Проектирование электрических машин переменного тока - Задание по проектированию

Проектирование турбогенератора слагается из проработки задания, определения основных активных размеров, проведения поверочных расчетов и конструирования машины по этим размерам.
В общем случае, когда речь идет о генераторах новых типов, т. е. о генераторах, к которым предъявляются особые требования относительно исполнения или параметров, уже в первой стадии проработки технического задания часто прибегают к исследовательским и опытным работам для уточнения и обоснования самого технического задания. В этом случае техническое задание на проектирование может уточняться во время проектирования.
Предполагается в дальнейшем более простой случай, когда задание будет содержать такие требования, которые могут быть выполнены на основе опыта предшествующего проектирования, изготовления и эксплуатации генераторов.
Типовые турбогенераторы требуют меньше времени и средств не только на проектирование, но также, что является главным, на изготовление и освоение в эксплуатации. Освоение производства и эксплуатации, в течение которых выявляются особенности новых конструкций, требует длительного времени и по крайней мере нескольких образцов новых машин. Характерно, что и себестоимость новых образцов турбогенераторов в начальный период производства всегда выше, чем при серийном их изготовлении. Первый образец имеет себестоимость примерно в 1,5—1,4 раза выше, чем генераторы последующих выпусков.
Поэтому к проектированию и изготовлению новых турбогенераторов прибегают в случае, если найдены новые прогрессивные методы конструирования или новые материалы, которые, несмотря на повышенные первоначальные затраты, в дальнейшем должны привести к значительной экономии и повышению надежности в эксплуатации или если требуемые параметры турбогенераторов уже не могут быть выполнены в рамках существующих конструкций. Последнее обстоятельство имеет место, например, при проектировании турбогенераторов предельных мощностей.
Одно из основных требований по обеспечению высокой эксплуатационной надежности — это длительная проверка конструкции в эксплуатации и отработка в производстве. Важно отметить, что от первоначального выбора конструкции зависит возможность ее дальнейшего развития. Предпочтение следует отдавать конструкциям, имеющим перспективу применения для широкого диапазона мощностей; тогда перестройка производства на новые конструкции и технологию будет происходить реже и надежность в эксплуатации повысится.
Обычно в руководствах по проектированию турбогенераторов предполагается определенный уровень развития материаловедения, конструирования и расчета, что фактически фиксируется приведенными рекомендациями. Поэтому такие рекомендации являются в этом смысле ограниченными и всегда могут и должны быть пересмотрены при применении новых материалов или принципов конструирования.
В техническом задании по проектированию указываются: 1) номинальная мощность Р, кв-а; 2) номинальный коэффициент мощности cos φ; 3) номинальное напряжение U, в; 4) номинальная скорость вращения n, об/мин., 5) номинальная частота f, гц; 6) отношение короткого замыкания о. к. з., или статическая перегружаемость, S, о. е.
Дополнительно могут указываться: 7) коэффициент полезного действия η, %; 8) переходные и сверхпереходные индуктивные сопротивления x'd и x"d, о. е.; 9) требования к системе возбуждения: скорость нарастания возбуждения v, в/сек; потолочное напряжение Uп, в; 10) особые требования (допустимые перегрузки, несимметричные режимы, работа при емкостной нагрузке и др.).
Должны быть также указаны: 11) температура и химический состав технической охлаждающей воды; 12) специальные климатические условия работы (тропики, высота над уровнем моря, сейсмичность и пр.).
В задании могут также оговариваться специальные конструктивные условия: 13) системы охлаждения активных частей машины; 14) расположение подшипников; 15) условия транспортировки и монтажа, ограничения по габаритам и весу наиболее тяжелых частей машины и пр.
В зависимости от сложности и подготовленности технического задания указанные требования могут быть заданы все или только частично, и тогда оставшиеся пункты будут результатом дальнейшего проектирования. Например, очень часто напряжение может не задаваться, а определяться в процессе проектирования самой машины и т. д.
После получения задания по проектированию следует провести: 1) выбор основных размеров и обмоточных данных турбогенератора; 2) выбор основной конструктивной схемы и компоновки основных узлов; 3) электрический расчет; 4) тепловой расчет; 5) механический расчет; 6) вентиляционный расчет; 7) чертежную часть проекта.
Очевидно, что последовательность действий по пп. 2—7 условна и в действительности может осуществляться, как это имеет место в конструкторских бюро, практически параллельно.
При выполнении же проекта отдельным лицом указанная последовательность может быть оправдана, если при этом можно воспользоваться определенным опытом или рекомендациями. В более общем случае проектировщик обычно согласовывает последовательность действий в зависимости от конкретных условии. Например, если размеры ротора выбраны заведомо большие, чем обычно принятые, то целесообразно начать расчеты с проверки механической прочности.
Очевидно, что предпочтение тому пли иному варианту проекта может быть отдано на основе конкретных сопоставлении с другими проектами или выполненными машинами, а также степени подготовленности предприятия к выпуску определенной конструкции и требований эксплуатации. Поэтому в процессе проектирования производится проработка нескольких вариантов и предпочтение отдается тому из них, который наиболее полно удовлетворяет заданию но проектированию и поставленным требованиям в отношении технологичности и экономичности конструкции.
Выбор оптимального варианта по одному или нескольким заданным параметрам не описывается в настоящей главе.