Kā ir izvietoti sinhronie turbo un hidroģeneratori?
Hidroelektrostacijās ģeneratorus darbina ūdens turbīnas, kas griežas ar ātrumu no 68 līdz 250 apgr./min.. Termoelektrostacijās elektrisko enerģiju ražo turbīnu bloki, kas sastāv no tvaika turbīnas un turbīnas ģeneratora. Labākai tvaika enerģijas izmantošanai turbīnas tiek būvētas kā ātrgaitas turbīnas ar griešanās ātrumu 3000 apgr./min.Termecijas ir pieejamas arī lielos rūpniecības uzņēmumos.
Ģeneratoriem ir vienkāršāka konstrukcija, un tos var uzbūvēt ar ievērojami lielāku jaudu nekā līdzstrāvas ģeneratoriem.
Lielākā daļa sinhrono mašīnu izmanto apgrieztu dizainu, salīdzinot ar Līdzstrāvas mašīnas, t.i. ierosmes sistēma atrodas uz rotora un armatūras tinums uz statora. Tas ir saistīts ar faktu, ka caur slīdošiem kontaktiem ir vieglāk piegādāt salīdzinoši zemu strāvu ierosmes spolē, nevis nodrošināt strāvu darbības spolē. Sinhronās mašīnas magnētiskā sistēma ir parādīta attēlā. 1.
Sinhronās mašīnas ierosmes stabi atrodas uz rotora.Elektromagnētu polu serdeņi ir izgatavoti tāpat kā līdzstrāvas mašīnās. Uz stacionārās daļas, statora, ir serde 2, kas izgatavota no izolētām elektrotērauda loksnēm, kuras kanālos ir darba spole maiņstrāvai - parasti trīsfāzu.
Rīsi. 1. Sinhronās mašīnas magnētiskā sistēma
Rotoram griežoties, armatūras tinumā tiek inducēts mainīgs emf, kura frekvence ir tieši proporcionāla rotora ātrumam. Maiņstrāva, kas plūst caur darba spoli, rada savu magnētisko lauku. Rotors un darba spoles lauks griežas vienā frekvencē - sinhroni… Motora režīmā rotējošais darba lauks nes sev līdzi ierosmes sistēmas magnētus, bet ģeneratora režīmā – otrādi.
Plašāku informāciju skatiet šeit: Sinhrono mašīnu mērķis un izvietojums
Apsveriet iespēju konstruēt jaudīgākās mašīnas — turbo un hidroģeneratorus... Turbīnu ģeneratorus darbina tvaika turbīnas, kas ir visekonomiskākās lielā ātrumā. Tāpēc turbīnu ģeneratorus izgatavo ar minimālo ierosmes sistēmas polu skaitu — diviem, kas atbilst maksimālajam griešanās ātrumam 3000 apgr./min pie rūpnieciskās frekvences 50 Hz.
Galvenā turboģeneratoru inženierijas problēma ir uzticamas mašīnas izveide ar elektrisko, magnētisko, mehānisko un termisko slodžu robežvērtībām. Šīs prasības atstāj iespaidu uz visu iekārtas konstrukciju (2. att.).
Rīsi. 2. Turbīnas ģeneratora kopskats: 1 — slīdgredzeni un birstes iekārta, 2 — gultnis, 3 — rotors, 4 — rotora sloksne, 5 — statora tinums, 6 — stators, 7 — statora tinumi, 8 — ventilators.
Turbīnas ģeneratora rotors ir izgatavots cieta kaluma veidā ar diametru līdz 1,25 m, garumā līdz 7 m (darba daļa). Kaluma kopējais garums, ņemot vērā vārpstu, ir 12 — 15 m Uz darba daļas frēzēti kanāli, kuros ievietota ierosmes spole. Tādējādi tiek iegūts cilindrisks bipolārs elektromagnēts bez skaidri noteiktiem poliem.
Turbīnu ģeneratoru ražošanā tiek izmantoti jaunākie materiāli un dizaina risinājumi, jo īpaši aktīvo daļu tieša dzesēšana ar dzesēšanas aģenta - ūdeņraža vai šķidruma strūklām.Lai iegūtu lielu jaudu, nepieciešams palielināt garumu kas piešķir tai ļoti īpašu izskatu.
Hidroģeneratori (3. att.) būtiski atšķiras pēc konstrukcijas no turbīnu ģeneratoriem. Hidrauliskās turbīnas darbības efektivitāte ir atkarīga no ūdens plūsmas ātruma, t.i. pūles. Uz lēzenām upēm nav iespējams radīt lielu spiedienu, tāpēc turbīnas griešanās ātrumi ir ļoti zemi — no desmitiem līdz simtiem apgriezienu minūtē.
Lai iegūtu rūpniecisko frekvenci 50 Hz, šādas zema ātruma mašīnas jāizgatavo ar lielu skaitu stabu. Lai novietotu lielu skaitu stabu, ir nepieciešams palielināt hidroģeneratora rotora diametru, dažreiz līdz 10-11 m.
Rīsi. 3. Lietussarga ūdeņraža ģeneratora garengriezums: 1 — rotora rumba, 2 — rotora loks, 3 — rotora pols, 4 — statora serde, 5 — statora tinums, 6 — šķērssija, 7 — bremze, 8 — vilces gultnis, 9 — rotora uzmava.
Jaudīgu turbo un hidroģeneratoru izgatavošana ir inženiertehnisks izaicinājums.Nepieciešams atrisināt vairākus mehānisko, elektromagnētisko, siltuma un ventilācijas aprēķinu jautājumus un nodrošināt konstrukciju izgatavojamību ražošanā. Ar šiem uzdevumiem var tikt galā tikai spēcīgas projektēšanas un ražošanas komandas un uzņēmumi.
Ļoti interesantas ir dažāda veida konstrukcijas. sinhronās mikromašīnas, kurā plaši izmanto pastāvīgo magnētu un reaktīvās sistēmas, t.i. sistēmas, kurās darba magnētiskais lauks mijiedarbojas nevis ar ierosmes magnētisko lauku, bet gan ar rotora feromagnētiskajiem izcilajiem poliem, kuriem nav tinuma.
Tomēr galvenā tehnoloģiskā joma, kurā sinhronajām mašīnām mūsdienās nav konkurentu, ir enerģētika. Visi elektrostaciju ģeneratori, sākot no jaudīgākajiem līdz mobilajiem, ir balstīti uz sinhronajām mašīnām.
Kas attiecas uz sinhronie motori, tad viņu vājā vieta ir startēšanas problēma. Pats par sevi sinhronais motors parasti nevar paātrināties. Lai to izdarītu, tas ir aprīkots ar īpašu palaišanas spoli, kas darbojas pēc asinhronās mašīnas principa, kas sarežģī konstrukciju un pašu palaišanas procesu. Tāpēc sinhronie motori parasti ir pieejami vidēja līdz liela jauda.
Zemāk esošajā attēlā parādīta turbīnas ģeneratora uzbūve.
Ģeneratora rotors 1 ir izgatavots no tērauda kaluma, kurā ir iefrēzētas rievas ierosmes spolei, ko darbina speciāla līdzstrāvas mašīna 10, ko sauc par ierosinātāju. Strāva uz rotora tinumu tiek piegādāta caur slīdgredzeniem, ko aizver korpuss 9, ar tiem ir savienoti rotora tinuma vadi.
Rotējot, rotors rada lielu centrbēdzes spēku.Rotora rievās tinumu notur metāla ķīļi, un tērauda stiprinājuma gredzeni 7 ir nospiesti pret priekšējām daļām.
Stators ir samontēts no speciāla elektrotērauda štancētām loksnēm 2, kuras ir pastiprinātas rāmī 3, kas metināts no lokšņu tērauda. Katra statora loksne sastāv no vairākām daļām, ko sauc par segmentiem, kas ir piestiprināti ar 4 skrūvēm.
Statora kanālos ir ievietota spole 6, kuras vados, rotoram griežoties, tiek inducēti elektromotori. Virknē savienoto tinumu vadu elektromotorie spēki palielinās, un spailēs 12 tiek ģenerēts vairāku tūkstošu voltu spriegums. Kad strāvas plūst starp tinumu vadiem, tiek radīti lieli spēki. Tāpēc statora tinuma priekšējās daļas ir savienotas ar gredzeniem 5.
Rotors griežas gultņos 8. Starp gultni un pamatplāksni ir ielikta ķēdes pārtraukuma izolācija, caur kuru var aizvērt gultņu strāvas. Otrais gultnis ir izgatavots kopā ar tvaika turbīnu.
Lai atdzesētu ģeneratoru, stators ir sadalīts atsevišķos iepakojumos, starp kuriem atrodas ventilācijas kanāli. Gaiss tiek virzīts ar ventilatoriem 11, kas uzstādīti uz rotora.
Lai atdzesētu jaudīgus ģeneratorus, caur tiem nepieciešams izspiest milzīgu gaisa daudzumu, sasniedzot desmitiem kubikmetru sekundē.
Ja dzesēšanas gaiss tiek ņemts no stacijas telpām, tad ar visniecīgāko putekļu daudzumu (daži miligrami uz kubikmetru) tajā īsā laikā ģenerators tiks piesārņots ar putekļiem. Tāpēc turbīnu ģeneratori tiek būvēti ar slēgtu ventilācijas sistēmu.
Gaiss, kas tiek uzkarsēts, ejot cauri ģeneratora ventilācijas kanāliem, nonāk īpašos gaisa dzesētājos, kas atrodas zem turbīnas ģeneratora korpusa.
Tur uzkarsētais gaiss iziet starp gaisa dzesētāja spārnajām caurulēm, caur kurām plūst ūdens, un tiek atdzesēts. Pēc tam gaiss tiek atgriezts ventilatoros, kas to virza caur ventilācijas kanāliem. Tādā veidā ģenerators tiek nepārtraukti dzesēts ar to pašu gaisu un putekļi nevar iekļūt ģeneratorā.
Ātrums pa turbīnas ģeneratora rotora apkārtmēru pārsniedz 150 m / s. Ar šo ātrumu liels enerģijas daudzums tiek iztērēts rotora berzei gaisā. Piemēram, turbīnas ģeneratorā ar jaudu 50 000 kWVt enerģijas zudumi gaisa berzes dēļ ir 53% no visu zudumu summas.
Lai samazinātu šos zudumus, jaudīgo turbīnu ģeneratoru iekšējā telpa tiek piepildīta nevis ar gaisu, bet ar ūdeņradi. Ūdeņradis ir 14 reizes vieglāks nekā gaiss, tas ir, tam ir līdzīgs mazāks blīvums, kā rezultātā ievērojami samazinās rotora berzes zudumi.
Lai novērstu skābekļa ūdeņraža eksploziju, kas veidojas no ūdeņraža un skābekļa maisījuma gaisā, ģeneratora iekšpusē tiek iestatīts augstāks par atmosfēras spiedienu. Tāpēc atmosfēras skābeklis nevar iekļūt ģeneratorā.
Tvaika turbīnas ģeneratora 3D modelis:
Mācību lente, ko 1965. gadā izveidoja skolas piederumu rūpnīca:
Sinhronie ģeneratori
