книги из ГПНТБ / Аврух, В. Ю. Устройство и эксплуатация щеточных узлов современных турбогенераторов и турбовозбудителей
.pdfВ. Ю. АВРУХ, В. Г. ЗАЙЧИКОВ, В. А. ШЕЛЕПОВ
Устройство и эксплуатация
щеточных узлов современных турбогенераторов и турбо возбудителей
сЭ H E P Г И Я» • МОСКВА |
1974 |
научнойскмич'-.κaг I библио.сиа _р
|
ЭКЗЕМПЛЯР |
6∏2.1.081 |
ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА I |
|
Аврух В. Ю. и др.
А 21 Устройство и эксплуатация щеточных узлов со временных турбогенераторов и турбовозбудите лей. Μ., «Энергия», 1974.
136 с. с ил.
Перед загл. авт.: В. Ю. Аврух, В. Г. Зайчиков, В. А. Ше лепов.
В книге дано описание конструктивного исполнения щеточных узлов современных турбогенераторов и турбовозбудителей, рассматриваются электрофизические и механические процессы, происходящие в скользящем контакте, приведены основные рабочие характеристики щеточного контакта и определяется их связь с устройством и конструкцией щеточных узлов.
Рассматриваются вопросы |
эксплуатации щеточного узла |
турбогенераторов |
|
и |
турбовозбудителей, основные неисправности и способы их устранения, |
||
а |
также вопросы модернизации и ремонта. |
персонала, рабо |
|
|
Книга предназначена |
для инженерно-технического |
|
тающего на электростанциях и ремонтных предприятиях, а также для специалистов электромашиностроительных заводов и научно-исследователь ских институтов.
л |
30307-422 |
85‘74 |
iπl1∙081 |
А |
05li01 -74 |
©Издательство «Энергия», 1974 г.
ВЛАДИМИР ЮРЬЕВИЧ АВРУХ, ВЛАДИМИР ГЕОРГИЕВИЧ ЗАЙЧИКОВ,
ВАЛЕРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ШЕЛЕПОВ
Устройство и эксплуатация щеточных узлов
современных турбогенераторов и турбовозбудителей
Редактор издательства И. П. Березина
Обложка художника Е. В. Никитина
Технический редактор Л. В. Иванова
Корректор 3. Б. Драновская
Сдано в набор 20/11 1974 г. |
Подписано к печати 25/ІХ 1974 г. |
||
Т-16636 |
Формат 84× 1081∕3a |
|
Бумага типографская № 3 |
Усл. печ. л. 7,14 |
|
Уч.-изд. л. 7,75 |
|
Тираж 5 000 экз. |
Зак. |
660 |
Цена 39 коп. |
Издательство «Энергия», Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Московская типогоаФия № 10 Союзполиграфлрома при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10,
Предисловие
С. ростом единичных мощностей турбогенераторов и с сопутствующим этому увеличением тока ротора возра стают технические требования к надежности работы ще точных узлов турбогенераторов и турбовозбудителей. Заводами-изготовителями турбогенераторов, специализи рованными организациями Министерства энергетики и электрификации СССР и Министерства электротехни ческой промышленности выполнен большой комплекс работ по совершенствованию конструкции и повышению надежности узла контактных колец турбогенераторов и коллекторного узла турбовозбудителей. Вместе с тем узел токосъема современных турбогенераторов и турбо возбудителей остается наиболее уязвимым и наименее надежным элементом генераторов.
Поэтому представляется весьма важным проанализи ровать влияние отдельных электрофизических и механи ческих факторов на работу скользящего контакта, рас смотреть наиболее характерные неисправности узла токосъема и способы их устранения, оптимальные усло вия их эксплуатации.
Авторы выражают благодарность инж. П. С. Кабано ву, давшему много ценных замечаний по рукописи кни ги. Учитывая, что в книге впервые делается попытка
обобщить большой материал исследований щеточных узлов на стендах и действующих турбогенераторах и турбовозбудителях, опыт их эксплуатации и ремонта, а также воссоединить большой разрозненный материал отдельных статей, авторы отдают себе отчет, что работа не лишена недостатков, и будут признательны за все замечания и пожелания по книге, которые просят
направлять по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб.,
д. 10, изд-во «Энергия».
Глава первая
Устройство щеточного узла современных турбогенераторов
Щеточно-контактный аппарат турбогенератора пред ставляет собой элемент системы возбуждения, обеспе чивающий в сочлененных подвижных деталях электри ческой цепи постоянного тока электрический контакт положительного и отрицательного полюсов возбуди
Основные параметры и геометрические размеры узла контактных
|
Параметр |
|
І |
ТВФ-60-2 |
2ТВ-100-2 |
|
ТВФ-100-2 |
-2ТВ150-2 |
|
|
Ó |
|
|
|
|
|
|
Ток возбуждения, А.................... |
|
640 |
1 500 |
692 |
1 |
650 |
668 |
|
Количество щеток на контакт |
28 |
56 |
28 |
|
56 |
28 |
||
ное кольцо, шт.................................... |
' |
|
||||||
Размеры сечения щеток, мм . . |
22×30 |
22X 30 |
22X30 |
22×30 |
22×30 |
|||
Средняя плотность тока |
в щет |
3,5 |
4,05 |
3,75 |
4,35 |
3,6 |
||
ках, А/мм2........................................... |
|
|||||||
Наружный диаметр контактных |
430 |
460 |
430 |
. |
460 |
430 |
||
колец, мм................................. |
"... |
|||||||
Ширина контактных колец, мм |
98 |
160 |
98 |
|
160 |
98 |
||
Диаметры вала в месте посадки |
270/265 |
290/280 |
270/260 |
290/280 |
270/260 |
|||
втулки, |
мм........................................... |
|
||||||
Натяг |
контактных колец на |
0,55/0,70 |
0,55/0,70 |
0,55/0,70 |
0,55/0,70 |
0,55/0,70 |
||
втулку, |
мм........................................... |
|
||||||
Натяг^втулки на вал, мм:
а) с. насаженными контакт |
6,0/0,07 |
0,11/0,195 |
0,11/0,16 |
0,11/0,195 |
0,11/0,16 |
||
ными кольцами |
...... |
||||||
б) в свободном состоянии . . . |
— |
— |
— |
— |
— |
||
Расстояние между контактными |
84 |
150 |
84 |
150 |
84 |
||
кольцами, мм....................................... |
мм .... |
||||||
Толщина изоляции*, |
1,55 |
1,55 |
1,55 |
1,55 |
. 1,55 |
||
Количество токоведущих болтоз |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
||
на кольцо, шт...................................... |
|
||||||
Расстояние от оси подшипников |
655 |
730 |
820 |
730 |
820 |
||
до оси контактных колец, мм . . |
|||||||
Расстояние между |
осями опор |
6 778 |
6 090 |
8 550 |
6 735 |
9 700 |
|
ных подшипников генератора, мм |
|||||||
* |
Изоляция миканитовая. |
|
|
|
|
|
|
♦* |
Изоляция стеклотекстолитозая. |
|
|
|
|
||
тельного устройства с полюсами обмотки возбуждения. Аппарат включает собственно контактные кольца, наса женные на вал ротора, щеткодержательный аппарат со
щетками и токоподводящие шины от системы возбужде ния к траверсам аппарата щеткодержателей и от контактных колец к катушкам обмотки ротора.
Назначение узла контактных колец — обеспечение надежной безыскровой передачи постоянного тока к об мотке возбуждения через скользящий контакт (щетка — контактное кольцо) в нормальных и аварийных режимах эксплуатации турбогенератора. Одновременно должны
быть обеспечены надежная газоплотность элементов токоподвода, находящихся внутри газоплотного корпуса турбогенератора и вне его, низкий уровень вибрации и температур контактных колец и щеток, нормальные электрические, механические и тепловые условия работы
контактной |
пары щетка — контактное |
кольцо. |
|
1-1 |
||||||||
колец отечественных турбогенераторов |
|
|
Таблица |
|||||||||
TBB-165-2 |
ТВВ-200-2 |
ТВВ-320-2 |
|
ТГВ-200 |
|
ТГВ-300 |
ТВМ-300 |
|
ТГВ-200М |
ТГВ-500 |
|
|
2 000 |
2 680 |
2 900 |
|
I 786 |
|
3 050 |
4 420 |
1 |
880 |
' 5 120 |
||
56 |
56 |
56 |
|
64 |
|
64 ' |
64 |
' |
|
64 |
80 |
|
22×30∙ |
22x30 |
20×32 |
22×30 |
22×30 |
20×32 |
22×30 |
22×30 |
|||||
5,4 |
7,0 |
8,1 |
4,25 |
|
7,2 |
10,7 |
|
4,5 |
9,7 |
|||
460 |
460 |
460 |
|
440 |
|
445 |
510 |
|
|
440 |
450 |
|
200 |
200 |
180 |
|
130 |
|
155 |
208 |
|
|
135 |
240 |
|
290/280 |
290/280 |
300/294 |
258/255 |
253/251 |
332/325 |
|
- |
250/248 |
||||
|
|
290/280 |
|
|
258/251 |
|
|
|
|
|
|
|
0,55/0,70 |
0,55/0,70 |
0,55/0,70 |
0,85/1,1 |
0,85/1,1 |
0,54/0,70 |
1,01/1,1 |
1,01/1,1 |
|||||
0,11/0,195 |
0,11/0,195 |
0,11/0,195 |
|
|
|
|
0,18/0,22 |
|
|
_ |
|
|
— |
— |
— |
0,03/0,103 |
0,03/0,105 |
— |
|
0,03/0,1 |
0,03/0,1 |
||||
200 |
200 |
200 |
|
230 |
|
240 |
'200 |
|
230 |
100 |
||
1,55 |
1,55 |
1,55 |
|
1,65 |
|
1,65 |
2,55** |
|
1,65 |
1,65 |
||
2 |
2 |
2 |
|
1 |
|
2 |
4 винта |
|
1 |
- |
||
|
|
|
|
|
|
|
М20 |
|
|
|
|
|
870 |
820 |
815 |
1 |
155 |
1 |
005 |
900 |
1 |
156 |
1 |
050 |
|
7 200 |
7 700 |
9 700 |
8 100 |
8 750 |
9 300 |
8 100 |
9 000 |
|||||
4
Внастоящее время на электростанциях эксплуати руются турбогенераторы мощностью 30—800 МВт с различным конструктивным исполнением узла контакт ных колец, изготовленные на заводах «Электросила», «Электротяжмаш», «Сибэлектротяжмаш» и Лысьвенском турбогенераторном заводе (табл. 1-1).
Вотличие от турбогенераторов небольшой мощности, контактные кольца которых размещены между наруж
ным щитом и опорным подшипником, в крупных маши
нах |
узел контактных колец, как правило, расположен |
за |
подшипником на консольной части вала ротора. |
В такой конструкции обеспечивается возможность зна чительного уменьшения наружного диаметра колец и сокращается расстояние между осями подшипников,
что приводит к увеличению жесткости вала ротора и уменьшению его статического прогиба.
Узел контактных колец принято располагать на
консольном участке вала со стороны возбудителя, так
что механически более нагруженная приводная сторо
на ротора остается свободной от пазов и сверлений,
необходимых для прокладки подводящих шин обмотки возбуждения.
C ростом мощностей крупных турбогенераторов
повышается токовая нагрузка ротора, что вызывает необходимость увеличения габаритов узла контактных колец, количества электрощеток, улучшения условий их охлаждения. Одновременно возрастают требования к повышению надежности узла контактных колец, уве
личению сроков служб электрощеток и контактных колец.
В современных турбогенераторах электрическое
соединение обмотки ротора с контактными кольцами осуществляется следующим образом (рис. 1-1). Шина токоподвода 1, уложенная в пазу хвостовой части рото
ра 2 и заклиненная стальными клиньями, соединяет
обмотку ротора 3 с радиально расположенными больши
ми токоведущими винтами 4, ввернутыми в стержень токоподвода 5, образованный двумя изолированными
медными полуцилиндрами, находящимися в центральном
отверстии вала. В месте расположения контактных ко лец 6 полуцилиндрические составляющие стержня
токоподвода соединяются с плюсовым и минусовым контактными кольцами при помощи коротких токове дущих винтов 7 и гибкой шины 8.
6
На консольной части ротора современных турбоге нераторов устанавливают одну-или две пары контактных колец, работающих с высокими окружными скоростями, достигающими 90—100 м/с. В связи с тем, что выбор марки стали при этих скоростях определяется величиной возникающих механических усилий в процессе работы
Рис/ — .шина1∙ 1. |
токоподводаУзел токоподвода: 2 — вал ротораротора: 3 —турбогенераторовобмотка ротора: 4 — сеоийтоковедущийTBB |
и ТВФ. |
|
болт |
(большой); 5 —стержень токоподвода в |
центральном отверстии вала |
ро |
тора; |
6 — контактное кольцо; 7 — токоведущий |
болт (короткий): 8 — шина |
гиб |
кая; |
9 — вентиляционное отверстие; 10 — шайба резиновая; И —, гайка: |
12 — |
|
скоба |
изолированная. |
|
|
•7
и условиями посадки контактных колец на вал, критери ями для выбора ,материала колец служат передел теку чести материала и его относительное удлинение. Послед нее обстоятельство приводит к тому, что материалом для контактных колец служит обширная группа вы сокопрочных конструкционных марок сталей. Так, напри мер, для контактных колец турбогенераторов мощностью 300 тыс. кВт используются стали марок 38ХВА, 18ХН1МА, ОХН1МАР, ЗОХГСА и др. Основными требо ваниями, предъявляемыми к материалу контактных колец для обеспечения надежной работы контакта, являются однородность материала, постоянство струк
туры и высокая твердость рабочей поверхности кольца. Основные размеры контактных колец определяются количеством электрощеток, которые необходимо устано-
Таблица 1-2 Классификация систем охлаждения контактных колец турбогенераторов
Примечание. Цифрами обозначены системы вентиляции щеточных узлов для турбогенераторов:
1.ТВ-50-2, ТВФ-60-2, ТВ-60-2, ТВФ-100-2, TB2-100-2, TB2-150-2, TBB-1Ô5-2, ТВВ-200-2.
2.ТГВ-200, ТГВ-300.
3.TBВ-320-2. ТВ В-500-2.
4.TBM-300.
8
вйть для передачи тока возбуждения определенной величины. У современных турбогенераторов с токами
возбуждения, достигающими 3 500—5 000 А, принятая допустимая плотность тока под щетками находится в пределах 8—9 А/см2, а габариты контактных колец
достигают в диаметре 450—500 мм и по ширине 150—
250 мм. Если критерием для выбора ширины, контактно го кольца является только требование необходимости
Рис. 1-2. Контактные кольца на валу ротора турбогенератора ТГВ-200.
1 — контактное кольцо; 2 — вентиляционные лопатки (заборники).
установки требуемого количества электрощеток с уче
том величины тока возбуждения при условии равномер ного токораспределения между щетками, то величина
максимального наружного диаметра контактных колец ограничивается еще необходимостью свободного снятия бандажного кольца вместе с центрирующим или втулки компрессора без демонтажа контактных колец, а также требованием снижения линейной окружной скорости
контактных колец как фактора, уменьшающего износ контактных колец и щеток и потерь трения.
Для отвода электрических и механических потерь,
возникающих в зоне контакта щетка — контактное кольцо, применяются различные системы охлаждения, которые можно классифицировать, как показано в
табл. 1-2. К конструкции контактных колец турбогене
раторов типов TBB и ТВФ (рис. 1-1) предусмотрено
9
выполнение радиально-наклонных каналов, в которых охлаждающий воздух циркулирует за счет эффекта са-
мовентиляции, поступая в зону, расположенную вблизи внутреннего диаметра контактного кольца.
В контактных кольцах турбогенераторов типов ТГВ-200, ТГВ-300 для интенсификации охлаждения преду сматривают выполнение заборников воздуха (рис. 1-2), ввернутых во входные отверстия осевых каналов.
Рис. 1-3. Контактное кольцо с вен |
Рис. 1-4. Втулка контактных |
|||
тиляционными лопатками |
1 |
и |
за |
колец. |
готовка втулки контактных |
ко |
|
||
лец 2.
Улучшение условий охлаждения рабочей поверхности контактных колец достигается также за счет выполнения винтовой нарезки на цилиндрической наружной поверх
ности кольца |
(контактные кольца |
турбогенераторов |
||
мощностью |
60 |
МВт и |
выше). Контактные кольца |
|
с обычно |
применяемой |
винтовой |
нарезкой с ша |
|
гом 10 мм, отношением ширины выступа к ширине впа дины 7/з и глубиной около 10 мм, помимо лучших электрических условий контакта, обладают самовенти-
лирующей способностью в рабочей зоне с турбулизацией потока охлаждающего воздуха. .
На торцевых участках контактных колец турбогене раторов типа ТВ-50-2, ТВ-100-2, ТВ2-150-2 с небольшими
токами возбуждения (рис. 1-3) выполняются прорези шириной 15—20 мм. Прорези образуют лопатки центро
бежного вентилятора, способствующие охлаждению боковых поверхностей контактных колец.
Ю