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

Таблица 7-2

Критерий работы генератора в несимметричном режиме

По данным исследований английской фирмы «Дженерал Элек­ трик», наибольшие нагревы в роторе турбогенератора при кратко­ временной несимметричной нагрузке происходят на краях кана­

каемых фирмой, допускается длительный ток обратной последо­

вательности до 10%.

Фирма «Броун Бовери» допускает работу турбогенераторов большой мощности с током обратной последовательности в уста­ новившемся режиме, равном 8—10%, и в переходном I2 t=7—8.

Теоретические исследования, выполненные во ВНИИэлектро-

маше [10], показали, что значительное влияние на концентрацию вихревых токов в торцевой зоне ротора оказывает посадка бан­ дажа на массив бочки с хорошим электрическим контактом и при­

менение кольцевых радиальных канавок в торцовой зоне ротора. Распределение линейных нагрузок в этой зоне практически не за­ висит от материала и конструкции пазовой части ротора и опре­

деляется конструкцией и посадкой бандажного узла и наличием короткозамыкающей демпферной системы.

Исследования влияния материала концевых клиньев на рас­ пределение вихревых токов в торцовой зоне показали, что практи­ чески при всех клиньях токи распределяются одинаково, а потери

представляет трудную задачу, для решения которой необходимо выполнение дополнительных исследований, связанных с созда­ нием более совершенных демпферных систем, улучшением кон­ тактов между элементами торцовой зоны и др.

140

ГЛАВА ВОСЬМАЯ

УЗЕЛ КОНТАКТНЫХ КОЛЕЦ НА БОЛЬШИЕ ТОКИ

18-. СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ УЗЛА КОНТАКТНЫХ КОЛЕЦ

Состояние контактных колец во многом определяет успешную эксплуатацию машины, поэтому проблеме контактов уделяется большое внимание. C увеличением мощности турбогенераторов значительно возрастают токи возбуждения. Например, ток воз­

буждения турбогенератора мощностью 200 МВт составляет порядка 2500 А, а для турбогенератора мощностью 1200 МВт он

возрастает до 8000 А. В настоящее время проводятся работы по созданию щеточного аппарата на токи порядка 10 000 А. При этом обращается особое внимание на решение проблемы безопасности и простоты замены износившихся щеток без остановки турбо­ генератора.

В современных типах турбогенераторов узел контактных ко­ лец располагается за подшипником со стороны возбудителя, что облегчает их обслуживание и повышает надежность работы.

Контактные кольца мощных турбогенераторов выполняются из

углеродистой стали с пределом текучести более 40 кГ/мм2 и отно­ сительным удлинением более 16% . В большинстве случаев кольца

насаживаются в горячем состоянии с натягом (до 1 мм) на сталь­

ную промежуточную втулку, изолируемую от вала с помощью миканита (толщиной порядка 2 мм). В турбогенераторах большой мощности кольца выполняются со спиральными канавками глу­

биной до 8 мм и шириной до 5 мм, которые обеспечивают более равномерное распределение тока между щетками, улучшают охлаждение и способствуют более плотному прилеганию щеток, а также устраняют возможность возникновения воздушного клина между контактным кольцом и щетками.

Для более интенсивного теплоотвода в контактных кольцах

предусматриваются сквозные охлаждающие отверстия (рис. 8-1). Рядом фирм, кроме того, устанавливаются специальные венти­

ляторы.

C целью обеспечения более равномерной нагрузки контактного

кольца по его окружности отвод тока производится через проме­ жуточное кольцо из посеребреной меди (рис. 8-2).

141

Шины токоподвода от контактных колец к токоведущему

болту выполняются из медных полос шириной ДО 80 MM и толщиной

0.5 мм. Шина токоподвода, как правило, изолируется стекломика-

лентой, контактные поверхности серебрятся. Токоведущий болт,

соединяющий шины токоподвода со стержнем токоподвода, рас-

Bud И

Рис. 8-1. Контактные кольца турбогенераторов фирмы

«Броун Бовери».

положенным в центральном отверстии вала, выполняется из меди и изолируется теплостойкой резиной. Контактные поверхности болта серебрятся.

Стержень токоподвода выполняется медным и состоит из двух полустержней со сквозными конусными резьбовыми отверстиями

для соединения с токоведущим бол­ том. Полустержни изолируются стекломикалентой, кроме того, между

(США) выполняет контактные кольца

уменьшенного диаметра (порядка 330 мм), при этом проме жуточная втулка не используется. Для более интенсивного охлаждения контактных колец в них имеются сквозные продоль­ ные отверстия с дополнительными радиальными отверстиями приблизительно на половину длины колец. Для той же цели вентилятор, расположенный посередине между кольцами, имеет увеличенный диаметр., В качестве изоляции контактных колец используется полиэфирный стеклопластик. Крепление изоляции

за пределами контактных колец не производится.

142

Конструкция узла щеточного аппарата фирмы «Дженерал Электрик» (США) обеспечивает токосъем в двухполюсных турбо­ генераторах до 6000 А, а в четырехполюсных — до 8000 А.

Фирма «Броун Бовери» контактные кольца выполняет также с уменьшенным диаметром, обеспечивая хорошее охлаждение контактной поверхности с помощью системы отверстий в коль­

цах. Конструкция контактных колец этой фирмы испытана на ток

до 8000 А.

В турбогенераторах большой мощности при окружных ско­ ростях порядка 70 м/сек. применяются специальные щетки, пред­ назначенные для работы с кольцом определенной полярности: на отрицательной полярности применяются щетки марки ЭГ-2АФ,

пропитанные суспензией фторопласта, на положительной — типа 611М, выполненные па обогащенном графите. На турбогенераторе

мощностью 300 МВт средняя скорость износа щеток марки ЭГ-2АФ

па отрицательном кольце составляет 5.6 мм за 1000 час. работы и марки 61IM на положительном кольце равна 3.6 мм за 1000 час.

Зарубежные фирмы уделяют много внимания усовершенство­

ванию конструкции щеточного аппарата. Например, фирма «Дженерал Электрик» (США) применяет новую конструкцию щетко­

держателя кассетного типа по 6 или 4 щетки на кассету. Кассета

имеет пластинчатые пружины (типа улитки), обеспечивающие постоянное нажатие на щетку. Вынимается кассета простым на­ жатием рычага и поворотом ручки на 90°. Сечение щеток 9.7 см2;

ток, приходящийся на щетку, 75 А (рис. 8-3). Общая высота щетки составляет 75 мм, износ допускается до 25 мм. Комплект

щеток изнашивается за 6 мес.

Фирма «Дженерал Электрик» (Англия) также создала новую конструкцию съемного щеткодержателя, позволяющего производить замену щеток по мере их износа без остановки агрегата (рис. 8-4).

Важным условием надежной работы щеточного аппарата явля­ ется соответствующий уровень вибрации контактных колец. При величине свыше 300 мкм вибрация приводит к механическому пов­

реждению щеток, их быстрому износу. Поэтому передовые зарубеж­ ные фирмы устанавливают пониженный уровень вибрации кон­

тактных колец. Американская фирма «Дженерал Электрик»

считает допустимым уровень вибрации 100—150 мкм. Если вибра­ ция щеток превышает 150 мкм, то производится смена щеток,

а при вибрации более 175 мкм — шлифовка колец. Балансировка

контактных колец проводится на каждой машине.

Снижение уровня вибраций до 100—150 мкм достигается за счет принятия специальных мер [83]: 1) установки дополнительного подшипника на конце вала агрегата в случае применения системы самовозбуждения; 2) жесткого соединения валов турбогенератора и возбудителя переменного тока в случае независимой статической системы возбуждения, а также бесщеточной возбудительной сис­ темы.

143

В связи с увеличением мощностей турбоагрегатов и ростом мощностей на возбуждения наряду с решением проблем умень­ шения уровня вибраций контактных колец, снижения линейных

скоростей на их поверхности, применения разнополярных щеток,

лучшего распределения тока по окружности контактных колец

Рис. 8-3. Кассета со щетками.

от мест подсоединений шинопроводов постоянного тока, усиле­ ния вентиляции щеточно-контактного аппарата, продолжают

проводиться работы по выбору оптимального профиля контактных колец.

Как известно, рифление поверхности контактных колец по­ зволяет обеспечить срыв так называемого воздушного клина. Исследования показывают, что вид рифления поверхностей ока­ зывает существенное влияние на величину допустимой плотности тока, на распределение тока между щетками, а также на износ щеток. Поэтому выбор оптимального способа рифления поверх-

144

Оригинальная система водяного охлаждения щеток применена

в опытном турбогенераторе мощностью 60 МВт, 3000 об./мин. типа ТЗВ-60-2 с полным водяным охлаждением, изготовленным заводом «Электросила».

Щетка с водяным охлаждением состоит из двух элементов — сменной щетки и арматуры с токоподводящими канатиками много­

кратного использования, имеющей непосредственное водяное

охлаждение и служащей одновременно охладителем щетки. Арма­ тура состоит из контактной пластины с припаянной к ней трубкой, согнутой в дугу. К концам трубки присоединяются гибкие токо­ подводящие канатики и трубки из мягкой и тонкой резины, в ко­

торых канатик размещается свободно. Вторые концы канатиков

и резиновых трубок присоединяются к трубкам, служащим для электрического соединения щетки с шиной траверсы и подводов охлаждающей воды.

Система питания щеток водой предусматривает получение

стабильного низкого давления воды, что необходимо для сохра­ нения гибкости токоподводов к щетке.

В описанной системе водой охлаждаются также шины тра­ версы и косвенно щеткодержатели, прикрепленные к шинам.

В опытном турбогенераторе при номинальном токе возбужде­ ния 1500 А на каждое контактное кольцо было установлено 10 ще­

ток сечением 30x30 мм вместо 40 щеток сечением 22x30 с воз­

душным охлаждением, устанавливаемых на серийных турбо­ генераторах ТВФ-60-2 при таком же токе возбуждения. Нагрев

воды и арматуры составил около 5° С, а контактных колец около 30o C по отношению к температуре воды, поступающей к щеткам.

Щеточный аппарат работает с минимальной вибрацией.

38-. ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КОНТАКТ

Создание турбогенераторов большой мощности связано с необ­ ходимостью повышения токов возбуждения до 15 кА и более. Обес­ печение надежного контакта при таких токах наиболее просто

осуществить с помощью жидких металлов.

На рис. 8-5 показано жидкометаллическое контактное устрой­ ство, разработанное английской фирмой «Дженерал ,Электрик».

Вращающаяся часть контактного устройства имеет форму коль­ цевого канала, который под действием центробежных сил при

вращении ротора заполняется ртутью. Неподвижная часть кон­

такта состоит из диска, край которого погружается в ртуть.

Лабиринтные уплотнения между вращающимися и неподвижными

элементами могут быть изготовлены с большими допусками. Для

снятия потерь в контакте применяется водяное охлаждение. Над созданием жидкометаллического контакта в течение ряда

лет работает также фирма «Дженерал Электрик» (США). Был из­ готовлен и испытан ряд прототипов жидкометаллического кон­

такта с применением сплавов NaK, а также гелия. Однако при их

146

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ

МАСЛЯНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА РОТОРА

19-. ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ МАСЛЯНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ВАЛА

В современных типах турбогенераторов оолыпой мощности используются масляные уплотнения вала ротора кольцевого

(радиального) типа.

Преимуществом масляных уплотнений вала кольцевого типа по сравнению с торцовыми является то обстоятельство, что уплот­

нения кольцевого типа, как пра­ вило, не повреждаются в режимах

полусухого трения при наруше­

ниях маслоснабжения. Так как удельное давление и площадь кон­ такта вала с вкладышем в уплот­

нениях кольцевого типа невелики,

то потери на трение оказываются значительно меньше аналогичных

аксиальным перемещениям вала

ротора.

Внашей стране некоторые турбогенераторы мощностью 100

и150 МВт, 3000 об./мин. эксплуатируются с однопоточными коль­ цевыми уплотнениями [44]. В уплотнениях этого типа «плаваю­ щий» вкладыш заключен в росточке корпуса (рис. 9-1). Масляная

149