6.6. Електрогенератори

Для перетворення механічної енергії в електричну парові турбіни як і будь-які первинні двигуни (двигуни внутрішнього зго­ряння, гідравлічні, газові турбіни, вітрові двигуни, тощо) призна­чені для вироблення зазвичай електричного струму змінної частоти коливань. В якості генераторів використовують синхронні машини змінного струму, в яких кутова швидкість ротора при сталій час­тоті струму в приєднанній мережі зберігається сталою і не залежить від навантаження на валу машини. В промислових установках найбільше розповсюдження мають трифазні синхронні машини.

Трифазна синхронна машина складається з нерухомого ста­тора та обертального ротора, що знаходиться всередині статора, між якими існує повітряний зазір, радіальний розмір якого зале­жить від номінальної потужності машини і змінюється від частки до декількох десятків міліметрів (рис. 6.5).

Ротор уявляє собою електромагнітну систему сталого струму з обмоткою, яка має таку ж кількість полюсів що і трифазна об­мотка статора. Магнітні силові лінії обох полюсів ротора зами­каються через повітряний зазір машини і магнітопровід статора. Перетин магнітних силових ліній с певною частотою призводить до появи електричного струму.

311

Рис. 6.5. Будова трифазної синхронної машини з ротором:

а — неявнополюсними; б — явнополюсними;

1 — станина; 2 — магнітопровід статора; 3 — провідники

обмотки статора; 4 — повітряний зазір; 5 — полюс ротора;

6 — полюсний наконечник; 7 — провідники обмотки ротора;

8 — котушкова обмотка збудження; 9 — короткозамкнута

обмотка; 11 — струмознімальні щітки; 12 — вал.

Обмотка ротора, або обмотка збудження, одержує живлення від випрямлювана або невеликого генератора сталого струму збуджувача, потужність якого складає (0,5... 10)% номінальної по­тужності синхронної машини.

Швидкісні генератори за звичай безпосередньо з'єднанні з па­ровими турбінами на одному валу, що розраховані на 3000 або 1500 об/хв. при частоті струму 50 Гц.

Гідравлічні турбіни або двигуни внутрішнього згоряння та інші розраховують на частоту обертів 1500, 1000, 750 і менше обертів на хвилину при сталій частоті 50 Гц. Швидкість обертан­ня первинного двигуна розраховують за формулою

n = 60ƒ

p

де ƒ— частота змінного струму,

р — число пар полюсів.

Синхронні машини номінальною потужністю до 5 кВт іноді виготовляють в оберненому варіанті виконанні — з обмоткою збудження на статорі і трифазною обмоткою на роторі. Будову двох типів трифазної синхронної машини показано на рис. 6.5.

312

6.7. Атомні електростанції

Принципова технологічна схема вироблення електроенергії на атомних електростанціях не відрізняється від схем звичайних електростанцій за виключенням способу одержання теплоти для перетворення води в пару високого тиску. Джерелом теплоти на атомних електростанціях є атомні реактори, в яких відбувається самоутворюємий але регульований процес поділу атомних ядер з перетворенням звільненої ядерної енерїї в теплоту.

Ядерний реактор за смислом замінює топку котла. За ядерне паливо використовують збагачений уран 235 та плутоній — 239. Керування реакцією поділу ядер здійснюють стрижнями із кадмію або бористої сталі, які поглинають нейтрони і уповільню­ють число поділу урана — 235. Змінюючи глибину занурення стрижнів, можна впливати на роботу реактора в значних межах. Реактори за звичай двоконтурні. В першому радіактивному контурі циркулюють теплоносії (рідкий метал, вода, газ) і його розташовано в захисній зоні реактора. Другий контур не потре­бує спеціального біологічного захисту і його винесено за межі ре-акторної зони, де здійснюється перетворення теплоти пари в еле­ктроенергію.

Принципову схему атомної електростанції наведено на рис. 6.6. В результаті випромінювання уранових стрижнів в активній зоні реактора 1 утворюється теплова енергія з температурою до 600 °С, яка регулюється керуючими урановими стрижнями 2 с уповільнювачами, що знаходяться в корпусі реактора. В резуль­таті циркуляції (за звичай рідкий натрій) рідини за допомогою насоса 6 першим контуром відводиться теплота, яка перетворює воду в пару в пароутворювачеві 5.

Уповільнювачі призначенні для того, щоб ланцюгова реакція поділу ядер була перетворена у стаціонарну в результаті погли­нання більшої частки нейтронів, що забезпечує стабільність виз­волення енергії при поділенні ядерного палива.

В першому контурі є компенсатор ємності 4 для підтримки певного тиску в першому контурі. Реактор міститься в герметич­ному захисному корпусі 7. Другий контур відводить із пароутво-рювача 5 пару, що приводить в дію парову турбіну 8 і генератор змінного електричного струму 9. Після турбіни водяна пара кон­денсується в холодильнику 10, а рідина (вода) насосом 11 друго­го зовнішнього контуру через тешюобмінник 12 знову направ-

313

Рис. 6.б. Схема вироблення електроенергії на атомних електростанціях

лається до пароутворювача 5. Таким чином принципово атомні електростанції нічим не відрізняються від звичайних теплових за виключенням способу одержання теплоти.

Схему водоводяного реактора вітчизняного виробництва на­ведено на рис. 6.7. В результаті випромінювання уранових стрижнів в реакторі 12 утворюється теплова енергія с температу­рою до 600 °С, яка передається першим контуром (1, 2, З, 8, 9, 10, 11) до другого контура (3, 4, 5, б, 7), що передає пару високого ти­ску до турбіни 4 та електрогенератора 5.

На діючих атомних електростанціях, використовуються реак­тори трьох типів: графітові канальні РБМК-1000 і РБМК-1500, водо-водяні корпусні ВВЕР-440 і ВВЕР-1000 та реактори на швидких нейтронах БН-600.

Реактори ВВЕР-1000 розміщуються всередені герметичної залізобетонної оболонки діаметром 47,7 м та висотою 67,5 м. Ре­актор і парогенератор розділенні залізобетонною стінкою тов­щиною (1,0... 1,5) м. В реакторі розміщено 66 т збагаченного ура­ну. АЕС мають деякі переваги у порівнянні з електростанціями інших, типів: не мають складських, приміщень та обладнання для приготування палива, не викидають в атмосферу шкідливих окислів азоту та сірки, а також золи, тобто не забруднюють ат­мосферу і не використовують кисень.

314

Рис. б. 7. Принципова схема водоводяного реактора:

І__компенсатор високого тиску; 2 — циркуляційний насос;

З — парогенератор; 4, 5 — турбоелектрогенератор; (5__конденсатор; 7 — живильний насос; 8 — підживильний на­сос; 9 — живильна ємкість; 10— фільтр; 11 — холодильник,

12 —реактор.