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

Среднее значение эдс

-ɛep

42-. СТЕРЖНИ ОБМОТКИ СТАТОРА

Стержни статорной обмотки выполняются с двумя или четырьмя столбиками элементарных проводников. Конструкция стержней в известной мере зависит от принятой системы охлаждения об­ мотки статора. В мощных генераторах все фирмы начинают ис­ пользовать водяное охлаждение обмотки статора. C этой системой охлаждения американская фирма «Вестингауз», которая ранее

использовала водородное охлаждение в обмотке статора, изгото­ вила четырехполюсный турбогенератор мощностью 1300 MBA и

двухполюсный турбогенератор 800 МВт для ТЭС «Митчел».

Вода проходит по полым медным проводникам, которые, как правило, чередуются с медными проводниками сплошного сече-

ния. Английская фирма «Дженерал Электрик» все проводники

стержня делает полыми, т. е. каждый проводник охлаждается водой. В стержнях обмотки турбогенераторов фирмы «Дженерал

Электрик» (США) на один полый проводник в стержне приходится

Рис. 4-3. Концевые соединения стержня статора (фирма «Дженерал Электрик», США).

два сплошных. Фирма «Броун Бовери» использует небольшое

количество (6—10) полых проводников на стержень, что облегчает и упрощает конструкцию головки стержня. В турбогенераторе 1200 МВт, 1800 об./мин. в целях повышения надежности вместо медных фирма использовала трубки из нержавеющей стали. При­ менение стальных охлаждающих трубок позволяет в целом сни­

82

зить потери в стержнях обмотки, дает возможность повысить

скорость движения воды и тем самым поднять интенсивность охлаждения обмотки.

Большинство фирм толщину стенки полого проводника при­ нимает равной 1.5 мм, фирма «Альстом» выбирает ее равной 1.1 мм.

На рис. 4-3 показаны концевые соединения стержней обмотки

статора турбогенераторов фирмы «Дженерал Электрик» (США). Наконечник выполняется из медной отливки и припаивается к эле­ ментарным проводникам стержня. Электрические соединения

между стержнями осуществляются с помощью гибких медных

Рис. 4-4. Концевые соединения стержня статора (фирма «Крафтверкунион»).

полос, впаиваемых в наконечники. Такое исполнение концевых соединений является характерным для многих фирм. Фирма

«Крафтверкунион» (рис. 4-4) токовые соединения между стержнями выполняет с помощью болтового соединения.

Фирма «Броун Бовери» токовые и гидравлические соединения выполняет раздельно. Наконечники стержней делаются из не­ ржавеющей стали, пайка их производится твердым припоем, нагрев осуществляется индукционным способом на промышленной ча­ стоте. Пайка токовых соединений производится серебряным при­ поем на 50—60 мм длины стержня. При этом стержни в своей пря­ мой части спаиваются и к ней припаивается головка. В турбо­ генераторах, у которых охлаждающие трубки выполняются из

нержавеющей стали, соединение с наконечником производится

с помощью микроплазменной сварки (рис. 4-5).

6* 83

Для снижения добавочных потерь от циркуляционных токов стержни мощных турбогенераторов изготовляются с полной транс­ позицией как в пазовой, так и в лобовых частях. Фирма «Броун Бовери» применяет транспозицию в 720, 360° в пазовой части и

2×180o — в лобовой. Полые и сплошные проводники транспони­ руются одинаково. Такую же схему транспозиции использует

также и фирма «Дженерал Электрик» (США). Другие фирмы, например «Альстом», транспозицию элементарных 'проводников выполняют только в пазовой части обмотки на 540°. Применение

транспозиции на лобовой части требует повышения уровня техно-

Рис. 4-5. Наконечник стержня статорной обмотки

(фирма «Броун Бовери»),

логии изготовления во избежание внутренних замыканий между

проводниками стержня. Поэтому внедрение в производство стерж­ ней с полной транспозицией должно быть обеспечено надежным пооперационным контролем.

В установившейся мировой практике пооперационный кон­ троль изготовления стержней начинается с контроля трубчатых

проводников на проходимость, отсутствие течи и механических дефектов. Контроль полых проводников фирма «Броун Бовери» производит сжатым воздухом при давлении 15 ата, при этом в те­ чение 15 мин. не должно наблюдаться сколь-нибудь заметное падение давления. Кроме того, измеряется расход воды через полый проводник в единицу времени. Отсутствие витковых замыканий элементарных проводников контролируется путем поочередного приложения напряжения переменного тока ПО В, при этом кон­ троль отсутствия витковых к. з. осуществляется с помощью авто­

84

рами всех фирм производятся поиски новых решений, обеспечи­ вающих надежное крепление обмотки как в пазах, так и в лобо­ вых частях.

Опыт эксплуатации генераторов мощностью 300—500 МВт

показал, что традиционное крепление стержней статорной об­

мотки в пазах становится мало приемлемым. Это связано, во-пер­

вых, с переходом на высоковольтную изоляцию на термореактив­ ных связующих и, во-вторых, с резким ростом погонных пульси­ рующих нагрузок, прижимающих с частотой 100 (120) Гц стержни ко дну паза. Величина этих нагрузок в современных турбогенера­ торах уже достигла 10 кГ/пог.см в нормальных режимах и до

500 кГ/пог.см в режимах внезапных коротких замыканий. Поскольку изоляция на термореактивных связующих не об­

ладает способностью при нагреве плотно заполнять паз, как это имело место при компаундированной микалентной изоляции, и тем самым за счет сил трения устойчиво сохранять положение стержня в пазу, то надежная фиксация стержней целиком возла­

гается на принятую систему крепления.

G другой стороны, опыт эксплуатации мощных турбогенерато­ ров с новыми видами изоляции на термореактивных связующих показал, что при некачественном заклинивании электродинамиче­

ские силы вызывают перемещения стержней в пазу и это приводит к быстрому износу изоляции.

Впервые с этой проблемой столкнулись американские, француз­

ские и швейцарские фирмы, поскольку они первыми начали вне­ дрять новые виды высоковольтной изоляции.

Крепление обмотки статора в пазу фирмой «Броун Бовери» производится плоскими пазовыми клиньями. Уплотнение обмотки в пазу выполняется с помощью полупроводящей бумаги, оборачи­ ваемой вокруг стержней в нескольких местах по длине, а также с помощью полосок полупроводящего стеклокартона, помещаемого между стержнем и стенкой паза. Надежное крепление обмотки обеспечивается за счет высоких усилий нажатия с помощью клина

до 40—50 кГ/см2.

Фирмой «Крафтверкунион» для турбогенераторов с газовым охлаждением крепление обмотки в пазу осуществляется пло­ скими пазовыми клиньями. Уплотнение обмотки в пазу произво­ дится с помощью коробочки из полупроводящего стеклокартона и плоских полупроводящих прокладок, при этом коробочки ста­ вятся в нескольких местах по длине стержня, а прокладки — по мере необходимости. Для турбогенераторов с водяным охлажде­

нием под клин помещается гофрированная пружинящая про­

кладка, которая при заклинивании доводится до плоского состоя­ ния. Над гофрированной прокладкой устанавливается еще пло­

ская прокладка. На дно паза кладется полоска из формующегося материала. Между стержнем и стенкой паза, как и для генераторов с газовым охлаждением, помещаются плоские полупроводящие

85

прокладки толщиной 0.5 мм. Такую конструкцию крепления имеет, в частности, опытный турбогенератор с водяным охлаждением обмоток статора и ротора мощностью 300 Мвт, 3000 об./мин. на

станции г. Киль (ФРГ).

Д-Д

Рис. 4-6. Крепление стержней обмотки статора в пазу (фирма «Дженерал Электрик», США).

1,2 — встречные клинья; 3 — сердечник; 4 — формую­ щийся материал; 5 — изоляция майкопел; 6 — медные проводники; 7 — асбестовая лента; 8 — волнистая стек­ лотекстолитовая прокладка.

Фирма «Альстом» в своих турбогенераторах большой мощности

на дно паза и между стержнями также помещает специальный

формующийся материал. Прокладки из материала нарезаются

по ширине узкой части стержня.

86

Конструкция крепления обмотки статора в пазовой части, применяемая в турбогенераторах большой мощности фирмой

«Дженерал Электрик», показана на рис. 4-6. Для обеспечения радиального закрепления стержня в пазу используется составной по высоте клин со встречной заклиновкой. Для закрепления стержня в тангенциальном направлении между стенкой паза и стержнем устанавливается волнистая стеклотекстолитовая про­ кладка, для чего стержни в паз укладываются с зазором в 1 мм. Для обеспечения плотного прилегания стержня ко дну паза и относительно друг друга используется формующийся термореак­ тивный материал. Стержни с прокладками из формующегося мате­ риала обматываются полупроводящей лентой, состоящей из ас­

бестовых нитей и нитей полупроводящей резины. При этом на нижний стержень (у дна паза) прокладки из формующегося мате­ риала накладываются с двух сторон стержня, а на верхний стер­ жень только с одной стороны, причем в сторону дна паза.

Для проверки надежности конструкции крепления были вы­ полнены исследования на специальной модели. Между стержнями создавались усилия, в 3 раза превышавшие максимальные усилия, имевшие место в серийных машинах наибольшей мощности. Ис­ следования показали, что при использовании конструкции креп­

ления, показанной на рис. 4-6, максимальный размах вибросме­ щений стержня составил 17 мкм. Стержень, хорошо закрепленный

впазу, стремится вести себя как упругое основание с модулем упругости, определяемым поперечным сечением стержня. При не­ достаточном закреплении (во время опытов это достигалось с по­ мощью прокладки толщиной 0.4 мм у выхода из паза) стержень ведет себя как упругая балка, частота собственных колебаний которой может составить 120 Гц при некоторой критической длине,

вто время как в первом случае частота собственных колебаний значительно выше 120 Гц.

4-. КРЕПЛЕНИЕ ОБМОТКИ В ЛОБОВОЙ ЧАСТИ

Лобовая часть обмотки статора, особенно на выходе из паза, является более уязвимой в отношении возможности механиче­ ского повреждения, чем пазовая часть, так как выполнить надеж­ ное крепление лобовой части обмотки значительно труднее.

Анализ существующих типов креплений лобовых частей ста­ торных обмоток показывает, что все виды креплений можно разде­ лить на три большие группы — крепления шнурового, бесшнуро­ вого и смешанного типов.

Американская фирма «Дженерал Электрик» в мощных турбо­ генераторах как двух-, так и четырехполюсного исполнения при­ меняет систему крепления лобовой части типа «тетралок» (рис. 4-7).

Впервые такая система была использована в 1965 г. В дальней­ шем в систему был введен ряд усовершенствований.

87

Внешние аксиальные кронштейны прикрепляются к танген­

выполняются на опорах, дающих возможность перемещаться

в аксиальном направлении всей системе крепления при тепловом расширении проводников статора.

Бандажные кольца статора выполняются из стеклопластика на полиэфирных связующих и прикрепляются к аксиальным крон-

Рис. 4-7. Крепление стержней обмотки статора в лобовой части

(фирма «Дженерал Электрик», США).

штейнам с помощью пропитанных стекловолокон. Все радиальные и тангенциальные прокладки для крепления лобовых частей и’

соединительных шин выполняются с применением формующихся материалов («корформинг»), которые обеспечивают очень плот­ ное прилегание стержней обмотки к элементам крепления. Стержни обмотки глубоко вдавливаются в радиальные прокладки из фор­ мующегося материала, чем достигается дополнительное ограниче­

ние возможного перемещения лобовых частей обмотки в танген­

циальном направлении. Стержни обмотки между собой, а также нижние стержни и бандажные кольца перевязываются с помощью пропитанного стекловолокна. Головки стержней ближайшего к расточке слоя обмотки прикрепляются с помощью вязок к бан­

дажному дополнительному кольцу, также выполненному из

88

стеклопластика на полиэфирных связующих. Это бандажное кольцо прикрепляется к кронштейнам с помощью пропитанной

тесьмы из стекловолокна, причем натяжение тесьмы может регу­

лироваться. Бандажное кольцо у головок стержней ограничивает их возможные перемещения в радиальном направлении. В допол­ нение к тангенциальным распоркам из формующегося материала смежные стержни обматываются пропитанной лентой из стекло­

волокна.

Рис. 4-8. Общий вид лобовой части обмотки (фирма «Дженерал

Электрик», США).

Лобовые части обмотки и соединительные шины армируются пропитанной стеклолентой, которая обеспечивает более высокий уровень механической прочности в промежутках между изоля­ цией и вязками или прокладками. После закрепления лобовые части обмотки пропитываются эпоксидным компаундом и запе­ каются в специальных печах с помощью воздуха, нагретого до 120o С. В результате получается жесткая монолитная конструк­ ция креплений всей лобовой части обмотки (рис. 4-8).

Учитывая, что проведение испытаний крепления обмотки ста­ тора на натурных машинах является затруднительным и опасным в связи с возможным появлением скрытых повреждений, исследо­

89