2.2 Системы охлаждения турбогенераторов

Нагрев турбогенераторов определяется потерями мощности в обмотках статора и ротора, потерями в стали статора, потерями механическими (потери на трение и вентиляцию). Для отвода тепла от активных материалов (обмотки статора и ротора, сталь статора) используют системы косвенного и непосредственного охлаждения.

При косвенном охлаждении в качестве охлаждающего вещества используются воздух или водород.

Для примера па рис. 2-3 приведена схема замкнутого косвенного воздушного охлаждения турбогенератора.

Рис. 2.2 Схемы косвенного воздушного охлаждения турбогенератора

В ней воздух, охлажденный в воздухоохладителе 10, подается из камеры холодного воздуха 9 в воздушный зазор между статором и ротором 2 с помощью вентилятора 3. Лобовые части обмоток статора 4 воздух охлаждает

через их изоляцию. Поскольку длина активной стали статора велика, вентиляторы устанавливаются с обоих торцов вала. При этом для выравнивания условий охлаждения торцевых и средних частей генератора поток воздуха разделяется на несколько струй, а генератор разделяется вертикальными плоскостями 6 на секции. Разделение генератора на секции позволяет послать холодную струю в удаленные от вентилятора секции (секция II) через аксиальные каналы 1, Далее воздух, прошедший радиальные вентиляционные каналы стали статора, попадает в отводящие камеры 5. Из них через патрубок 7 в камеру горячего воздуха 8.

Применение водорода вместо воздуха в той же косвенной системе охлаждения дает ряд преимуществ, обусловленных физическими свойствами водорода. Теплоемкость водорода в 14,35 раз выше теплоемкости воздуха, что позволяет снизить объем используемого газа, а значит и потерн на вентиляцию, отказаться от громоздких газовых камер под генератором, показанных на рис. 2-3, и поместить газоохладители непосредственно и корпус генератора. Применение водорода вместо воздуха снижает старение изоляции и уменьшает разрушение в генераторе в случаях пробоя изоляции, так как и среде водорода не происходит окисления изоляции, водород не поддерживает горения изоляции и стали статора при возникновении дуги. Однако водородное охлаждение создает и ряд трудностей, связанных с возможностью образования взрывоопасной смеси с кислородом воздуха. Для исключения подсоса воздуха в корпус генератора давление водорода в генераторе поддерживается выше атмосферного—1,03—4 кгс/см² (или 1,01·105—3,92·105 Н/м²).

Повышение давления водорода повышает эффективность охлаждения генератора. Однако использование избыточного давления водорода выше 4 кгс/мм² экономически нецелесообразно (Л. 5]. Использование водорода требует применения надежных уплотнений в корпусе генератора и между корпусом и валом. Чистота водорода устанавливается Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей [Л. 6] в пределах 95—98%.

Влажность водорода не должна превышать 85% при рабочем давлении и любой температуре холодного газа. Содержание кислорода в водороде в корпусе генератора не должно превышать 1,2% и в эксплуатации контролируется автоматическими газоанализаторами.

При непосредственном охлаждении охлаждающее вещество (водород, вода, масло) проходят непосредственно по обмоткам, что значительно улучшает условия теплоотдачи и эффективнее снижает температуру активных материалов. Системы непосредственного охлаждения позволили осуществить одновальные генераторы 200, 300, 500, 800 МВт и приступить к созданию турбогенератора мощностью 1 200 МВт.

При непосредственном охлаждении охлаждающее вещество проходит либо по металлическим трубкам (немагнитный материал) 1 (см. рис. 2-2,6), помещенным среди обмотки внутри паза статора, либо но осевым каналам полых проводников обмоток 2 (см. рис. 2-2,г).

Турбогенераторы серии ТВФ имеют косвенное охлаждение статора и непосредственное охлаждение ротора водородом; турбогенераторы ТВВ имеют непосредственное охлаждение статора водой и непосредственное охлаждение ротора водородом или водой; турбогенераторы ТГВ имеют непосредственное охлаждение статора и ротора водородом (200 и З00 МВт) или водой (500МВт); турбогенераторы серии ТВМ имеют непосредственное охлаждение стали и обмоток статора маслом и непосредственное охлаждение ротора водой. На рис. 2-4 показана схема охлаждения турбогенератора ТГВ-500. От коллектора 12 холодная рода подается через шланги 11 у лобовых частей обмоток статора 8. По трубчатым проводникам вода, охлаждая обмотку статора, проходит к коллектору 13. Далее нагретая пода идет к теплообменникам для охлаждения.

Рис. 2.3 Схема охлаждения турбогенератора ТГВ-500

К обмотке ротора охлаждающая пода 17 подводится через осевой канал в роторе с помощью торцевого скользящего уплотнения. Из осевого канала вода по радиальным отверстиям 3 расходится к полым проводникам 4 обмотки ротора. Нагретая вода но радиальным отверстиям 14 собирается в аксиальный канал 15, из которого выходит через радиальные отверстия вала в приемник горячен воды 16, оборудованный скользящими уплотнениями вала.

В качество охлаждающей воды используется дистиллированная или химически очищенная вода, удельное сопротивление которой должно быть не ниже 50 Ом·см, чтобы не создать проводящей цепи от обмоток генератора к соединенным с землей проводящим воду трубопроводам. Циркуляция поды по обмоткам статора и ротора происходит под давлением, создаваемым насосами охлаждающей воды.

Сталь статора ТГВ-500 охлаждается водородом под давлением с помощью вентиляторов 2, расположенных с обеих сторон ротора. Через зазор 7 холодным водород поступает в радиальные каналы 6 стали статора 5. Охлаждается водород в теплообменниках 9.

Влияние интенсивности охлаждения на возможность увеличения мощности турбогенератора при одинаковых размерах наглядно показывают следующие цифры;

Таблица 2.1

Системы охлаждения	Мощность турбогенератора, отн.ед
Косвенное воздушное	1,00
Косвенное водородное при избыточном давлении 0,05кгс/см2	1,25
То же при избыточном давлении 2кгс/см2	1,7
Непосредственное водородом	2,7
То же водой	4