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

камера уплотнения отделена с помощью резиновых уплотняющих колец. Равномерность радиального зазора между валом и вкла­

дышем обеспечивается с помощью гидродинамической центровки,

образуемой благодаря клиновой разделке баббита вкладыша. Получили также распространение трехпоточные цилиндри­ ческие уплотнения [39], в которых разделены потоки масла, со-

пользуется третий поток масла.

Для уменьшения расхода масла во внутрь машины уплотнения выполняются с минимально возможным радиальным зазором (до

0.08—0.12 мм на диаметр). Кроме того, на внутреннем пояске вкладыша выполняются винтовые канавки, создающие противодавление в слое масла при вращении ротора.

Важным вопросом также является обеспечение достаточной подвижности вкладыша в корпусе. Для однопоточного уплотнения последнее обеспечивается, например, за счет размещения резино­ вых уплотняющих колец на разных диаметрах; в трехпоточной схеме— за счет масла.

Температура вкладышей уплотнения при работе генератора должна находиться в пределах 75—80o C (по термометру сопро­ тивления). При более высокой температуре, как показывает

150

опыт, наблюдается более интенсивное проникновение масляных паров внутрь генератора. Для предотвращения этого фирма «Дженерал Электрик» (США) масляные уплотнения вала устанавливает на пониженном, а маслоуловители — на большем диаметре

(рис. 9-2). При этом применяется разветвленная система масло­

уловителей, на валу выполняются специальные маслоотрабаты­ вающие канавки, размещенные между маслоуловителями.

Эффективным мероприятием является отсос масляных паров

из камеры уплотнений. На турбогенераторах мощностью 300 МВт завода «Электротяжмаш» отсос масляных паров производится? через силикагелевый фильтр, значительно снижающий попадание масла внутрь генератора.

Американская фирма «Дженерал Электрик» для деаэрации масла применяет его вакуумную обработку в специальном баке.

-Японские фирмы «Тосиба», «Мицубиси», «Хитачи» в машинах

небольшой мощности, работающих с избыточным давлением в кор­ пусе статора не выше 1 кГ/см2, применяют однопоточные масляные уплотнения. Вкладыши для них изготовляются из бронзы без баббитового пояска вокруг вала ротора, причем зазор между

вкладышами и валом равен 0.12 мм. Схема маслоснабжения уплотнений предусматривает вакуумную обработку масла.

Для турбогенераторов, работающих с избыточным давлением водорода в корпусе статора (свыше 1 кГ/см2), этими фирмами применяются двухпоточные масляные уплотнения (рис. 9-3). Нормальная работа уплотнения обеспечивается при условии, если давление масла с водородной и воздушной сторон одинаковы,

что достигается специальным регулятором. Превышение давления масла над давлением водорода принимается равным 0.84 кГ/см2.

92-. СИСТЕМА МАСЛЯНОГО ХОЗЯЙСТВА

Схема масляного хозяйства для двухпоточных масляных уплот­ нений фирмы «Мицубиси» (Япония) приведена на рис. 9-4.

Постоянный уровень масла в уплотнении поддерживается с помощью масленки (гидродозатора), устанавливаемой на сливном

маслопроводе со стороны водорода. Масленка внутри оборудована

двумя поплавковыми клапанами. Если уровень масла в масленке слишком высок, один из поплавковых клапанов автоматически

открывается, при этом излишек масла поступает в систему масля­ ного уплотнения со стороны воздуха. Второй поплавковый кла­ пан автоматически открывается при слишком низком уровне масла;

в этом случае недостаток масла пополняется из системы масля­ ного уплотнения на стороне воздуха. Таким образом, уровень

масла в масленке все время поддерживается постоянным. В крити­ ческих случаях можно открыть или закрыть клапан вручную.

Регулятор, выравнивающий давление, устанавливается на на­ порном маслопроводе к уплотнению со стороны водорода. Он вы­

151

равнивает давление уплотняющего масла на входе в уплотнение со стороны водорода с давлением уплотняющего масла со стороны воздуха. Для каждого уплотнения ставится два уравнителя давле­ ния. Сверху на поршень, образующий одно целое с тарелкой кла-

Рпс. 9-4. Маслохозяйство двухиоточного уплотнения.

1 — подача масла; 2 — уплотнение; 3 — опорный подшипник; 4 — совмещенный слив масла; 5 — сигнализатор повышенного уровня масла; 6 — водородноотделительный бак; 7 — слив уплотняющего масла; 8 — дифманометр; .9 — регулятор; 10 — манометр; 11 — маслофильтр; 12 — термометр; 13 — маслоохладитель; 14 — предохранительный клапан; 15 — сигнализатор; 16 — насос; 17 — указатель потока; 18 — сигнализатор; 19 — насос; 20 — охладитель; 21 — сигнализатор; 22 — маслофильтр; 23 — термометр; 24 — ука­ затель потока; 25 — манометр; 26 — автоматический пускатель; 27 — регулятор; 28 — насос; 29 — масло для смазки подшипника; 30 — дросселирующее устройство; 31 — регулятор питания; 32 — сигнализатор; зз — масло от системы регулирования турбины;

пана, давит масло со стороны водорода, а снизу — масло со стороны воздуха и пружина. Если напор масла со стороны воздуха

увеличивается, то тарелка клапана поднимается и клапан откры­

вается больше. Тогда давление в этой части уменьшается и напор

масла со стороны водорода возрастает.

152

ГЛАВА ДЕСЯТАЯ

НОВЫЕ ТИПЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ

10. - ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ. ДЕТАЛЕЙ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ

В современных типах турбогенераторов, характеризующихся быстрым ростом единичной мощности, значительно повышаются требования к механической обработке их узлов и деталей. Поэтому все ведущие фирмы мира уделяют много внимания внедрению но­ вых высокоточных и высокопроизводительных станков, специаль­ ного режущего инструмента.

Американская фирма «Дженерал Электрик» для механической обработки корпусов статора мощных турбогенераторов построила специальный цех. В этом цехе, кроме обработки корпусов, изго­ товляются призмы, производится сборка корпусов и их испытания. Площадь цеха составляет около 8000 м2. Для обеспечения постоян­ ной температуры в помещении стены и потолок не имеют окон и проемов, помимо теплоизоляционного материала, стены выпол­ нены из алюминия и стали. Оборудование цеха рассчитано на вы­

пуск 40 корпусов турбогенераторов мощностью 1000 МВт и более

вгод при двухсменной работе.

Вцехе установлен комплекс станочного оборудования с про­

граммным управлением. Расточный станок с двумя головками фирмы «Фарел» производит расточку внутренних поверхностей

корпуса на всю длину статора, а также операции по сверловке для установки призм. Станок рассчитан на обработку на диаметрах от 2.3 до 4.8 м при длине изделия до 12 м.

Фрезерный станок фирмы «Ингерсал Миллинг» предназначен для обработки наружных поверхностей корпусов и сверловки. Длина обрабатываемого изделия 5 м, высота 6 м. Изделие устанав­ ливается на кантователе. Головка станка допускает боковое пере­ мещение на расстояние до 1.2 м. Используется также специальный

станок для обработки призм и пружин. Для достижения высокой

точности механической обработки поверхность пола под станками имеет максимальное отклонение 50 мкм.

Роторный участок фирмы «Дженерал Электрик» (США) имеет

154

Для изготовления пазов используется фрезерный станок фирмы

«Келлер» (ФРГ), который позволяет фрезеровать одновременно два диаметральных паза, что облегчает последующую баланси­ ровку. Пазы ротора после фрезеровки тщательно зачищаются на специальном станке.

Фирма «Альстом» (Франция) для выполнения пазов ротора че­ тырехполюсных турбогенераторов использует фрезерный станок фирмы «Келман» (ФРГ), дающий возможность фрезеровать ро­ торы весом до 250 т, диаметром до 2 м, длиной 22 мм. Особенность данного типа станка состоит в том, что фрезеровка ведется с одной

стороны.

Радиальные наклонные каналы в пазовой части катушек ро­ тора фрезеруются на специальном станке с программным управ­ лением с точностью 25 мкм.

Современной тенденцией в области штамповки листов сердеч­

ника статора является использование холоднокатаной рулонной стали обычно толщиной 0.35 мм.

В передовых фирмах процесс штамповки листов полностью

автоматизирован, даже операции снятия заусенцев и лакировки сегментов. По применяемым нормам их величина не должна превы­ шать 7.5 мкм. Штампы, как правило, меняются один раз в два дня.

На фирме «Дженерал Электрик» (США) лакировка сегментов осуществляется за один прием. Штампованные листы подаются в лакировочную машину и после сушки в электропечи уклады­ ваются специальными электромагнитными устройствами в тару.

Сборка сердечника статора на зарубежных и отечественных за­ водах производится вручную. Для прессовки сердечника исполь­ зуются гидравлические прессы. Ряд фирм производит прессовку с периодическим подогревом. Фирма «Дженерал Электрик» (Анг­

лия) для усадки пакетов сердечника использует магнитное поле.

103. - ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗОЛИРОВОЧНО-ОБМОТОЧНЫХ РАБОТ

Для изготовления стержней обмотки статора современных ти­ пов турбогенераторов с термореактивной изоляцией используется сложное технологическое оборудование.

Ведущими специалистами особое внимание уделяется формо­ образованию стержней. Как правило, нужная форма придается стержням в специальных установках с нагреванием, механической опрессовкой и широким использованием гидравлики.

После формовки стержней их конфигурация проверяется на шаблонах, воспроизводящих паз и опорную конструкцию для

лобовых частей стержней.

155

Наложение корпусной изоляции в пазовой части стержней большинством фирм производится на намоточных станках. В ло­

бовой части стержня на фирме «Броун Бовери» корпусная изоля­ ция наносится вручную. Большой опыт использования намоточ­ ных станков для наложения корпусной изоляции по всей длине стержня имеет завод «Электросила».

При использовании сухих лент для пропитки изоляции при­ меняются специальные автоклавы горизонтального типа, в ко­

торых создается вакуум порядка IO-2 мм рт. ст.

Полимеризация изоляции производится или в специальных приспособлениях (прессформах), или же в печах (котлах). На фирме «Альстом» перед полимеризацией на стержни надеваются накладки в виде двух уголков. Затем наматывается технологи­ ческая лента, стержни в количестве 6 шт. укладываются и закреп­ ляются на приспособлении,' которое затем вводится в котел, где производится опрессовка компаундом и полимеризация. Котлы горизонтального типа имеют длину до 14 м, что дает возможность осуществлять полимеризацию стержней турбогенераторов мощ­ ностью до 2000 МВт.

Фирма «Крафтверкунион» стержни генераторов мощностью до 100 МВт вакуумирует и группами по 12 стержней подвергает запеканию в групповых приспособлениях.

При укладке обмотки большинство фирм применяет приспо­ собления для укладки стержней в пазы, а также кантователи для поворота статора.

104. - ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ

Крупнейшие фирмы на своих заводах создали стенды для ба­ лансировки роторов весом до 350 т, диаметром до 2.5 м и длиной

до 20 м.

Фирма «Парсонс» [53] создала разгонно-балансировочное со­ оружение (РБС) глубиной 6.4 м и длиной 33.5 м, в котором могут

балансироваться роторы весом до 400 т. РБС обеспечивает испы­ тания на разгон до 4500 об./мин. Для приведения во вращение ро­ торов служит система генератор-двигатель (ГД), в качестве при­

водных используются два двигателя постоянного тока 5600 кВт, 0— 450 об./мин., обеспечивающие поддержание скорости с точностью

+ 1 об./мин. и подсоединяемые к валу ротора через мультипли­

каторы. Для обеспечения надежности работы системы предусмот­ рены независимые схемы маслоснабжения для машин ГД, глав­

ных двигателей и мультипликаторов, а также подшипников ротора.

Во время испытаний на разгон РБС закрывается бетонной пли­ той весом 2500 т, для перемещения которой используются гидрав­ лические домкраты. Как правило, балансировка проводится без тока в роторе. Фирма «Броун Бовери» при балансировке произ­

156

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

СТАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

11. - СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Опыт развития систем возбуждения синхронных машин как в СССР, так .и за рубежом убедительно показывает, что генераторы постоянного тока как возбудители утратили свое значение и при­ меняются все реже и реже. В первую очередь это относится к тур­ богенераторам. В данном случае мощность возбудителей на общем

валу с турбогенератором ограничена условиями коммутации и ме­ ханической прочности коллектора. Применение же редукторов

для уменьшения скорости вращения приводит к существенному усложнению возбудительной системы. Кроме того, механический

преобразователь — коллектор со щеточным аппаратом — требует

систематического обслуживания. Все это привело к стремлению заменить механический преобразователь переменного тока в по­

стоянный на статический вентильный преобразователь. Сначала стали применяться селеновые и ртутные выпрямители, а затем диодные и тиристорные кремниевые преобразователи.

В настоящее время в статических системах возбуждения тур­ богенераторов используются практически только тиристорные и диодные выпрямители. Тиристорные системы возбуждения обла­

дают наибольшим быстродействием и позволяют иметь в режимах качаний роторов наибольшее (потолочное) и отрицательное напря­ жение на кольцах роторов. Это в высшей степени способствует повышению устойчивости генераторов и демпфированию качаний роторов. Кроме того, ускоряется процесс гашения поля машин.

Поэтому при рассмотрении перспектив развития статических си­ стем возбуждения можно ограничиться только тиристорными возбудительными системами.

В разработке и внедрении тиристорных систем возбуждения достигнуты крупные успехи, особенно в СССР. Поэтому ниже рас­ сматриваются сначала системы возбуждения, применяемые

в СССР, а затем в тех зарубежных странах, где их разработка достигла наиболее высокого уровня (Швейцария, США, Италия).

В заключение формулируются основные проблемы по дальней­ шему развитию тиристорных возбудительных систем.

158

112. - ТИРИСТОРНЫЕ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СССР

Тиристорные возбудители турбогенераторов мощностью от 200

до 500 МВт выполняются по схеме независимого возбуждения, а также по схемам самовозбуждения с последовательными вольто­

тора обычно осуществляется по системе самовозбуждения с ис­ пользованием второго тиристорного выпрямителя меньшей мощ­

ности. Турбогенератор и вспомогательный генератор имеют ин­ дивидуальные быстродействующие APB, устройства контроля, защиты и сигнализации. Такое удвоение аппаратуры и составляет

основной недостаток независимой тиристорной возбудительной

системы. Однако наличие источника питания, независимого от

режимов работы сети, к которой подключен турбогенератор, де­

лает рассматриваемую систему наиболее совершенной в отношении

режимов работы турбогенератора.

159