Основные параметры турбогенератора

ВВЕДЕНИЕ

 

Турбогенераторами называют синхронные генераторы трехфазного тока, приводимые во вращение паровой или газовой турбиной. У нас в стране турбогенераторами вырабатывается 80% всей электрической энергии. Использование пара позволяет получать высокую частоту вращения турбины и генератора, что уменьшает их габаритные размеры и удешевляет изготовление. По частоте вращения различают двухполюсные турбогенераторы на 3000 об/мин и четырех полюсные – на 1500 об/мин при частоте напряжения сети 50 Гц. В данном курсовом проекте рассматривается двухполюсный турбогенератор. Двухполюсные турбогенераторы устанавливают на ТЭС, поскольку вырабатываемый на них пар обладает очень высокими энергетическими параметрами: давлением до 24Мпа и температурой до 550^оС, позволяющими получать высокий КПД турбины при частоте вращения 3000 об/мин.

 

Расчёт

Основные параметры турбогенератора

1. Полная номинальная мощность:

2. Предварительно определяем внутренний диаметр статора по рис. 7.2 (кривая 1, стр 262):

м.

3. Для заданного типа охлаждения и номинальной полной мощности по табл. 7.1(стр 258)

выбираем линейную нагрузку A и магнитную индукцию

при холостом ходе Вδ (ориентировочные значения):

 

4. Отношение короткого замыкания:

-коэффициент насыщения магнитной цепи от потока холостого хода (стр 263);

5. Немагнитный зазор между статором и ротором(предварительно):

6. Диаметр бочки ротора (предварительно):

м.

7. Выбираем диаметр бочки ротора из нормализованного ряда роторов (см. стр. 262), ближайший к полученному по п.6:

м.

8. Уточняем внутренний диаметр статора:

м.

9. Определяем предварительно длину магнитопровода (сердечника) статора:

.

-обмоточный коэффициент по основной гармонике магнитного поля;

- угловая скорость вращения.

Принимаем =0.92 (стр. 263).

= ;

м.

10. Определяем длину бочки ротора (предварительно):

 

м.

 

11. Проверяем отношения:

Отношение удовлетворяет условию (7.17 стр 264) .

 

Электромагнитный расчет

74. Расчётные площади сечений зубцов ротора на высоте

75. Ширина зубца статора в расчётном сечении:

76. Расчётная площадь сечения стали зубцов статора на полюсном делении эквивалентной явнополюсной машины:

77. Расчетная площадь сечения немагнитного зазора на полюсном делении

эквивалентной явнополюсной машины:

78. Площадь сечения стали ярма статора:

79. Площадь сечения ярма ротора:

После определения площадей сечений пяти участков магнитной цепи находят магнитные индукции, напряженности магнитного поля и магнитные напряжения участков при холостом ходе и номинальном напряжении E 10= U 1нфили Е 10*= Е 10/ U 1нф =1.

Результаты расчета удобно свести в табл. 3. После расчетов для номинального напряжения проводят аналогичные расчеты магнитной цепи для других напряжений характеристики холостого хода в соответствии с табл. 3.

80. Магнитный поток в немагнитном зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении:

В табл. 3 записывают числовое значение коэффициента C 1.

81. Магнитная индукция в немагнитном зазоре:

82. Магнитная индукция в расчётном сечении зубцов статора:

83. Расчетное значение магнитной индукции в ярме статора:

84. Напряженность магнитного поля в зубцах статора при B z1/3 ≤1.8 Тл для холоднока- таной стали с направлением потока поперек проката находят по табл. П.2.2 стр 427

.

85. Напряженность магнитного поля в ярме статора с направлением потока вдоль проката определяют по табл. П.2.3 для расчетных значений магнитных индукций в ярме, приведенных в табл. 3.

.

 

86. Магнитное напряжение немагнитного зазора находим по (9.28):

В соответствии с конструкцией самовентиляции ротора (косвенное охлаждение) принимаем шаг рифления м, ширину канавки рифления

 

Коэффициент, учитывающий ступенчатость крайних пакетов сердечника статора:

87. Магнитное напряжение зубцов статора:

88. Магнитное напряжение ярма статора:

89. Магнитное напряжение немагнитного зазора, зубцов и ярма статора:

90. Коэффициент магнитной проводимости для потока пазового рассеяния ротора при прямоугольном пазе [см. (9.38)]:

91. Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по коронкам зубцов ротора:

 

92. Магнитный поток пазового рассеяния и по коронкам зубцов ротора:

93. Потоком лобового рассеяния пренебрегаем, так как бандажные кольца будут выполнены из немагнитной стали. Полный магнитный поток рассеяния ротора:

94. Полный магнитный поток в роторе при холостом ходе:

95. Магнитные индукции в расчетных сечениях зубцов ротора:

Магнитная индукция в зубцах ротора в расчетном сечении на расстоянии 0.2_h п2от их основания не превосходит значений, рекомендованных по табл. 8.3 стр 273 (1.7-2.15).

96. Магнитная индукция в ярме ротора:

Магнитная индукция в ярме ротора В а2превышает значения, рекомендованные табл.8.3. стр 273 (1.4-1.6)

Полученное значение магнитной индукции записываем в табл. 2.

 

97. Напряженности магнитных полей для значений магнитных индукций в роторе в

соответствии с табл. 2 определяют по кривой намагничивания роторных поковок

турбогенераторов с приведенной в табл. П.2.4 стр 249 с учетом рассчитанных коэффициентов

, , .

98. Магнитное напряжение зубцов ротора:

99. Магнитное напряжение ярма ротора:

100. МДС обмотки возбуждения при холостом ходе и номинальном напряжении:

Табл. 2. Результаты расчёта характеристики холостого хода.

^E*10	о.е.	0,6		1,1	1,2	1,3	1,4
E10	В	2182.38	3637.3	4001.037	4364.77	4728.45	5092.23
Ф=3,05*10^(-4)*Е10	Вб	0.666	1.109	1.22	1.33	1.442	1.553
Вб=Ф/1,537	Тл	0.433	0.722	0.794	0.866	0.938	1.01
Вz1/3=Ф/0,647	Тл	1.029	1.715	1.886	2.058	2.229	2.401
В^ʹа1=1,128*Ф	Тл	0.751	1.252	1.377	1.5	1.628	1.753
Нz1/3	А/м
H^ʹa1	А/м
Fб=28209,47*Вб	А	12216.15	20360.3	22396.28	24432.3	26468.3	28504.36
Fz1=0,141*Нz1/3	А	38.837	1673.504	4335.58	7555.48	13839.95	20618.7
Fa1=0.719*H^ʹa1	А	86.328	185.6	222.293	280.56	419.41	794.2
Fбzc=Fб+Fz1+Fa1	А	12341.32	22219.37	26954.15	32268.36	40727.67	49917.28
ФG2=0.29*10^(-5)*Fбzc	Вб	0.036	0.064	0.078	0.094	0.118	0.145
Ф2=Ф+Ф G2	Вб	0.701	1.174	1.299	1.425	1.56	1.698
Bz(0.2)=Ф2/0,691	Тл	1.016	1.7	1.88	2.06	2.26	2.458
Bz(0.7)=Ф2/0,971	Тл	0.722	1.209	1.337	1.467	1.606	1.748
Ba2=Ф2/0,834	Тл	0.929	1.554	1.719	1.887	2.066	2.248
Нz(0.2)=	А/м
Нz(0.7)=	А/м
На2=	А/м
Fz2=0.137*(Нz(0.2)+ Нz(0.7))/2	А	110.08	752.175
Fa2=0.227* Нa2	А	203.32	1113.256	2340.226	5449.15	7732.5	20468.45
F2= Fбzc+Fz2+Fa2	А	12654.7	24084.8	31057.9	40768.8	55023.3	82035.38
F^*2=F2/25364.388	о.е.	0.525		1.29	1.693	2.285	3.406

 

 

101. МДС обмотки возбуждения в о.е., при других значениях напряжения, приведенных в табл. 3:

Табл. 3. Характеристика холостого хода

 

,о.е.	0.525		1.29	1.693	2.285	3.406
,о.е.	0.6		1.1	1.2	1.3	1.4

102. МДС обмотки статора на один полюс при номинальном токе якоря:

103. Коэффициент приведения по первой гармонике магнитного поля (9.57) МДС якоря к условиям обмотки возбуждения:

.

 

104. Приведенная МДС обмотки якоря при номинальной нагрузке к условиям обмотки

возбуждения:

,

105. По данным табл. 2 строим характеристику холостого хода в относительных единицах.

Определяем индуктивное сопротивление рассеяния Потье:

106. МДС обмотки возбуждения при номинальной нагрузке определяем:

107. ЭДС обмотки статора при = :

.

108. Изменение напряжения (%) при сбросе нагрузки от номинальной до нуля:

 

.

109. Регулировочную характеристику рекомендуется строить для точек нагрузки, соответствующих I1 / I 1н = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25.

Точка характеристики - известна из предыдущего расчета. Ей соответствует МДС Для остальных точек характеристики следует построить векторные диаграммы (на одном рисунке) и определить для них МДС

Результаты расчёта регулировочной характеристики в табл. 4., а характеристика показана на рисунке.

Табл. 4. Регулировочная характеристика.

 

 

Регулировочная характеристика турбогенератора 12 МВт

 

110. Охлаждение обмотки ротора - косвенное воздушное. За расчетную температуру обмотки ротора принимаем 130°С. Удельное сопротивление меди с присадкой серебра при температуре 15 °С:

При температуре 130 °С:

111. Для предварительного определения площади поперечного сечения эффективного проводника обмотки возбуждения по (9.68) требуется определить среднюю длину витка:

где среднюю длину лобовой части полувитка обмотки возбуждения определим по (9.71):

Здесь

112. Предварительную площадь поперечного сечения эффективного проводника обмотки возбуждения определяем по (9.68):

,

где

113. В п.71 был выбран прямоугольный провод по табл. П.1.4 с размером м.

По табл. П.1.4 выбираем элементарный проводник с размерами: , .

Площадь сечения эффективного проводника: ,

Что близко к площади сечения , определенной в п. 112

Высота эффективного проводника:

114. Число эффективных проводников по высоте паза ротора (предварительно):

Округляем в меньшую сторону, чтобы не увеличивать высоту паза ротора по сравнению с определенной предварительно. Принимаем =22.

Где =0.0004 мм (табл. 8.9).

115. Уточняем высоту паза ротора по (9.73) с учетом данных табл. 8.10:

Так как окончательная высота паза ротора не больше предварительной, а ширина паза осталась неизменной, то проверку допустимой ширины зубца ротора в его основании не делаем.

 

116. Уточняем размеры:

117. Число витков обмотки возбуждения на один полюс:

118. Номинальный ток возбуждения:

 

119. Ток возбуждения при холостом ходе:

120. Плотность тока в пазовой части обмотки ротора при номинальном возбуждении:

находится в пределах, указанных в (9.64).

121. Сопротивление обмотки возбуждения при 15, 75 и 130°С:

122. Номинальное напряжение обмотки возбуждения:

123. Номинальное напряжение возбудителя:

124. Номинальная мощность возбудителя:

Заключение

Турбогенераторы – весьма совершенные электрические машины, при проектировании и производстве которых постоянно находят применение последние достижения науки и техники.

Номинальная мощность, МВт
Номинальный коэффициент мощности	0.8
Номинальное линейное напряжение, кВ	6.3
Номинальная частота ЭДС, Гц
Частота вращения, об/мин
Отношение короткого замыкания	0.742
Линейная нагрузка, А/м^2	5.4 ×10^4
Плотность тока в стержне обмотки статора, А/м^2	2,912 ×10^6
Потери мощности при коротком замыкании, Вт
Потери мощности при холостом ходе, Вт	88726.475
Потери мощности на возбуждение, Вт	53996.7
Полные механические потери мощности, Вт
КПД при номинальной нагрузке, %	96.939

В данном курсовом проекте представлен расчет турбогенератора типа Т – 12 с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора и обмотки ротора. Основные параметры спроектированного турбогенератора сведены в таблицу.

 

Список литературы

1. Извеков В.И., Серихин Н.А., Абрамов А.И. Проектирование турбогенераторов. М: издательство МЭИ, 2005г.

2. Сергеев П.С. Проектирование электрических машин М: Энергия, 1969г

3. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины: Синхронные машины.М: Высшая школа, 1990г.

4. Вольдек А.И. Электрические машины. Л: Энергия, 1978г.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Турбогенераторами называют синхронные генераторы трехфазного тока, приводимые во вращение паровой или газовой турбиной. У нас в стране турбогенераторами вырабатывается 80% всей электрической энергии. Использование пара позволяет получать высокую частоту вращения турбины и генератора, что уменьшает их габаритные размеры и удешевляет изготовление. По частоте вращения различают двухполюсные турбогенераторы на 3000 об/мин и четырех полюсные – на 1500 об/мин при частоте напряжения сети 50 Гц. В данном курсовом проекте рассматривается двухполюсный турбогенератор. Двухполюсные турбогенераторы устанавливают на ТЭС, поскольку вырабатываемый на них пар обладает очень высокими энергетическими параметрами: давлением до 24Мпа и температурой до 550^оС, позволяющими получать высокий КПД турбины при частоте вращения 3000 об/мин.

 

Расчёт

Основные параметры турбогенератора

1. Полная номинальная мощность:

2. Предварительно определяем внутренний диаметр статора по рис. 7.2 (кривая 1, стр 262):

м.

3. Для заданного типа охлаждения и номинальной полной мощности по табл. 7.1(стр 258)

выбираем линейную нагрузку A и магнитную индукцию

при холостом ходе Вδ (ориентировочные значения):

 

4. Отношение короткого замыкания:

-коэффициент насыщения магнитной цепи от потока холостого хода (стр 263);

5. Немагнитный зазор между статором и ротором(предварительно):

6. Диаметр бочки ротора (предварительно):

м.

7. Выбираем диаметр бочки ротора из нормализованного ряда роторов (см. стр. 262), ближайший к полученному по п.6:

м.

8. Уточняем внутренний диаметр статора:

м.

9. Определяем предварительно длину магнитопровода (сердечника) статора:

.

-обмоточный коэффициент по основной гармонике магнитного поля;

- угловая скорость вращения.

Принимаем =0.92 (стр. 263).

= ;

м.

10. Определяем длину бочки ротора (предварительно):

 

м.

 

11. Проверяем отношения:

Отношение удовлетворяет условию (7.17 стр 264) .