Турбогенератор

Турбогенера́тор

Генератор электрической энергии, приводимый во вращение паровой или газовой турбиной. Обычно Т. — это Синхронный генератор, непосредственно соединённый с турбиной тепловой электростанции (См. Тепловая электростанция) (ТЭС). Так как турбины, используемые на ТЭС, работающих на органическом топливе, имеют наилучшие технико-экономические показатели при больших частотах вращения, то Т., находящиеся на одном валу с турбинами, должны быть быстроходными. Частота вращения n Т. определяется из условия f = р (n) где f — частота переменного тока, р — число пар полюсов Т. В СССР промышленная частота тока f = 50 гц, поэтому наивысшая частота вращения Т. составляет 50 сек^{- –1} (при р = 1).

Т. — электромашина горизонтального исполнения (рис.). Обмотка возбуждения Т. расположена на Роторе с неявно выраженными полюсами, трёхфазная рабочая обмотка — на Статоре. Ротор, испытывающий наиболее сильные механические напряжения, выполняют из целых поковок высококачественных сталей. По условиям прочности линейная скорость точек ротора v не должна превышать 170—190 м/сек, что ограничивает его диаметр при n = 50 сек ^–1 величиной D = v/πn = 1,2—1,3 м. Относительно малый диаметр ротора обусловливает его сравнительно большую длину, которая, однако, ограничена допустимым прогибом вала и не превышает 7,5—8,5 м. На поверхности ротора профрезерованы продольные пазы, в которые укладывают витки обмотки возбуждения. Обмотку крепят клиньями, закрывающими пазы, и массивными бандажами из немагнитной стали, охватывающими лобовые (торцевые) части обмотки. Питается обмотка от возбудителя электрических машин (См. Возбудитель электрических машин).

Статор Т. состоит из корпуса и сердечника с пазами для обмотки. Сердечник изготовляют из нескольких пакетов, набираемых из листов электротехнической стали толщиной 0,35—0,5 мм, покрытых слоем лака. Между отдельными пакетами оставляют вентиляционные каналы шириной 5—10 мм. В пазах обмотку крепят клиньями, а её лобовые части укрепляют на специальных кольцах, расположенных в торцевой части статора. Сердечник помещают в стальной сварной корпус, закрываемый с торцов щитами.

Т. атомных электростанций обладают некоторыми особенностями, связанными с тем, что пар, вырабатываемый в ядерном реакторе, имеет относительно низкие параметры, обусловливающие экономическую целесообразность применения турбин с частотой вращения 25 сек ^–1. Такая частота требует наличия двух пар полюсов на роторе Т. и позволяет выполнять сам ротор с большим диаметром (до 1,8 м). При этом размер поковки ротора ограничивается технологическими возможностями её изготовления (максимальная масса поковки достигает 140—180 т).

Т. мощностью до 30 Мвт имеют замкнутую систему воздушного охлаждения; при мощности свыше 30 Мвт воздушную среду заменяют водородной (с избыточным давлением около 5 кн/м²). Использование водорода в качестве теплоносителя позволяет увеличить съём тепла с охлаждаемых поверхностей (так как теплоёмкость водорода в несколько раз превышает теплоёмкость воздуха) и соответственно повысить мощность Т. при заданных размерах. Циркуляция теплоносителя обеспечивается вентиляторами, расположенными на одном валу с Т. Тепло снимается с поверхностей изолированных проводников и стальных сердечников. Нагревшийся теплоноситель поступает в специальный охладитель (при водородном охлаждении он встраивается в Т. и вся система охлаждения тщательно герметизируется). Для интенсификации охлаждения при мощности Т. свыше 150 Мвт давление водорода в системе повышают до 300—500 кн/м², а при мощности свыше 300 Мвт используют внутреннее охлаждение проводников обмотки водородом или дистиллированной водой. При водородном охлаждении проводники обмотки делают с боковыми вырезами-каналами, а при водяном охлаждении применяют полые проводники. В крупных Т. охлаждение обычно комбинированное: например, обмотки статора и ротора охлаждаются водой, а сердечник статора — водородом.

Повышение мощности Т. приводит к снижению удельного расхода материалов и в конечном счёте к снижению затрат на его изготовление (в расчёте на квт мощности). Так, у Т. мощностью 30 Мвт расход материала на каждый квт мощности составляет 2,75 кг, а у Т. мощностью 200, 500, 800 и 1200 Мвм — соответственно 1,53, 0,69, 0,58 и 0,457 кг. Таблица иллюстрирует рост мощности Т., выпускаемых в СССР

Рост максимальной мощности турбогенераторов, производимых в СССР.

Кпд Т. 98—99%, напряжение на зажимах — до нескольких десятков кв.

Лит.: Вольдек А. И., Электрические машины, Л., 1974.

М. Д. Находкин.

Турбогенератор мощностью 1200 Мвт (напряжение 24 кв, частота вращения ротора 50 сек ^—1, кпд 99%).