книги из ГПНТБ / Глебов, И. А. Научные проблемы турбогенераторостроения

вания новых методов крепления проводились на специальной модели, представляющей собой натурную машину укороченной длины без ротора.

В первом варианте модель обмотки статора имела обычное охлаждение и обычное «веревочное» крепление лобовых частей с одной стороны и прототип системы крепления «тетралок» с дру­

гой стороны. Обмотка статора, оснащенная тензодатчиками и дат­ чиками смещения, была подвергнута воздействию ударного тока к. з. в лаборатории разрывных мощностей. Испытания, повторяв­

шиеся 15 раз, показали, что «веревочное» крепление не обеспечи­ вает необходимой жесткости, а смещения лобовых частей при «веревочном» креплении во время к. з. в 3 раза больше аналогич­ ных смещений при использовании системы «тетралок».

В 1962 г. на основе первого варианта с учетом результатов ис­ пытаний был создан второй вариант модели, в котором была уста­ новлена обмотка статора с водяным охлаждением и усовершенство­ ванная система крепления типа «тетралок» с обеих сторон. Об­ мотка 28 раз подвергалась ударным к. з. Результаты испытаний подтвердили целесообразность выполненных усовершенствований системы «тетралок», а также показали, что гидравлические соеди­

нения и водяные шланги могут выдержать ударные к. з. После

испытаний не было обнаружено течей в водяных соединениях.

Как и при испытаниях первого варианта модели, перемещения лобовых частей определялись также с помощью кинокамеры с ча­ стотой 4000 кадров в секунду.

Для оптимизации крепления лобовой части обмотки был раз­ работан третий вариант модели. В этом варианте также была уста­ новлена обмотка с водяным охлаждением. Лобовые части с одной стороны модели закреплены по системе «тетралок», применяемой

всерийных машинах; с другой стороны — по новой усовершен­ ствованной системе. Модель допускает проведение исследований

вустановившемся режиме. Для компенсации реактивного сопро­

тивления обмотки была использована батарея конденсаторов ем­ костью 141 MBA. На обмотку статора подается ток 11 кА, 60 Гц от специального трансформатора. В 1967 г. испытания на модели

начались исследованием частотных характеристик и форм колеба­ ний лобовых частей обмотки. Усилия, имевшие место в обмотке, модели, соответствовали натурному турбогенератору мощностью

1800 МВт. До настоящего времени не было замечено ни истирания, ни износа изоляции обмотки.

Виюле 1970 г. обмотка модели несколько раз подвергалась действию ударного к. з. в лаборатории разрывных мощностей.

Врезультате было выявлено, что примерно при тех же максималь­

ных усилиях перемещение лобовых частей обмотки составляло всего лишь 1/10 соответствующих перемещений, наблюдавшихся при испытаниях второго варианта модели. Было обнаружено

также несколько трещин толщиной в волос на крашеной поверх­

90

ности тангенциальных распорок в межфазной зоне. После испыта­

ний на ударное к. з. лобовые части обмотки вновь подвергались воздействию установившегося тока,но увеличения уровня вибра­

ций обнаружено не было.

По данным испытаний, максимальный размах вибросмещений лобовых частей обмотки составил 50—70 мкм. Частотная харак­

теристика лобовых частей имеет сложный характер с несколькими резонансными частотами. Резо­ нансные максимумы имеют раз­ мытый характер, что объясня­ ется монолитностью обмотки

в лобовой части.

Измерений вибраций лобо­

вых частей обмотки статора на натурных машинах не произво­ дилось.

Фирма «Альстом» в основу крепления лобовых частей обмотки

статора также положила применение формующегося материала.

Лобовая часть обмотки крепится на кольцах, устанавливаемых на кронштейнах. Для повышения жесткости лобовой части с вну­ тренней стороны корпуса обмотки размещается кольцо. На об­ мотку и кольцо вдоль внутреннего конуса укладываются ребра, которые распираются изнутри кольцом, расположенным около середины ребер. Групповые вязки выполняются стекловолокном.

В связи с использованием формующихся материалов трижды проводится запекание обмотки статора при температуре НО— 120o G — после укладки слоев обмотки и закрепления лобовых частей.

91

В генераторах «Дженерал Электрик» (Англия) предусматри­ вается крепление лобовых частей обмотки статора с помощью пластмассовых внутренних колец, планок и внешних бандажных колец, укрепляемых на кронштейнах. Лобовые части бандажируются к кольцам и смежным прокладкам с помощью стеклошнура. Между каждым третьим стержнем помещается плоская трубка из пластика, в которую под давлением подается термореактив­ ная смола для увеличения жесткости конструкции лобовых частей.

Английской фирмой «Парсонс» крепление лобовых частей об-

обмотки амплитуда вибрации является наибольшей; стержни

верхнего слоя обмотки имеют большее тангенциальное смещение, чем стержни нижнего слоя; тангенциальное смещение нижнего

слоя стержней лобовых частей обмотки, крепящихся кронштейном с помощью шнура, может быть ограничено.

Для турбогенераторов с водяным охлаждением фирмы «Броун

Бовери», а также «Крафтверкунион» применяют разборные методы крепления обмотки статора с помощью системы планок и накладок,

изготовленных из стеклопластика.

Втурбогенераторах фирмы «Броун Бовери» обмотка крепится

спомощью системы накладок, соединенных между собой радиаль­

ными болтами из стеклопластика (рис. 4-11). Go стороны расточки статора планки удерживаются кольцом также из стеклопластика. G наружной стороны планки поджимаются с помощью клиньев, устанавливаемых между планками и кронштейнами. Для обес­ печения аксиальных смещений используются радиальные эластич­ ные пружины, выполненные из стеклопластика, с прорезями.

92

ГЛАВА ПЯТАЯ

НОВЫЕ ТИПЫ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК СТАТОРА И РОТОРА

15-. ИЗОЛЯЦИЯ ОБМОТКИ СТАТОРА

В настоящее время для обмоток статоров турбогенераторов повсеместно используется высоковольтная изоляция на основе стеклослюдинитовых или стекломикалентных лент и термореак­ тивных связующих. Широкое применение находят следующие типы термореактивной непрерывной изоляции: термоластик («Вестин­

гауз», США), майкапел («Дженерал Электрик», США), изотенакс

(«Альстом», Франция), микаластик («Крафтверкунион», ФРГ),

микадур («Броун Бовери»), слюдотерм (ЛЭО «Электросила»),

монолит («Сибэлектротяжмаш», «Уралэлектротяжмаш») и др.

При изготовлении лент в качестве связующих применяются эпо­ ксидные составы. Помимо них могут быть использованы поли­

эфирные или кремнийорганические смолы. Изоляция элементар­ ных проводников производится с помощью стеклопряжи с про­ питкой также эпоксидными смолами.

После формовки конфигурация стержней большинством фирм проверяется на шаблонах, воспроизводящих паз и опорную контрукцию для лобовых частей; перед наложением первого слоя производится промазка стержня.

Подробные исследования по сопоставлению свойств изоляции при использовании эпоксидных или полиэфирных смол в качестве

связующих были проведены фирмой «Хитачи», Япония [41].

В результате исследований было выявлено следующее: а) при

температуре нагрева свыше 100° C изоляция на основе эпоксидных

смол обладает лучшими диэлектрическими свойствами; б) в ре­ зультате испытаний на тепловое старение, которые проводились при температуре до 150° C в течение 10 дней и при температуре до 130—180° G в течение одного года, было установлено, что электри­

ческие и механические свойства изоляции на основе эпоксидной смолы менее подвержены изменению;

в) испытания на тепловые циклы (1000 циклов нагрев—охла­ ждение) показали, что изоляция с эпоксидной смолой в качестве связующего сохраняет более высокую прочность на разрыв и прочность склеивания. Расслоения и образования трещин в ней

94

не наблюдается. Все это позволит в будущем использовать этот вид изоляции при изготовлении стержней длиной до 10 м для статоров турбогенераторов повышенной мощности;

г) изоляция на основе эпоксидной смолы более однородна, что позволяет уменьшить толщину изоляционного слоя, а следова­

Сравнительные характеристики связующих на эпоксидных и

полиэфирных смолах приведены в табл. 5-1.

Кремнийорганические связующие имеют высокую нагревостойкость, обеспечивают влагонепроницаемость обмотки. Однако, как показали исследования, при их применении значительно повышаются температуры и необходимое время изготовления стержней. Кроме того, эти связующие более дорогие по сравнению

сэпоксидными. Поэтому в настоящее время они не находят при­ менения при создании изоляции турбогенераторов.

Получили распространение два основных метода изготовления обмотки статора при применении термореактивных связующих —

сиспользованием пропитанных смолами лент и сухих лент.

При использовании пропитанных лент стержень обмотки ста­ тора изолируется стеклослюдинитовой лентой или стекломикалентой, содержащей необходимое количество термореактивного связующего; изготовление стержня производится без добавления

связующего. Качество изоляции улучшается, если в процессе изготовления стержней производится их вакуумирование. Это позволяет удалить газовые включения и, благодаря этому, повы­

сить диэлектрические свойства изоляции.

При применении сухих лент стержень после наложения изо­

ляции подвергается вакуумной обработке с последующей пропит­ кой термореактивными связующими и выпечкой.

95

Характерной изоляцией обмотки статора с использованием пропитанных лент является изоляция типа изотенакс, применяе­ мая фирмой «Альстом» с 1957 г.

Ленты изготовляются из стеклоткани толщиной 30 мкм и слю­ динитовой бумаги толщиной 120 мкм. В качестве связующего применяется состав на основе высокомолекулярной эпоксидной смолы, обладающей повышенной эластичностью в отвержденном состоянии. Удельная вязкость состава изоляции типа изотенакс равна 60 кг -см/см2. Наложение лент на стержни обмотки произ­ водится вручную по всей длине или частично, когда изолируются вручную только эвольвентные части стержня.

Специалисты фирмы считают, что обмотка стержней вручную повышает качество их изготовления по сравнению с наложением изоляции с помощью специальных станков. Однако использова­ ние ручного труда неприемлемо в условиях большого объема

производства. Кроме того, сами изоляционные работы являются наиболее трудными и ответственными в процессе производства турбогенераторов. Этими обстоятельствами объясняется то, что как на отечественных электромашиностроительных заводах, так

ина крупных заводах зарубежных фирм основное направление

вобласти совершенствования изготовления стержней заключается

вмеханизации обмоточных работ.

Изолированные стержни подвергаются вакуумной обработке в течение 8 час. при 120o C в автоклаве при остаточном давлении 0.1 мм рт. ст. После этого изоляция типа изотенакс подвергается

калибровке-прессованию при удельном давлении 25—30 кГ/см2

в течение 45—60 мин. при температуре 150o С. Эта операция обес­ печивает получение размеров и формы изолированных стержней, заданных в рабочих чертежах. Окончательная полимеризация связующего в пазовой части и опрессовка углов в лобовых частях

обмоток производится под действием гидростатического давления до 10 кГ/см2 и повышенной температуры (160° С) в горизонтальных

котлах. Перед полимеризацией на стержни накладываются на­ кладки в виде двух уголков, затем наматывается технологическая лента. После этого стержни в количестве 6 шт. укладываются и

закрепляются на приспособлении, которое затем вводится в котел, где и производится опрессовка компаундом и полимеризация стержней.

После снятия технологической ленты поверх стержней в пазо­

вой и лобовой частях наносится полупроводящая механически

прочная краска, которая не создает трудностей в эксплуатации. Такой способ создания противокоронного покрытия используется в машинах с номинальным напряжением до 20 кВ. При большем

напряжении в лобовой части наматывается вразбежку бронзовая лента, которая сверху защищается синтетической лентой.

При сильном электрическом поле используется несколько слоев

ленты.

96

Основные данные изоляции типа изотенакс приведены

в табл. 5-2. Срок жизни изоляции характеризуется следующими данными: 1500 час. при градиенте напряжения от 5 до 7.5 кВ/мм (в зависимости от толщины изоляции) и частоте 50 Гц, а также при градиенте 3.3 кВ/мм и частоте 1200 Гц.

В связи с высоким процентным содержанием слюдяного ма­ териала и высокого уровня технологического процесса фирма «Альстом» добилась наиболее высоких показателей — толщина изоляции стержней высоковольтных турбо- и гидрогенераторов

іуменьшена приблизительно до 60 % от толщины асфальтобитумной изоляции. Это обстоятельство имеет решающее значение в дости­ жении наименьшего удельного веса турбо- и гидрогенераторов при сохранении показателей надежности.

Американская фирма «Дженерал Электрик» для всех турбо­

генераторов с~напряжением^до 26 кВ применяет термореактивную

изоляцию типа майкопел, состоящую из нескольких слоев про­ питанных стеклослюдинитовых лент с двухсторонней стеклотка­

невой Подложкой из стекломикаленты. Полимеризация стержней

производится под давлением после вакуумирования в компаунди­

рованных котлах. Толщина изоляции типа майкопел на 30% меньше толщины старой асфальтобитумной изоляции.

Противокоронная защита обмоток статора выполняется с по­ мощью асбестовой ленты, накладываемой в пазовой части впритык,

а в лобовой части для машин C напряжением до 18 кВ в полнахлеста

водин слой. В машинах с напряжением более 18 кВ в лобовой части накладывается 34 слоя асбестовой ленты в полнахлеста, затем все слои покрываются лаком высокого сопротивления.

Для пазовой части используется лента (0.25, 0.37 и 0.5 мм),

толщина которой выбирается с таким расчетом, чтобы получить

стержень с номинальными разме­ рами.

Фирма «Дженерал Электрик» (Англия) в качестве главной изоля­ ции обмотки статора использует изо­ ляцию типа резитерм, изготовляемую

на основе пропитанных лент и эпок­ сидных связующих. Ленты изоляции резитерм содержат 52% слюды, 38% эпоксидного связующего и 10%

стеклянной пряжи.

Вначале фирма применяла для

На рис. 5-1 показана зависимость тангенса угла диэлектриче­ ских потерь для изоляции резитерм [84]. Величина тангенса угла потерь зависит от концентрации катализатора, степени полимери­ заций, качества смолы и количества и типа летучих. В табл. 5-3

приведены предельные значения tg δ в зависимости от темпера­

туры.

В турбогенераторах фирм «Крафтверкунион» и «Броун Бовери» применяются сухие ленты. Фирма «Крафтверкунион» для изоля­

ции использует микаластик (рис. 5-2), представляющий собой комбинацию лент на основе щипаной слюды и слюдинитовой бу­ маги. Ленты накладываются на стержни с помощью намоточных станков. После наложения изоляции стержни вакуумируются и

при давлении 0.1 мм рт. ст. пропитываются предварительно подо­ гретым до 50—70° компаундом. При такой температуре компаунд является достаточно жидким, поэтому нет необходимости доба­ влять дополнительные реагенты. Давление при этом поднимается

98

постепенно. Для ускорения процесса полимеризации, производи­

ляции микаластик.

При изготовлении изоляции типа микадур фирмой «Броун Бовери» используется сухая стеклослюдинитовая лента. Нало­

жение изоляции в пазовой части производится с помощью станка,

щают в автоклав горизонтального типа, в котором создается ва­

куум порядка 10^2 мм рт. ст. Затем в автоклав подается модифи­ цированная эпоксидная смола, заполняющая пустоты в изоляции. Прессовка стержней производится в специальных прессформах,

99