проектирование ТГ

19

Непосредственное охлаждение обмоток снимает температурные ограниче-

ния и объем тока в пазу можно изменять в более широких пределах:

IП = 4000 – 20 000 А.

(16)

Верхний предел IП = 20 000 А определяется при этом не допустимым уров-

нем нагрева, а опасностью появления вибраций стержней от электродинамиче-

ских сил, вызываемых этим током. Поскольку эффективность непосредственного охлаждения практически не зависит от объема тока паза, предпочтительно выби-

рать меньшее возможное число параллельных ветвей (в пределах допустимого то-

ка), так как в этом случае уменьшаются число пазов, число стержней и может быть получена экономия на электроизоляционных материалах и обмоточных ра-

ботах при изготовлении машины.

Обмотка размещается в пазах. Пазовое деление статора – это расстояние

между пазами по внутренней поверхности статора. Предварительно пазовое деле-

ние статора определяется по формуле

t1П=IП/А,	(17)
и предварительное число пазов (зубцов) статора –	по формуле
Z1П = π × D1 .	(18)
t1П

Число пазов в симметричной обмотке не может быть произвольным. Число

Z1П нужно округлить до ближайшего Z1 из табл. 3. Тогда число пазов на полюс и фазу

q1=Z1/(2×р×m).

(19)

После этого следует уточнить пазовое деление статора

t1	= π × D1 ,	(20)
	Z1

оно должно находится в определенных пределах.
При косвенном охлаждении пазовое деление статора
t1 = 0,04 – 0,07 м.	(21)

20

При непосредственном охлаждении

t1 = 0,045 – 0,12 м. (22)

Далее нужно определить отношение немагнитного зазора к пазовому деле-

нию d/t1. Для уменьшения добавочных потерь мощности в бочке ротора от пуль-

саций магнитного поля, которые зависят от зубчатости статора, рекомендуется брать

d/t1 > 0,5.	(23)
При невыполнении условия (23) следует изменить число пазов или немаг-

нитный зазор с последующим уточнением при необходимости внутреннего диа-

метра статора и пазового деления.
Число последовательно соединенных витков фазы статора
w1=р×q1× uП1/а.	(24)
Далее определяется полюсное деление, выраженное в пазовых делениях,
t =Z1/(2×р).	(25)
Шаг обмотки (расстояние между началом и концом одной секции) выполня-

ется укороченный, т.е. y< t. Укорочение шага позволяет уменьшить в кривой ЭДС амплитуды пятой и седьмой гармоник. Укорочение шага

b = y/t » 5/6 – 7/9 = 0,833 – 0,78.

(26)

Для ослабления пятой и седьмой гармоник ЭДС при стержневой обмотке укоро-

чение шага следует принять в пределах (26), лучше выбирать большие значения b.

Далее рассчитывают шаг обмотки

y =b×t .

(27)

Полученное значение шага y округляют до ближайшего целого числа и определя-

ют действительное значение укорочения шага b = y/t.

Коэффициент укорочения обмотки
k y1 = sin	y	× π .	(28)
	τ 2

При b=0,833–0,78 коэффициент укорочения ky1= 0,966–0,94.

21

Коэффициент распределения обмотки

k p1 =			0,5						,	(29)
			q × sin	300
			1		q1
он находится в пределах 0,955< kр1 <1.
Обмоточный коэффициент
	k01=ky1×kр1.									(30)
Таким образом, обмоточные данные определены и следует рассчитать ли-
нейную нагрузку генератора
A =		6 × w1 × I1НФ				.				(31)
			π × D1

Полученное значение А следует сравнить с принятым ранее (при выборе ос-

новных размеров). Если линейная нагрузка, рассчитанная по формуле (31), отли-

чается более чем на 7–10 % от принятой ранее, то нужно выбрать другое число пазов, при котором отклонение будет меньшим.

Далее рассчитывают магнитный поток основной гармонической при холо-

стом ходе, Вб,

Ф =		U1НФ		.	(32)
		× f1 × w1
4,44			× k01

Уточняют предварительную длину сердечника статора

l1П=Ф/(D1×Вδ), (33)

ее следует сравнить с принятой ранее по формуле (8).

Сердечник статора по длине разбивается на отдельные пакеты, разделенные между собой вентиляционными каналами. Так делают при радиальной системе вентиляции. Длина вентиляционных каналов и пакетов стали определяется систе-

мой охлаждения обмотки статора. При косвенном охлаждении пакеты делают длиной lПАК=30–50 мм, а радиальные вентиляционные каналы между ними – дли-

ной bК =10 мм. Меньшая длина пакета lПАК=30–40 мм принимается при воздушном охлаждении, большая lПАК=40–50 мм – при более интенсивном водородном кос-

венном охлаждении.

22

Непосредственное охлаждение обмотки статора позволяет не только снять теплоту от потерь мощности в обмотке, но и частично отвести теплоту от потерь мощности в зубцовой зоне сердечника статора. При этом пакеты стали можно брать более длинными: lПАК=40–75 мм, а длину вентиляционных каналов умень-

шить до bК =5 мм. Скорость газа и интенсивность охлаждения при более коротких

каналах увеличиваются, а расход газа уменьшается.

Следует принять lПАК и bК и рассчитать число пакетов в сердечнике статора:

nП =l1П / (lПАК+bК),	(34)
число nП округляют до ближайшего целого.
Длина стали сердечника статора (без каналов)
lC=(nП – 2)× lПАК+2× lПАК.КР,	(35)
где длина крайних пакетов lПАК.КР < lПАК (как правило, lПАК.КР=20–30	мм).
Полная длина сердечника статора с учетом вентиляционных каналов
l1=lС+bК×(nП – 1).	(36)

2.3. Зубцовая зона статора

Теперь нужно выбрать марку стали для сердечника статора. Сердечник ста-

тора изготавливают из листов электротехнической стали. Для этого используют горячекатаную или холоднокатаную электротехническую сталь толщиной 0,5 мм.

Иногда применяют сталь толщиной 0,35 мм.

Для турбогенераторов с внешним диаметром сердечника более 1 м листы штампуют в виде сегментов. При этом следует обеспечить рациональный раскрой листов электротехнической стали с наименьшими отходами. На рис. 3 и 4 показа-

ны примеры раскроя горячекатаных и холоднокатаных сталей.

Горячекатаная сталь марок 1511, 1512, 1513 применяется в генераторах не-

большой и средней мощности, а холоднокатаная анизотропная сталь марки 3413 –

в турбогенераторах средней и большой мощности (при РН > 50 МВт).

23

Рис. 3. Раскрой листов горячекатаной стали (марки 1511, 1512, 1513)

Рис. 4. Раскрой листов холоднокатаной анизотропной стали (марка 3413)

В случае холоднокатаной анизотропной стали направление проката должно быть вдоль спинки статора, так как потери и МДС в спинке при 2p=2 всегда больше,

чем в зубцовой зоне. Т.е. для более выгодного использования свойств холоднока-

таной стали в турбогенераторах средней мощности сегменты штампуют так, что-

бы направление прокатки совпадало с направлением магнитного поля в спинке

(ярме) статора (т.е. поперек зубцов), как показано стрелкой А на рис. 5. Для тур-

24

богенераторов большой мощности (РН ³ 500 МВт) сегменты штампуют из холод-

нокатаной стали так, чтобы направление прокатки совпадало с осью зубцов

(вдоль зубцов), как показано стрелкой Б на рис. 5.

Рис. 5. Сегмент пакета стали статора с тремя зубцами:

А – направление прокатки вдоль спинки (поперек зубцов ), Б – направление про-

катки вдоль зубцов

25

Для определения геометрии зубцовой зоны нужно выбрать величину маг-

нитной индукции в коронке зубца статора BZ1. Рекомендуемые значения приведе-

ны в табл. 4.

Рассчитывают значение ширины коронки зубца (предварительно)

b¢	=	Ф		,	(37)
		(2 / π ) × 3 × q1 × BZ1 × lC
Z1			× kC

где kС – коэффициент заполнения сердечника сталью, kС =0,93 при толщине листа

0,5 мм.

Таблица 4

Рекомендуемые значения магнитной индукции при холостом ходе турбогенераторов (большие значения соответствуют большей мощности)

	Индукция, Тл
Участки магнитной цепи	горячекатаная и хо-	холоднокатаная сталь
	лоднокатаная сталь		вдоль проката
	поперек проката
Немагнитный зазор Bδ	0,65 – 0,98		0,65 – 0,98
Ярмо статора Bа1	1,3 – 1,4		1,4 – 1,55
Зубцы статора в наиболее			1,7 – 2,15
узком месте BZ1	1,55 –1,95
Зубцы ротора в расчетном	1,7 – 2,15
сечении SZ0,2 BZ0,2
Ярмо ротора Bа2	1,4 – 1,6

Затем предварительно определяют ширину паза статора
b′П1=t1 –b ′Z1 .	(38)

26

В пазах размещается обмотка. Стержни обмотки изолированы. Общая тол-

щина изоляции зависит от напряжения. Размеры изоляции для обмотки статора турбогенераторов приведены в табл. 5. Из табл. 5 выбирают δШ – общий размер толщины изоляции в пазу по ширине паза с учетом прокладок и зазора на уклад-

ку. Например, для UН=15,75 кВ δШ=13 мм или δШ=0,013 м.

Конструкция стержня обмотки и методика определения размеров паза зави-

сит от системы охлаждения обмотки статора.

2.4. Определение размеров паза при косвенном охлаждении

обмотки статора

Стержень обмотки состоит из отдельных элементарных проводников, обра-

зующих по условиям транспозиции два одинаковых вертикальных ряда или столбца. Поэтому число элементарных проводников в стержне всегда должно

быть четным.

При транспозиции столбцы сдвигаются по вертикали один относительно другого на один элементарный проводник. Свободное место заполняется изоля-

ционным материалом (рис. 6).

Размеры элементарных проводников прямоугольного сечения аЭ×bЭ и пло-

щадь сечения sЭ приведены в табл. 6. Заметим, что sЭ<аЭ×bЭ из-за скруглений про-

водника на углах. Изоляция элементарного проводника − типа ПСД. Максималь-

ная двусторонняя толщина изоляции δЭ приведена в табл. 7.

Меньшая сторона элементарного проводника аЭ располагается в пазу верти-

кально, а большая bЭ – горизонтально, т.е. параллельно дну паза.

По ширине паза bП1 стержень обмотки образуется двумя изолированными элементарными проводниками шириной bИ, предварительное значение которой

можно определить из выражения
b′И=(b′П1 – δШ)/2,	(39)

где b′П1 – по формуле (38); δШ – общий размер толщины изоляции в пазу по ширине паза с учетом прокладок и зазора на укладку по табл. 5.

27

Рис. 6. Сечение паза статора с косвенным охлаждением обмотки:

1– нижний стержень; 2 – верхний стержень; 3 – клин

28

Таблица 5.1

Размеры термореактивной изоляции пазовой части стержневых одновитковых двухслойных обмоток статоров турбогенераторов (в миллиметрах)

Позиция	Наименование				Линейное напряжение, кВ
по рис.
				3,15	6,3	10,5	13,8		15,75	18-20	27
						Толщина, мм
3	Изоляция переходов (миканит		по высоте
	гибкий ГФС или ГМС толщи-						0,4
	ной 0,2 мм)
4	Прокладка между полустерж-		по ширине
	нями (ткань стеклянная, про-						0,5
	питанная эпоксидно-
	фенольным лаком)
2	Выравнивающая масса (шпат-		по ширине				0,2
	левка ЭШ-211)
			по высоте				0,4
6	Накладка (стеклотекстолит		по высоте			1				2
	СТЭФ-1)
7	Полупроводящее покрытие (лента стеклянная,				–				0,3
	промазанная лаком ЭПП-58)