которая позволяла бы вписаться в допустимые габаритные размеры железных дорог. Вследствие этого практически все турбогенераторы мощностью более 200—250 Мвт выполняются составными, причем, как правило, от корпуса статора с сердечником отделяются для транспортировки части, в которых располагаются газоохладители. Составной статор несколько утяжеляет и удорожает изготовление корпуса.
Рис. 7-10. Четвертая степень негабаритности железнодорожного транспорта
Статоры средних и больших турбогенераторов транспортируются обычно на площадочном транспортере. При перевозке самых больших турбогенераторов применяются так называемые сочлененные транспортеры. В этом случае корпус статора подвергается при перевозке большим механическим воздействиям от собственного веса и тяги локомотива.
Это обстоятельство должно учитываться при проверке механической прочности корпуса статора.
Нормально корпус статора с водородным заполнением должен выдерживать без остаточных деформаций максимальное эксплуатационное давление водорода и должен быть рассчитан на возможные давления взрыва смеси водорода и воздуха.
Вопрос о давлении, которое может возникнуть в корпусе машины при взрыве гремучей смеси, является достаточно сложным и не вполне изученным. Обычно считается, что это давление — около 7 кгс/см2 при тех рабочих давлениях, которые общеприняты в турбогенераторостроении.
Некоторые иностранные фирмы прибегают к выполнению разъемного корпуса статора и раздельному транспортированию корпуса и сердечника статора (рис. 7-11). В этом случае сердечник статора собирается в промежуточном корпусе, представляющем собой легкую сварную или сборную конструкцию, фиксирующую статорные ребра, на которых крепится сам сердечник. Габаритные размеры сердечника с промежуточным корпусом при этом существенно снижаются. Внешний корпус транспортируется и устанавливается отдельно, после чего в него производится заводка сердечника с промежуточным корпусом.
Такая конструкция несколько утяжеляет и удорожает изготовление статора и может рекомендоваться для машин очень больших мощностей.
Связь между внешним и промежуточным корпусом осуществляется через гибкую (эластичную) подвеску, которая служит для того, чтобы уменьшить величину вибраций, передаваемых в первую очередь от сердечника на фундамент и на внешний корпус статора.
Эластичная подвеска устанавливается между сердечником и корпусом статора также и в том случае, когда сердечник и корпус представляют неразъемную конструкцию (рис. 7-12). Конструкции эластичных подвесок
в случае разъемного и неразъемного соединения сердечника с корпусом статора обычно отличаются друг от друга. На рис. 7-12 и рис. 7-13 показаны типичные конструкции таких эластичных подвесок.
Рис. 7-11. Установка сердечника статора в корпус
По обеим сторонам корпуса статора устанавливаются рым-лапы для монтажа и установки статора на фундаменте. Рым-лапы обычно выполняются съемными для уменьшения внешних габаритов при транспортировке.
Рис. 7-12. Упругая подвеска сердечника в корпусе статора при неразъемной конструкции сердечника и корпуса статора
Сердечник статора состоит из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм, лакированной с обеих сторон. В этих листах выштампованные пазы, в которых расположена обмотка статора. Листы набираются в пакеты, разделенные вентиляционными радиальными каналами шириной в 5—10 мм, образованными с помощью дистанционных распорок.
Со стороны спинки сердечник статора имеет ласточкины пазы, с помощью которых он крепится на ребра статора, которые в свою очередь привариваются к стенкам корпуса статора. В ребрах статора проделаны продольние шлицы для придания им большей гибкости и уменьшения вибрации, передаваемой от сердечника статора к корпусу и далее на фундамент. Сердечник статора спрессован с обеих сторон мощными немагнитными нажимными плитами.
Рис. 7-13. Упругая подвеска сердечника и корпусе статора при разъемной конструкции сердечника и корпуса статора
Обмотка статора двухслойная с коническим расположением лобовых частей. Изоляция обмотки термореактивная. Лобовые части обмотки закреплены во избежание перемещений при нормальной работе, и особенно при коротких замыканиях, с помощью специальных колец и системы распорок и бандажей.
Выводы статорной обмотки расположены со стороны возбудителя.
Три линейных вывода располагаются внизу машины и шесть нейтральных вверху. На нулевых выводах расположены измерительные трансформаторы тока. Подвод и отвод дистиллированной воды к обмотке статора выполнен с помощью фторопластовых шлангов, установленных со сторон турбины.
Рис. 7-14. Продольный разрез турбогенератора в однокорпусном исполнении мощностью 200 Мвт (с непосредственным охлаждением)
В концевых частях корпуса статора устанавливаются четыре газоохладителя. Трубки газоохладителей выполняют из биметалла с большим оребрением с «газовой» стороны. Отношение площади, омываемой газом, к площади, омываемой водой, составляет 12—14.
Внутренняя часть трубки, соприкасающаяся с водой, выполняется из латуни, а внешняя, соприкасающаяся с газом, из дюралюминия.
На рис. 7-9 показан разрез турбогенератора со щитовыми подшипниками. Здесь подшипники с обеих сторон машины встроены в мощные торцевые щиты корпуса статора. Применение щитовых подшипников вместо стоковых может привести к некоторому уменьшению расстояния между осями подшипников и повышению критической скорости вала ротора.
На рис. 7-14 показано типичное однокорпусное исполнение турбогенератора средней мощности.
Рис. 7-15. Сечение паза статора турбогенератора с двухслойной обмоткой
