Системы охлаждения гидрогенераторов

Лекция  5: «Системы охлаждения гидрогенераторов».

 Полная номинальная мощность генератора, кВА, определяется по формуле:

S_ном=К₁А₁В_d l_dD₁²n ,

 где: К₁=1,05 – коэф. пропорциональности;

        А₁- линейная плотность тока статора, А/м ;

            В_d- магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;

         l_d - длина активной части генератора, м ;  

            D₁-диаметр статора ,м ;

Рекомендуемые материалы

          n-номинальная частота вращения, об/мин .

 При заданной частоте вращения (до 3000 об/мин) и индукции в воздушном зазоре (0.8-1.0 Тл) увеличение единичной мощности генератора возможно за счет увеличения А₁ и геометрических размеров машин. Однако, при росте номинальной частоты вращения увеличение диаметра статора приводит к росту механических напряжений в роторе ТГ и в ободе ГГ. Диаметр ротора современных ТГ достигает 1.3 м. Для устранения появления вибрации , вызванных прогибом тела ротора, длина активной части ротора не должна превышать 6.5 его диаметра. Таким образом, дальнейшее увеличение диаметра и длины ротора мало вероятно ; следовательно, увеличение единичной мощности генератора возможно только за счет увеличения линейной плотности тока в обмотке статора и ротора генератора. Линейная плотность ротора

А₂=К₂А₁,

   где К₂- коэф. пропорциональности, несколько превышающей единицу.

где      ås- сумма поперечных сечений проводников ОВГ во всех пазах ротора , мм²;  J₂- плотность тока в ОВГ, А/мм²; D₂- диаметр ротора , м.

     У турбогенераторов ås и D₂ не могут превышать допустимых значений связанных с механической прочностью ротора; следовательно, увеличение линейной плотности ротора возможно за счет повышения плотности тока в ОВГ . Это приводит к повышенному выделению тепла в генераторе и необходимости применения более интенсивных систем охлаждения, что позволит увеличить мощность ТГ до 3000 МВт. Дальнейший рост мощности генератора возможен с использованием явления сверхпроводимости ( криогенные генераторы).

 А) Косвенная система охлаждения.

При косвенной системе охлаждения газ (воздух или водород) циркулирует в зазоре между ротором и статором , а также в вентиляционных каналах. Поэтому тепло , выделяемое в обмотках генератора, поглощается охлаждающим газом лишь после того , как оно пройдет через пазовую изоляцию и сталь ротора или статора. Поэтому номинальная мощность генератора заданных размеров в значительной мере ограничено допустимыми температурами для изоляции обмоток генератора.

Косвенная воздушная система охлаждения может быть проточной и замкнутой. При проточной системе очищенный фильтрами воздух прогоняется через машину и выбрасывается наружу. Эта система применяется для маломощных генераторов, так как несмотря на фильтры мельчайшие частицы пыли уменьшают сечение вентиляционных каналов. Поэтому для более мощных генераторов применяется замкнутая вентиляция при которой в генераторе циркулирует одно и то же количество воздуха. Нагретый воздух охлаждается в воздухоохладителях и снова подается в машину.

Вам также может быть полезна лекция "13 Виды помощи пострадавшим от ожогов".

       Косвенная водородная система охлаждения применяется только для  ТГ  .

Теплопроводность водорода в 7 раз , а теплоемкость в 14 раз выше по сравнению с воздухом, что позволяет при тех же размерах машины увеличить мощность ТГ на 20% . За счет меньшей плотности водорода по сравнению с воздухом достигается уменьшение потерь на трение ротора о водород и на вентиляцию, что приводит к росту КПД на 1% и более. Чистота водорода в корпусе ТГ должна быть не менее 95%. Изоляция машин с водородным охлаждением более долговечна из-за отсутствия озона, кроме этого водород не поддерживает горение. Недостаток водородного охлаждения связан с возможностью образования взрывоопасной смеси “водород-воздух”.

Б) Непосредственная система охлаждения.

При таких системах охлаждающая среда непосредственно соприкасается с медью обмоток, благодаря чему основная часть тепла, выделяемого в меди, отводится непосредственно к охлаждающей среде, минуя изоляцию и сталь.

В непосредственных системах охлаждения в качестве охлаждающей среды используют водород, воду и масло. Большая эффективность непосредственного охлаждения обмоток позволила при тех же размерах генератора лучше использовать активные материалы, увеличить плотность тока в обмотках и соответственно мощность генератора более чем в три раза. В эксплуатации находятся генераторы типа ТВФ, ТГВ, ТВМ, ТВВ. При непосредственном водородном охлаждении с целью повышения эффективности охлаждения давление водорода доведено до 0,3-0,5 МПа.

Непосредственное водяное охлаждение благодаря высокой теплоёмкости и небольшой вязкости воды наиболее эффективно. На ТЭС для охлаждения генераторов обычно используют отработанный конденсат турбин либо  дистиллированную воду, которая обладает высокими изолирующими свойствами.