ОБОРУДОВАНИЕ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Масляные насосы для систем охлаждения силовых трансформаторов

Щербаков А. В., генеральный директор ЗАО “Агрегат-Привод”, Бизня В. М., главный конструктор

Герметичные масляные насосы используются для обеспечения циркуляции масла в системах охлаждения трансформаторов, устанавливаются на корпусах трансформаторов и само их назначение свидетельствует об исключительно высоких требованиях к надежности и долговечности. Ранее насосы изготавливались на предприятиях республик

СССР; после отделения республик качество поставляемых насосов перестало удовлетворять требованиям энергосистем, возникла потребность энергосистем в замене отработавших ресурс насосов, а у трансформаторных заводов – в комплектации вновь выпускаемых трансформаторов, в том числе поставляемых на экспорт.

В условиях конверсии военного производства было принято решение об освоении масляных насосов на мощностях завода “Агрегат” (г. Москва).

Основные параметры размерного ряда насосов (напор, подача, присоединительные размеры) регламентируются требованиями ГОСТ 17221-91.

Проточная часть насоса (см. рисунок) состоит из литого алюминиевого рабочего колеса и улитки

8						7					6	5	4					3				2								1

9

10

9 ' 8E9 // G%

1 – рабочее колесо; 2 – улитка; 3 – шпонка; 4 – ùèò; 5 – корпус статора; 6 – ротор; 7 – статор; 8 – ùèò; 9 – подшипник; 10 – коробка выводов

(в некоторых насосах применен лопаточный направляющий аппарат).

Рабочее колесо насоса насаживается на вал вместе с короткозамкнутым ротором. Двигатель – асинхронный, мокростаторный, охлаждается потоком перекачиваемого масла. Корпус электродвигателя является одновременно корпусом насоса, изготавливается из чугунного литья. Подшипники – шариковые, смазываются прокачиваемым маслом. Корпус насоса и улитка герметичные, рассчитываются на внутреннее давление до 5 кгс/см2.

К моменту начала освоения новой продукции – герметичных насосов – на предприятии отсутствовали экспериментальная база и методология гидродинамических расчетов. Поэтому работы были начаты с проектирования и изготовления стендов параметрических испытаний, позволяющих объективно сравнить параметры прототипов, испытать варианты конструкций проточных частей и выбрать оптимальные режимы.

Стенд параметрических испытаний позволяет точно снять характеристику насоса во всем диапазоне подач и напоров.

Испытания ведутся при рабочей температуре масла + 80°С.

Тепловой расчет стенда выполнен таким образом, чтобы разогрев масла до установившейся рабочей температуры осуществлялся за счет энергии, передаваемой насосом в поток, т.е. без использования пожароопасных электроподогревателей. Установившаяся температура регулируется раздвижными металлическими шторами, изменяющими теплоотдачу с поверхностей измерительной петли.

Стенд снабжен электронным пультом, позволяющим в автоматическом режиме вести ресурсные испытания и испытания в режиме повторяющихся пусков.

Режим пуска и разгона – наиболее напряженный для двигателя и механических узлов насоса. При испытаниях на безотказность на стенде осуществляется количество пусков, эквивалентное полному сроку службы насоса на объекте. Изготовлено два стенда, что обеспечивает 100%-ный контроль параметров выпускаемых насосов.

Асинхронный двигатель испытывается в полном соответствии с ГОСТ 7217-87, в том числе в

66	2003, ¹ 12

100% контролируются параметры холостого хода, короткого замыкания и номинального режима.

Для контроля герметичности корпусов и соединений (исключение “отпотевания” или протечки масла) спроектирован и изготовлен многоместный стенд испытаний под давлением до 5 кгс см2 и температуре + 80°С. Испытание каждого насоса проводится в течение 24 ч, что гарантирует выявление всех возможных производственных дефектов, в том числе пористости чугунного литья.

Номенклатура насосов в ГОСТ 17221-91 представлена достаточно широкой гаммой подач и напоров. Для обеспечения процесса проектирования насосов с оптимальными энергетическими показателями предприятию необходимо располагать достаточно точными методами поверочного расчета. Вместе с тем, первые же испытания на стенде показали серьезные расхождения расчетных и опытных данных, а также недостаточную экономич- ность принятых проточных схем. Для решения данной проблемы были спроектированы и изготовлены рабочие колеса с различными профилями и углами установки лопаток на выходе (2). В дальнейшем также отрабатывалась геометрия направляющего аппарата.

При исследованиях изучались следующие параметры:

статический напор колеса

Í ñò		U 22 22 U 12	10 3 ,
	2

ãäå Íñò – напор, м; – коэффициент закрутки потока колесом;

динамический напор колеса

H ä		U 22 22	10 3 ,
	2

ãäå Íä – напор, м; полный напор колеса

Íï = Íñò + Íä;

мощность, потребляемая колесом,

PH ï Qê , 102 3,6

ãäå P – мощность, кВт; Qê – полный расход масла через колесо, м3 ÷;

Qê = Q + Qö ,

ãäå Q – подача насоса, м3 ÷; Qö – присоединенный расход циркуляции, м3 ÷.

С увеличением подачи Qö уменьшается от Qö0 (холостой ход насоса – максимальный напор масла с минимальным расходом масла) до Qö = 0 (точка Qêð), после чего подача насоса становится равной расходу через колесо;

максимальная подача насоса Qêç (расход короткого замыкания – максимальный расход масла при нулевом напоре) наступает при Í = 0. В подобных гидравлических схемах

Qêç = ÊQêç bê U2 êç ,

ãäå bê – ширина проточной части рабочего колеса на выходе (b2), ìì;

гидравлическое сопротивление проточной части насоса ZQ, определяемое из режима короткого замыкания (характеризуется максимальным расходом масла при нулевом напоре)

ZQ H ïêç Qêç2 ;

соответственно падение напора на внутреннем сопротивлении насоса

HQ = ZQQ2;

гидравлическое сопротивление циркуляции

Zö H ö0 Qö20 ,

ãäå Í ö0 Í ï0 [20 ( 0 êð )2 ] – потеря напора при уменьшении закрутки потока от воздейст-

1, ( ' ' 8E9 N& /

	Ð2, êÂò	l1, ìì	Nï	d, ìì	 , Òë	I0, A	I1, A	#, îòí. åä.	cos ,	S, %	Êç,
									îòí. åä.		îòí. åä.
	2,168	90	46	0,85	0,7109	2,54	4,84	0,809	0,839	6,502	0,706
	2,168	90	44	0,85	0,7432	2,86	4,97	0,810	0,815	5,877	0,675
	2,168	90	42	0,90	0,7786	3,29	5,17	0,816	0,778	5,245	0,716
	2,168	95	42	0,90	0,7376	2,96	5,0	0,819	0,801	5,470	0,682
	2,168	95	40	0,90	0,7745	3,42	5,24	0,817	0,768	4,917	0,716
	2,168	100	40	0,90	0,7358	3,10	5,07	0,820	0,790	5,119	0,682
	2,168	110	42	0,90	0,6370	2,36	4,73	0,822	0,846	6,189	0,716
	2,168	110	38	0,95	0,7041	3,03	5,02	0,829	0,790	4,902	0,715

Ï ð è ì å ÷ à í è å . P2 – мощность на валу; Nï – число проводников в пазу; d – диаметр обмоточного провода; B – индукция в зазоре; I0 – ток холостого хода; I1 – ток электродвигателя; # – коэффициент полезного действия; cos – коэффициент мощности; S – относительное скольжение; Kç – коэффициент заполнения паза статора.

2003, ¹ 12

67

вия расхода циркуляции; êð – снижение закрутки потока при Qö = 0 (Qêð) относительно холостого хода;

напор насоса

Í= Íï – ÍQ – Íö.

Âрезультате проведенных на стенде измерений различных конструкций проточных частей получены опытные значения коэффициента закрутки

, коэффициента расхода короткого замыкания ÊQêç, относительных циркуляционного и критиче- ского расходов

Qö0 = Qö0 Qêç è Qêð = Qêð Qêç.

Использование этих зависимостей позволяет с удовлетворительной точностью проектировать рабочие колеса, производить поверочные расчеты и сопоставление вариантов до изготовления опытного образца (таблица).

Электродвигатели масляного насоса – встроенные, правильно их можно назвать активными частями. С целью максимального повышения cos электромагнитный расчет встроенного двигателя делается на реально потребляемую насосом мощность; масляное охлаждение исключает необходимость каких-либо запасов по мощности, в том числе на случай понижения напряжения, так как при этом увеличение скольжения стабилизирует потребляемую мощность. Маркируются электронасосы по потребляемой мощности.

При проектировании проводится оптимизация по критериям КПД и стоимости материалов на изготовление двигателя.

Разработанные мероприятия по оптимизации проектирования и 100%-ному контролю парамет-

ров позволили организовать производство надежных масляных насосов со сроком службы 100 000 ч. К настоящему моменту выпущено и эксплуатируется более 2000 насосов АНМТ100 8, по мере поступления заказов готовится производство номиналов 63 10; 63 20; 100 15; 100 20; 16 10.

Выводы

1. Применена корпусная изоляция обмотки статора класса нагревостойкости Н (полиамидная пленка и имидофлекс).

2. Рабочее колесо армировано стальной втулкой, что исключает ослабление шпоночного соединения.

3. Увеличен диаметр подшипников, что значи- тельно снизило удельную нагрузку и улучшило показатели надежности и долговечности подшипников.

4.Увеличен расход масла через подшипники.

5.В проточной части применены два уплотни-

тельных пластиковых кольца (вместо одного у прототипов), изготавливаемых по современной технологии.

6. При проектировании двигателя в основу положена конструкция с повышенным скольжением, что обеспечивает запуск и эффективную работу в условиях низких температур и нештатных перегрузок.

В результате проведенных мероприятий срок службы выпускаемых насосов АНМТ100 8 (пода- ча 100 м3 ч, напор 8 м) увеличен до 100 000 ч.

Ремонт статорных обмоток турбогенераторов мощностью до 100 МВт

Левин А. М., èíæ.

ОАО “Энергомашкорпорация” РСЦ Волгоэнергоремонт

В энергосистемах России эксплуатируется большое количество турбогенераторов, на которых срок эксплуатации статорных обмоток превысил 25 – 30 лет и по результатам профилактических испытаний или визуального осмотра возникает необходимость их замены. В этом случае можно зна- чительно снизить затраты, если вместо приобретения нового комплекта стержней восстановить изоляцию существующих.

При восстановлении стержней меняется корпусная изоляция без замены изоляции элементар-

ных проводников. Часто высказываются опасения о состоянии изоляции элементарных проводников на турбогенераторах, имеющих стержни статорной обмотки с компаундированной изоляцией, изза ионизационного старения связующего, вызванного появлением зазора между плетеным стержнем и первым слоем корпусной изоляции. Однако для обмоток турбогенераторов на напряжение до 10,5 кВ включительно эти процессы происходят достаточно медленно [1] и, кроме того, очень лег-

68	2003, ¹ 12

Электронасос АНМТ 100/8 – УХЛ (Т) 1 (подача 100 м3/час, напор 8 м)

Предназначен для перекачивания трансформаторного масла в системах охлаждения мощных силовых трансформаторов.

По присоединительным размерам и техническим параметрам может применяться взамен электронасосов Т 100/5, 5 Т 100/8, ЭЦТ 100/8, МТ 100/8.

Фирма «Агрегат-Привод» Адрес: 107023 г.Москва, Б.Семеновская, 40 Тел.: [phone] Факс: [phone]

E-mail: [e-mail]; [e-mail] Web-Site: www.mosprivod.ru

ко оценить состояние изоляции визуально и проверкой элементарных проводников на замыкание.

Для восстановления стержней необходимо восстановить прямолинейность пазовых и форму изгиба лобовых частей, иначе их укладка с термореактивной изоляцией будет невозможна (как известно, лобовые части имеют форму эвольвенты, наложенной на поверхность усеченного конуса с углом отгиба 22°30 для нижних и 18 – 20° для верхних стержней).

Отклонения формы лобовых частей компаундированных стержней от чертежа вызваны индивидуальной подгонкой при укладке стержней в горячем состоянии, а прямолинейность пазовой части неизбежно нарушается при выемке стержня.

Восстановление формы стержня, а также запечка корпусной изоляции производятся в специальной пресс-форме, изготовить которую несложно даже в условиях электростанции.

Пресс-форма представляет собой приспособление с винтовыми струбцинами и прессующими прямолинейными планками для пазовой части

стержня и приставными конусами с фигурными планками для лобовых частей стержня.

В качестве прессующих планок для пазовой части по широкой стороне стержня могут быть использованы швеллеры (для стержней турбогенераторов мощностью 30 МВт применялся швеллер ¹ 12, а 60 МВт – ¹ 14), а по узкой стороне цельные или составные планки (составные планки можно изготовить на любом фрезерном станке). Конусы для лобовых частей (в виде 1 4 части усеченного конуса) изготавливаются из листовой стали любой марки толщиной 5 – 15 мм.

Фигурные планки для лобовых частей выполняются из сваренных между собой двух полос листовой стали толщиной 2,5 – 3 мм и высотой на 15 – 20 мм больше высоты сечения лобовой части стержня, между которыми заложены дистанционные распорки.

Формуются и свариваются полосы по образцовому стержню, а при его отсутствии – по разметке на поверхности конусов для лобовых частей стержня.

Для этого на лист плотной бумаги, в масштабе 1 : 1, переносится с заводского чертежа кривая вы-

2003, ¹ 12

69

гиба лобовых частей обмотки для наружного и внутреннего слоев на развертке конусной поверхности. Если заводской чертеж стержня для данной обмотки отсутствует, то указанная кривая может быть построена самостоятельно [2]. Затем чертеж накладывается на боковую поверхность конуса и контур кривой переносится на его поверхность. После этого на конусах необходимо проверить угол смещения головок стержня со стороны турбины и возбудителя по отношению к пазовой части. Этот угол в градусах может быть вычислен по формуле

= 180° y z,

где – угол смещения головки стержня по отношению к пазовой части, град.; y – шаг обмотки со стороны соответственно турбины и возбудителя; z – число пазов статора.

Восстанавливается форма стержня в прессформе планками пазовой и лобовой частей после его нагрева до температуры 70 – 80°С током (0,7 – 0,8)Iíîì со старой корпусной изоляцией, так как при правке лобовых частей стержня без корпусной изоляции может произойти смещение элементарных проводников. Если восстанавливаются стержни с термореактивной изоляцией, то восстановления формы стержней, как правило, не требуется.

Выбор материалов для изоляции стержня ни- чем не отличается от аналогичного выбора изоляции обмоток высоковольтных электродвигателей [3]. Для стержней на напряжение 10,5 кВ не рекомендуется применять стеклослюдинитовую ленту с подложкой из полиэтилентерефталатной пленки, в связи с тем, что она является некороностойким материалом [4].

Выпечка изоляции выполняется в пресс-форме при температуре 150 – 160°С с электронагревателями в прессующих планках либо нагревом стержня током.

Более предпочтителен первый вариант (хотя при этом несколько усложняется конструкция пресс-формы), так как нагрев изоляции идет от наружных слоев к внутренним, вследствие чего появляется возможность более точного контроля максимальных значений температуры изоляции.

Для нагрева пазовых частей нами были встроены нагреватели из полосы Х20Н80 сечением 20 1 мм (по две полосы в каждый швеллер) с изолирующими планками из асбоцемента, для лобовых частей – изолированная стекломикалентой проволока из того же сплава диаметром 2 мм.

Питание нагревателей пресс-формы осуществлялось от вторичной обмотки сварочного трансформатора, при этом ток нагревателей пазовой ча- сти составил 150 – 200 А, лобовой – 20 – 30 А.

Укладка стержней и изолировка головок производятся по обычной технологии. Необходимо об-

ратить особое внимание на выполнение изоляции соединения выводных шин со стержнями линейных выводов генератора, так как в указанных местах наиболее часто происходят короткие замыкания в лобовых частях.

Длительная и надежная работа статорной обмотки генератора во многом зависит от качества выпечки препрега в лобовых частях обмотки. Главная проблема, возникающая при использовании для нагрева электрокалориферов, – значительная разница температур низа и верха лобовых частей обмотки. Поэтому для выравнивания температур рекомендуется под нижними частями лобовых частей установить лампы накаливания мощностью 500 – 1000 Вт или термоэлектронагреватели, включенные (с целью снижения температуры нагрева) на пониженное в 1,7 – 2 раза напряжение.

Окончание процесса запечки можно определить по отверждению образцов препрега, размещенных в четырех – шести точках лобовых частей обмотки с каждой стороны.

По указанной технологии в период с 1996 по 2003 г. был выполнен ремонт статорных обмоток на 8 турбогенераторах мощностью от 25 до 60 МВт.

Выводы

1.С целью снижения затрат на ремонт статорных обмоток турбогенераторов мощностью до 100 МВт вместо приобретения нового комплекта стержней может быть выполнено восстановление изоляции существующих.

2.Восстановление формы пазовых и лобовых

частей, а также прессовка и выпечка изоляции стержней статорных обмоток турбогенераторов выполняются с помощью простейшей пресс-фор- мы, изготовить которую можно даже в условиях электростанции.

3. Для выравнивания температур при выпечке препрега электрокалориферами рекомендуется под нижними частями лобовых частей организовать дополнительный подогрев лампами накаливания или термоэлектронагревателями.

Список литературы

1.Кулаковский В. Б. Работа изоляции в генераторах. Возникновение и методы выявления дефектов. М.: Энергоиздат, 1981.

2.Турбогенераторы. Расчет и конструкция Титов В. В., Хуторецкий Г. М., Загородная Г. А. и др. М.: Энергия, 1967.

3.Левин А. М. Выбор технологии при ремонте статорных обмоток электродвигателей мощностью свыше 100 кВт. – Энергетик, 1993, ¹ 4.

4.Бернштейн Л. М. Изоляция электрических машин общего назначения. М.: Энергоиздат, 1981.

70	2003, ¹ 12