Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебник ТЭО ЭОС Макаров.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
5.44 Mб
Скачать

4.3. Системы охлаждения электрических машин

Системы охлаждения в электрических машинах применяют для поддержания в заданных пределах температуры меди и активной стали. Они подразделяются на косвенные (поверхностные), непо­средственные (внутрипроводниковые) и смешанные.

По конструкционному исполнению системы охлаждения под­разделяются на радиально-многоструйные, радиально-вытяжные (однострунные), аксиальные и аксиально-радиальные.

При любой системе охлаждения температура активных частей машины превышает температуру охлаждающей среды. Но чем эф­фективнее система охлаждения, тем это превышение меньше и тем большую нагрузку может допустить машина при тех же разме­рах без превышения предельно допустимой температуры актив­ных частей.

При косвенной системе охлаждения теплота от меди обмоток отдается охлаждающей среде не непосредственно, а через изоля­цию обмоток и активную сталь. Косвенная система охлаждения характеризуется сравнительно высокими значениями превыше­ния температуры меди над температурой охлаждающей среды, так как теплопередача происходит последовательно от меди к изоля­ции, от изоляции к активной стали, от стали к охлаждающей среде. В косвенных системах в качестве охлаждающей среды используют­ся воздух или водород.

Косвенные воздушные системы охлаждения делятся на про­точные* и замкнутые. В проточной системе охлаждающий воздух, забираемый в машину из помещения или извне, проходит через машину и выбрасывается наружу.

,В турбогенераторах мощностью более 2,5 МВт и в гидрогенера­торах мощностью более 10... 12 МВт воздушное охлаждение вы­полняют по замкнутой системе (рис. 4.9 и 4.10), при которой воз­дух, отобравший теплоту от обмоток и других элементов маши­ны, поступает в воздухоохладитель, где отдает теплоту воде, про­ходящей по трубкам охладителя, и затем, охлажденный, вновь направляется в машину. С воздушным охлаждением изготовляют, как правило, турбогенераторы мощное-то до 12 МВт и синхрон­ные компенсаторы — до 15 MB • А включительно.

Для турбогенераторов мощностью более 30 МВт и синхронных компенсаторов мощностью 37,5 MB • А применяют косвенную во­дородную систему охлаждения (рис. 4.11). В гидрогенераторах из-

Рис. 4.9. Замкнутая система охлаждения турбогенератора:

1 — воздухоохладитель; 2 — фильтр; А — область разрежения; Б — область дав­ления; В — камера горячего воздуха; Г — камера холодного воздуха; Д — подвод воздуха к уплотнению места прохода вала ротора через торцевые щиты

Рис. 4.10. Замкнутая система охлаждения гидрогенератора:

а — горизонтальное двухрядное расположение воздухоохладителей; б — верти­кальное радиальное расположение воздухоохладителей

за сложности создания надежного уплотнения машины и боль­ших радиальных размеров водород для охлаждения не применяют. Водородное охлаждение по сравнению с воздушным имеет ряд преимуществ. Допустимая мощность при тех же размерах турбоге­нератора и давлении водорода в корпусе 0,005 МПа (здесь и да­лее — избыточном) повышается на 15...20%, а при давлении 0,2 МПа — на 35 %, для синхронных компенсаторов на 30 %, так как коэффициент теплоотдачи от поверхности к газу выше, чем для воздуха: для водорода — в 1,51 раза, а для его смеси с 3 % воздуха — в 1,35 раза. Теплопроводность водорода в 7 раз превы-

шает теплопроводность воздуха. При сохранении мощности на пре­жнем уровне экономится 15...30 % активных материалов, необхо­димых для изготовления машины.

Потери в машине на вентиляцию и трение ротора о газ умень­шаются в 10 раз, так как плотность чистого водорода в 14,3 раза меньше плотности воздуха, а в смеси с 3 % воздуха (при давлении 0,005 МПа) — в 10 раз. Это позволяет повысить КПД машины примерно на 0,7...1%. Кроме того, в среде водорода изоляция обмоток работает более надежно и долговечно. Уменьшается опас­ность развития пожара в машине при ее повреждении, так как водород не поддерживает горение.

Однако водородное охлаждение в обслуживании сложнее, чем воздушное. При содержании водорода в смеси с воздухом от 4 до 75 % (по объему), а в присутствии масляных паров от 3,3 до 81,5 % образуется взрывоопасная смесь, поэтому во избежание попада­ния воздуха в машину и образования взрывоопасной смеси давле­ние водорода в ней приходится постоянно поддерживать выше атмосферного. Следовательно, корпус машины должен быть газо­плотным, поэтому необходимо устанавливать уплотнения для предотвращения утечки водорода в местах прохода вала ротора через торцевые щиты и маслосистему для них.

При косвенной системе охлаждения допустимая по нагреву мощность турбогенератора заметно увеличивается при повыше­нии давления водорода сверх 0,2 МПа. Повышение давления во­дорода сверх 0,2 МПа при этом малоэффективно, так как 50... 60 % перепада температуры между медью и газом приходится на изоля­цию, а тепловое сопротивление ее при повышении давления во­дорода сверх 0,2 МПа практически не снижается.

При непосредственной системе охлаждения теплота от меди об­моток отбирается охлаждающей средой, непосредственно сопри­касающейся с медью.

В качестве охлаждающей среды используют водород, воду или масло, а в некоторых случаях и воздух. Превышение температуры меди над температурой охлаждающей среды получается минималь­ным. В сравнении с воздушным охлаждением при одних и тех же габаритах генераторов их мощность увеличивается при непосред­ственном охлаждении: обмоток статора и ротора водородом — в 2,7 раза, обмотки статора маслом и обмоток ротора водой — в 3,6 раза, обмоток статора и ротора водой — в 4 раза.

Поскольку при непосредственном охлаждении превышение тем­пературы меди обмоток состоит лишь из двух составляющих — превышения между поверхностью меди и охлаждающей средой и превышения в охлаждающей среде, а их значение повышается с увеличением давления водорода, то в машинах с непосредствен­ным водородным охлаждением целесообразно иметь давление во­дорода 0,3...0,4 МПа.

Рис. 4.12. Аксиальная система непосредственного охлаждения обмоток статора и ротора турбогенератора серии ТГВ:

1 — вентилятор; 2 — газоохладитель; 3 — камера холодного газа; 4 — центробеж­ный компрессор; 5 — вал ротора

Непосредственное водородное охлаждение обмотки ротора вы­полняют по аксиальной (рис. 4.12) или многоструйной радиаль­ной системе (рис. 4.13 и 4.14), а охлаждение обмотки статора — только по аксиальной системе. Для охлаждения активной стали статора применяют радиально-вытяжную или аксиальную систе­мы или их сочетание.

Недостатком аксиальной водородной системы охлаждения яв­ляется значительная неравномерность нагрева обмотки по длине стержней и необходимость иметь высоконапорный компрессор, усложняющий конструкцию и снижающий КПД машины из-за повышенного расхода энергии на вентиляцию.

Рис. 4.13. Многоструйная радиальная система непосредственного охлаж­дения обмотки ротора и сердечника статора водородом и аксиальная система охлаждения обмотки статора водой:

1 — осевой вентилятор; 2 — газоохладитель; 3 — камера высокого давления; 4 — коллектор холодной воды; 5 — коллектор нагретой воды

Рис. 4.14. Непосредственное многоструйное охлаждение обмотки ротора

водородом:

а — схема циркуляции газа; б — вид на катушку ротора, вынутую из паза; в — разрез паза; г — разрез катушки в лобовой части

Для непосредственного масляного охлаждения применяют транс­форматорное масло, которое обладает высокими изолирующими свойствами, и поэтому позволяет выполнить обмотку статора с де­шевой бумажной изоляцией. Для получения необходимой скорости движения масла, при которой обеспечивается эффективная тепло­отдача с нагретой поверхности, ввиду сравнительно высокой вяз­кости масла приходится устанавливать насосы с большим давлени­ем и, следовательно, с повышенным расходом энергии.

В генераторах серии ТВМ сердечник и обмотка статора, отде­ленные от ротора изоляционным цилиндром, находятся в масле. Холодное масло подается насосами в камеру лобовых соединений и затем в аксиальные каналы обмотки статора и сердечника. Охла­див обмотку и сердечник, масло выходит из аксиальных каналов на противоположной стороне машины и направляется в маслоохла­дители, после чего насосами вновь нагнетается в машину.

Основные серии турбогенераторов с непосредственным охлаж­дением обмоток статора и ротора приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Турбогенераторы с непосредственным охлаждением обмоток

Серия турбогенератора

Мощность, МВт

Охлаждающая среда

ротора

статора

сердечника

ТВФ*

60; 100

Водород

Водород

Водород

ТГВ

200; 300

»

»

»

твв

200; 500; 800

»

Вода

»

ТГВ

500; 800

Вода

»

»

тзв

63; 800

»

»

Вода

твм

300; 500

»

Масло

Масло

* Обмотка статора генераторов серии ТВФ имеет косвенное охлаждение.

Непосредственное охлаждение обмоток статора и ротора водой применяют также и в крупных гидрогенераторах.