Зертханалық жұмыс №2 Синхронды генераторлар
Жұмыс мақсаты: Синхронды генераторлардың салқындату жүйесін оқып білу.
Генераторларды салқындату жүйесі. Синхрондық генератордың жұмысы кезінде оның орамалары мен белсенді болаты қызып кетеді.
Статор мен ротор орамаларын қыздыруға рұқсат етілген температура, алдымен қолданатын оқшаулама материалдар мен қоршаған ортаның салқындатушы температурасына тәуелді. МЕМСТ 533-76 бойынша В классын оқшаулау үшін (асфальтобитумдық лактардағы) статордың орамасын қыздырудың рұқсат етілген температурасы 105°С шамасында, ал ротордікі 130°С шамасында болады. Статор мен ротордың орамасын қыздырудың жылуды ұстап тұратын оқшауламасында, мәселен, F және Н класстарында, рұқсат етілген қыздыру температурасы көбейеді.
Генераторларды пайдалану процессінде орамаларды оқшаулау бірте-бірте ескіреді. Оның себебі ластану, ылғалдану, ауаның оттегімен қышқылдануы, электр өрісі мен электр жүктемелерінің әсері және т.б. болып табылады. Бірақ ескірудің басты себебі болып, оның қызып кетуі табылады. Оқшауламаның қызу температурасы неғұрлым жоғары болған сайын, соғұрлым ол тез істен шығады, оның қызмет ету мерзімі де азаяды. Қыздыру температурасы 120°С-қа дейін болғанда В классының оқшаулау қызметінің мерзімі 15 жылды құрайды, ал 140° С –қа дейін қыздырғанда, 2 жылға дейін қысқарады. Сондай оқшауламаны 105°С температурасында қыздырғанда (яғни МЕМСТ шегінде) аздап қана ескіреді және қызмет ету мерзімі 30 жылға дейін көтеріледі. Сондықтан генератордың қандай режиміндегі жұмыс болса да рұқсат етілген температурадан жоғары орамаларын қыздыруға болмайды.
Қыздыру температурасы, рұқсат етілген мәнді асып кетпеуі үшін барлық генераторлар жасанды салқындатумен орындалады.
Жылуды қыздырылған статор мен ротордан бұрып әкету тәсілімен жанама және тікелей салқындатуды айырады.
Жанама салқындатуда салқындатушы газ (ауа және сутегі) ротордың торецтарына орнатылған желдеткіштердің көмегімен болады, ол генератордың ішіне жіберіледі және магниттенбеген саңылау мен желдеткіштік каналдар арқылы қуылады. Сонда, салқындататын газ статор мен ротордың және олар шығаратын жылудың орамаларының өткізгішіне жанаспайды, газ елеулі жылулық тосқауыл-оқшауламасының орамасынан өтеді.
Тікелей салқындатылғанда салқындатушы зат (газ немесе сұйықтық) генератордың өткізгіш орамаларымен оқшаулама мен тісшелердің болатын айналып өтіп жанасады, яғни тікелей жанасады.
Отандық зауыттар ауа, сутекті және сұйықтықты салқындатумен турбогенераторларды, сондай-ақ ауа және сұйықтық салқындатумен гидрогенераторларды дайындайды (Кесте. 2.1 және 2.2).
Ауамен салқындату. Ауамен салқындатудың екі жүйесі бар – ағынды және тұйық.
Салқындатудың ағынды жүйесінде, тек 2 МВ·А дейінгі қуатты турбогенераторларда, сондай-ақ 4 МВ∙А дейінгі қуатты гидрогенераторларда ғана сирек қолданылады. Сонымен қатар генератор арқылы машиналық залдан ауа жіберіледі, ол статор мен ротордың орамасының оқшауламасын тез ластайды, соның салдарынан ақыр аяғында генератордың қызмет ету мерзімі азаяды.
Тұйық салқындату жүйесінде ауаның бір ғана көлемді ауа тұйық контурда циркуляцияланады. Турбогенераторға арналған осындай салқындатудағы ауаның жүйелі циркуляциясы 2.4. суретте ұсынылған. Ауаны салқындату үшін ауаны салқындатқыш 1 қызмет етеді, оның түтіктері арқылы толассыз су циркулденіп тұрады. Машинада қыздырылған ауа 2 түтікше арқылы 3 ыстық ауа камерасына шығарылады, ауаны салқындатқыш және суық ауа камерасы 4 арқылы өтіп машинаға қайта оралады. Суық ауа машинаға орнатылған желдеткіштер 5 арқылы қуылады. Ұзын белсенді бөлігі бар генераторларда, суық ауа машинаның екі торецтарынан беріледі, бұл 2.4. суретте көрсетілген.
Белсенді бөлігінің ұзындығы үлкен, ал ауа саңылауы кішкентай болып келетін турбогенераторларды салқындатудың тиімділігін жоғарылату мақсатында желдеткіштің көп ағыншалы радиалды жүйесін қолданады. Бұл үшін вертикалды жазықпен 6 турбогенераторларды салқындатудың секциялар қатарына бөледі. Әр секцияға ауа, ауа саңылауы арқылы (І және ІІІ секциялар) немесе арнайы өстік канал арқылы келіп түседі 7 (II секция).
Сурет 2.3 - Генераторларды суыту жүйесі:
АуЖ– ауамен жанама; АуТ – ауамен тікелей; СтЖ – сутегімен жанама;
СтТ – сутегімен тікелей; СуТ – сумен тікелей; МТ – маймен тікелей
Қыздырылған бөліктердің машинаның белсенді болатындағы салқын ауамен жанасуының бетін ұлғайту үшін желдеткіш каналдар жүйесін орындайды. Болаттағы радиалды желдеткіш каналдар арқылы өте отырып, қыздырылған ауа, бұрып әкететін камераларға 8 кетеді. Көп ағыншалы желдету, турбогенератордың барлық ұзындығы бойынша біркелкі салқындауын қамтамасыз етеді. Ағып кетудің салдарынан болған шығынның орнын толтыру үшін суық ауа камерасында орнатылған екі қабатты майлық сүзгілер қарастырылған 9.
Отандық зауыттар 12 МВт дейінгі қуатты, ауаны салқындатудың тұйық жүйесі бар турбогенераторларды дайындайды.
Сурет 2.4 - Турбогенераторды ауамен тұйық салқындату жүйесі
Сурет 2.5 - Гидрогенераторды тұйық желдету жүйесі
1-ротор; 2-статор; 3-ауа суытқыш; 4-желдеткіш қалақшалары
Сурет 2.6 - Турбогенераторлардағы көп қатарлы радиалды желдеткіш сұлбасы
1- суық газ камерасы; 2- ыстық газ камерасы; 3-газ суытқыш
Гидрогенераторлардағы ауаны салқындатудың жанама тұйық жүйесі кең қолданылады. Жанама ауамен суытудың ең ірі генераторы СВ сериясынан (Кесте Қ2.2) қуаты 264,7 МВ∙А, ПО «Электросила»-да Ағайындық ГЭС үшін шығарылған. Гидрогенератордың желдету сұлбасы 2.5. суретте көрсетілген.
Гидрогенераторлардағы айқын полюсті роторларды салқындату полюс аралықтардың болуымен және роторды салқындатуының үлкен бетінің болуымен жеңілдетіледі.
Турбогенератордың тегіс роторын салқындатудың тиімділігі аз, қарастырған жағдайда ол ауа саңылауы арқылы ғана салқындатылады. Соңғы жағдайда елеулі түрде турбогенераторлар үшін ауаны салқындату шектеулі мүмкіндіктері анықталады. Генераторларды ауамен салқындату кезінде, өртті, сумен сөндіруге арналған құрылғы қарастырылады.
Турбогенераторларды жанама сутегімен салқындату. Жанама сутегімен салқындатылатын турбогенераторларда, негізінен ауамен салқындатудағыдай желдету сұлбасы болады. Олардың айырмасы тек салқындату сутегінің көлемі генератор корпусымен шектелетіндігінде ғана, осыған байланысты салқындатқыштар тікелей корпуста орналасқан. Генераторлардың ішіндегі газ салқындатқыштары мен сутегі циркуляциясының салқындатқыштары 2.6. суретте көрсетілген.
Сутегі салқындатқышы ауа салқындатқышынан тиімдірек, өйткені сутегінің отегіне қарағанда салқындатқыш газ сияқты бірқатар ерекшеліктері болады. Оның 1,51 есе көп жылубергіш коэффициенті, 7 есе жоғары жылуөткізгіштігі бар. Соңғы жағдай, оқшаулама мен ойықтардың саңылауындағы сутегі қабаттарының жылулық кедергілерінің аз болуын алғышарттайды.
Ауаға қарағанда, сутегі тығыздығының елеулі түрде аз болуы, желдетулік шығындарды 8-10 есе азайтады, оның нәтижесінде генератордың ПӘК 0,8-1 % өседі.
Сутегі ортасындағы оқшаулама қышқылдануының болмауы, ауалық ортамен салыстырғанда генератордың жұмысының беріктігін жоғарылатады және орама оқшауламасының қызметінің мерзімін ұлғайтады. Сутегінің қасиетіне оның жануды қолдамайтындығы жатады, сондықтан сутегімен салқындатылатын генераторларда өрт сөндіргіш құрылғылардан бас тартуға болады.
Генераторды ауамен қоспаланып толтыратын сутегі (4,1 бастап 74% дейін, ал май булары болған жағдайда - 3,3 бастап 81,5% дейін), жарылғыш қоспа құрайды, сондықтан сутегімен салқындатылатын машиналарда статор корпусының жоғарғы газдық тығыздығы, валдағы майлы тығыздаулармен, статор және ротор орамаларына токты тығыздаумен, газдық салқындатқыштардың қақпақтарын тығыздаумен, люктармен және ағытпалы торецтық қалқандарын тығыздаумен қамтамасыз етілуі керек. Газдың шығуына кедергі болатын генератор валының берік майлы тығыздауларын орындау өте қиынға соғады.
Сутегінің қысымы артық болған сайын, генератордың салқындауы да тиімдірек болады, ендеше генератордың өлшемі тең болған жағдайда оның номиналды қуатын көбейтуге болдаы. Бірақ қысым 0,4 - 0,6 МПа артық болғанда генератор қуатының өсуі шығынды өтемейді және техникалық қиындықтарды тудырады (орамаларды тығыздау мен оқшаулаудағы жұмыстың қиындығы). Сондықтан қазіргі генераторларда сутегі қысымы 0,6 МПа артық қолданылмайды.
Жанама сутегілік салқындатылатын генераторлар қажеттігіне қарай ауалық салқындатуменде жұмыс істей алады, бірақ онда олардың қуаты сәйкесінше азаяды.
Қазіргі ЖЭС-тегі сутегінің қайнар көзі болып, электролиздік құрылғылар табылады, онда сутегі, электролиздер жолымен су алады. Кейбір жағдайда ғана сутегі электролиздік зауыттардан баллонмен жеткізіледі.