Обмотка статора. Сечение пазов статоров турбогенераторов показаны на рис. 7-15. Обмотка с косвенным охлаждением обычно применяется в турбогенераторах средней мощности. Для нее характерно относительно малая высота элементарных проводников и относительно высокий паз. Элементарные проводники имеют полную транспозицию в пазовой части. Ширина паза также не должна быть особенно большой для того чтобы не иметь большую удельную тепловую нагрузку на стенки паза.
Рис. 7-15. Сечение стержня статорной обмотки с непосредственным водородным охлаждением: а — двойной стержень;
б — одинарный
При непосредственном водородном охлаждении обмотки статора внутри обмотки устанавливаются металлические изолированные трубки прямоугольного сечения, обладающие большим удельным электрическим сопротивлением для снижения дополнительных электрических потерь в них. Обычно трубки выполняются из немагнитной стали с толщиной стенки около 0,5 мм.
Стержень может состоять из одинарной (рис. 7-16, б) или двойной (рис. 7-16, а) плетенки с одинарным или двойным расположением вентиляционных трубок по ширине паза. Двойной по ширине стержень применяется при малом числе крупных пазов, что может иметь место при очень больших мощностях машин или машин средней мощности при большом объеме тока в пазу. Последнее обстоятельство имеет место обычно при одной параллельной ветви в фазе.
Охлаждающий газ перемещается в вентиляционных трубках под действием компрессора, установленного на валу ротора. Впуск газа происходит на одной, выпуск газа — на другой стороне машины, в районе головок лобовых частей обмотки. Для этого сплошная изоляция на головках не устанавливается, а для уменьшения вероятности электрического перекрытия между открытыми головками на них надеваются изоляционные седла, обеспечивающие доступ газа к вентиляционным трубкам.
Стержни имеют полную транспозицию в пазовой части обмотки, а иногда и в лобовой ее части. Элементарные проводники могут выбираться достаточно низкими, и поэтому можно добиться относительно низких дополнительных потерь в них даже при глубоких пазах. Соединительные шины и выводы такой обмотки обычно имеют также непосредственное водородное охлаждение.
Рис. 7-17. Сечение стержня статорной обмотки с водяным охлаждением: а — стержень выполнен из полых элементарных проводников; б —на один полый—три сплошных элементарных проводника
Рис. 7-18. Сечение двойного стержня статорной обмотки с водяным охлаждением
При непосредственном водяном охлаждении обмотки охлаждающая вода (дистиллят) протекает обычно по полым прямоугольным медным трубкам (проводникам), которые также обтекаются рабочим током. Полые проводники изолируются как и сплошные элементарные проводники. Высота полых проводников по конструктивным соображениям должна быть существенно большей, чем сплошных, поэтому дополнительные потери в них будут существенно выше, чем в сплошных. Возможны следующие комбинации сплошных и полых проводников (рис. 7-17). Условия охлаждения стержня на рис. 7-17, а весьма благоприятны, так как каждый элементарный проводник обтекается водой. Однако дополнительные потери в стержне могут быть достаточно высоки, поэтому такое выполнение целесообразно при не очень глубоком пазе.
При смешанной меди на один полый проводник приходится один, два или три сплошных проводника. Наибольшее распространение получила комбинация из одного полого и двух сплошных проводников. Условия охлаждения такого стержня достаточно благоприятны, так как расход воды через стержень может быть обеспечен необходимого уровня, а температурный перепад между сплошными и полыми проводниками достигает всего 3—5 град. В то же время при такой комбинации полых и сплошных элементарных проводников суммарные дополнительные потери в стержне еще относительно невелики, поскольку высота сплошных проводников может быть выбрана достаточно малой.
Рассматриваются также варианты (рис. 7-17, б), когда на один охлаждаемый элемент приходится 3 и более сплошных проводников. В этом случае полая трубка должна выбираться большого сечения, чтобы обеспечить необходимый расход воды через стержень. Такая трубка практически должна выполнять только функции охладителя, расположенного в стержне, а не проводника. Она может выполняться из тонкостенной немагнитной стали. Температурный перепад между сплошными проводниками и полой трубкой будет, конечно, больше, чем в первых двух случаях.
Применение в качестве охладительного элемента трубки из немагнитной стали вместо меди имеет, вообще говоря, то преимущество, что кавитационные и эрозионные процессы в немагнитной стали наступают при значительно больших скоростях протекания воды, чем в трубках из меди. Однако практически предельные скорости воды в медных трубках даже у самых мощных турбогенераторов пока не достигнуты.
Конструкция с немагнитными полыми охлаждающими трубками широкого развития не получила.
Все стержни с непосредственным водяным охлаждением проводников имеют полную транспозицию элементарных проводников в пазовой части, а у крупных турбогенераторов — и в лобовой части обмотки. Стержни могут выполняться с одинарным или двойным плетением по ширине паза (рис. 7-18). Двойной стержень применяется при весьма больших объемах тока в пазу.
Рис. 7-19. Схема охлаждения обмотки статора водой при последовательном соединении «по воде» половины фазы. Сплошными линиями показана обмотка, штриховыми — вода
Охлаждающая вода подается от коллекторов в каждый стержень через изолированный шланг (рукав) и специальный наконечник в головке лобовой части. Выпуск воды осуществляется через наконечник и изоляционный шланг такой же конструкции.
Наибольшее распространение получила такая конструкция, когда два стержня (виток) соединяются последовательно «по воде», тогда впуск и выпуск воды осуществляется на одной стороне машины (обычно на стороне, противоположной выводам). Если нет каких-либо противопоказаний, то обычно подают воду в верхний стержень, а выпускают ее из нижнего. Поскольку наибольшие потерн обычно выделяются в верхнем стержне, такая схема обеспечивает несколько более низкую температуру обмотки. Для выравнивания потерь в верхнем и нижнем стержнях у мощных турбогенераторов часто практикуют выполнение нижнего стержня меньшей высоты, чем у верхнего.
У машин самой большой мощности последовательное соединение двух стержней по воде оказывается невыгодным из-за больших скоростей воды в проводниках и большом давлении воды на входе. Поэтому здесь применяют соединение по воде всех проводников параллельно. В этом случае подача воды в стержень осуществляется на одной стороне машины, а выпуск — на другой, что несколько усложняет расположение водоподводящих шлангов на стороне шин и выводов машины.
Для машин относительно небольших мощностей может применяться схема подачи воды через катушки всей или половины катушечной группы (рис. 7-19). Шины и выводы также непосредственно охлаждаются водой.
Можно представить, что водой будет охлаждаться стержень, имеющий конструкцию, типичную для непосредственного водородного охлаждения (рис. 7-16), причем по охладительным трубкам будет протекать вода. Такая конструкция практически широкого применения не получила.
В заключение отметим, что фирма «Парсонс» (Англия) применяет подачу и слив воды из обмотки без применения изоляционных шлангов, объединяя все головки одной катушечной группы в изоляционные водоподводящие (или отводящие) кожуха.
