Описание конструкции турбогенератора. Как работает тепловая электростанция (ТЭЦ)? Принцип работы турбогенератора на тэц

1. Технические характеристики турбины

Тип конденсационная турбина с отбором пара
количество корпусов 1
количество клапанов экстренного торможения
количество клапанов сопловой группы 		2
4
ступень регулирования:
 тип
 средний диаметр 		импульсный
800 мм
количество держателей лопаток
количество ступеней реакции 		2
14
средние диаметры
 первая ступень
 последняя ступень 		570 мм
1000 мм
 длина лопатки последней ступени 285 мм
основной пар до турбины (входной фланец)
 давление
 температура 		12 бар (изб.)
340 °С
количество выпусков
давление сброса 1 при номинальной мощности 		2
6,2 бар изб
давление сброса 2 при номинальной мощности
давление выхлопа при номинальной мощности 		1 бар изб
0,11 бар изб
номинальная мощность
номинальная скорость 		12000 кВт
5000 мин -1
приводимый механизм генератор
соединение с помощью трансмиссии
макс. расход основного пара 18,92 кг/с

1.1. Технические характеристики редуктора

1.2. Технические характеристики генератора

конструкция
конструкция согласно 		IM 1001
IEC-UTE
макс. высота
возбуждение 		1000 м
бесщеточное
класс защиты
класс изоляции 		IP 54
F
температурный класс
расположение охладителя 		B
установлен на статор
количество охладителей
производительность охладителей 		2
60 % каждый
тип тока
полная мощность 		3ф / синхронный
15000 кВА
номинальная мощность
коэффициент мощности (cos φ) 		12000 кВт
0,8
напряжение
частота 		10,5 кВ
50 Гц
скорость
охлаждение 		1500 мин -1
охладитель воздух / вода
качество охлаждающей воды
температура охлаждающей воды на входе 		СТ
25 °С
расход охлаждающей воды прибл. 60 м3/ч
подшипник: подшипник скольжения со смазкой маслом (общая поставка масла вместе с турбиной)

1.3 Подача масла

Для обеспечения турбины и приводимого механизма смазочным маслом / рабочим маслом / маслом регулятора оборотов / подъемным маслом. Качество масла турбины согласно DIN 51515 тип ISO класс вязкости VG46.

прибл. давление смазочного масла 3,5 бар
прибл. Давление масла контура управления 160 бар
прибл. давление подъемного масла 100 бар
прибл. давление резервного масла 2 бар
содержимое маслобака 6000 л
количество первой заправки маслобака 6600 л
количество циркуляций (в час) ˂8 1/ч
ширина сетки маслофильтра 25 мкм
макс. дифф. давление на маслофильтре 1 бар
охладитель масла 2 х 100 %
расположение охладителя масла вертикальное
температура охлаждающей воды на входе 30 °С
прибл. потеря давления на водной стороне 0,25 бар
качество охлаждающей воды СТ
прибл. расход охлаждающей воды 55 м3/ч

1.4 Технические характеристики конденсатора

1.5 Технические характеристики насоса конденсата

1.6 Система откачивания

Тип паровой эжектор
основной эжектор
 количество эжекторных групп 2
 количество ступеней в группе 2
 количество эжекционных конденсаторов
 исполнение 		1
горизонтальное
пусковой эжектор
 количество эжекторов 1
 количество ступеней 1
 выброс пара в атмосферу через глушитель
рабочий пар
 давление 6,2 бар изб
 температура 279 °С
 количество 0,1 кг/с
охлаждающая среда конденсат
температуры охлаждающей среды на входе
 номинальная 47 °С
 макс. 70 °С

2. Рабочие данные

2.1 Условия пара

Номинальный основной пар до турбины (входной фланец)

*) исходное давление не должно превышать:
105% от номинального давления в любое время, но среднее давление не превышает 100% за любые 12 месяцев работы
120% от номинального давления в качестве одномоментного значения, но не более 12 часов в течение 12 месяцев работы
**) превышение температуры не должно быть больше чем:

Ни в коем случае температура не должна превышать номинальную больше, чем на 28 °С.

Если пар подается к любой конечной точке турбины через 2 или более параллельных трубы, температура пара в любой трубе не должна отличаться от температуры в любой другой трубе больше, чем на 17 °С, кроме того, что в случаях колебания, продолжительностью не превышающего 15 мин, разница температур в самой горячей трубе не должна превышать пределов, указанных ранее.

2.2 Качество пара

Значения, указанные в директиве VGB (VGB-R 450L - издание 1988) для питательной воды котлов, воды котлов и пара из водотрубных котлов, не должны превышаться в ходе постоянной эксплуатации.

Для постоянной эксплуатации требования к пару для паровых турбин следующие:

*) при 25 °С, в местном потоке с постоянно работающей точкой измерения за сильнокислым катионообменником
(применимо только к воде, не содержащей CO2).
Превышение значений VGB даже в течение короткого времени может привести к образованию сильных соляных отложений, что вызывает механические и коррозионные повреждения.

2.3 Рабочие характеристики

Следующие данные относятся к номинальным параметрам основного пара на входном фланце турбины. Данные о производительности относятся к контактам турбина/генератор муфта/генератор. Указанные данные по давлению рассчитаны по выходным патрубкам турбины.

Точка нагрузки А
Свежий пар
давление бар (изб.) 12
температура °С 340
расход пара кг/с 18,92
Отбор 1
давление бар (изб.) 6,2
количество кг/с 1,166
Отбор 2
давление бар (изб.) 1
количество кг/с 1,319
Выпускной пар
давление бар (изб.) 0,11
количество кг/с 16,41
Охлаждающая вода конденсатора
расход кг/с 695
температура на входе °С 30
Генератор
частота Гц 50
напряжение кВ 10,5
коэффициент мощности cos φ 0,8
температура охл. воды на входе °С 25
Электрическая мощность (контакты генератора) кВт 12000

2.4 Гарантия

2.4.1 Гарантия по термодинамике

Мы гарантируем соблюдение электрической мощности, указанной в столбце А в разделе «Рабочие характеристики», при условии что требуемые регулирующие клапаны полностью открыты. Значения применимы к указанным условиям.
Качество пара согласно нормам VGB (ассоциация операторов ЦЭС).
К приемочным испытаниям применяются следующие стандарты в их последних версиях: DIN 1943 VDI Нормы по паровым турбинам.
Допуск на макс. производительность: ±0 %
Расчетные допуски: ±0 %
Допуски на измерения согл. DIN

2.4.2 Гарантия по вибрации

Динамическая балансировка ротора согласно ISO 1940 класс ротора G2,5
Требуемый уровень вибрации согласно ISO 10816 часть 1 и ISO 10816 часть 3.
Вибрация стойки подшипника во время непрерывной эксплуатации согласно ISO 10816 часть 1 и 3.

2.5 Материальное исполнение

2.5.1 Турбина

2.5.2 Подача масла

2.5.3 Конденсационная установка

2.6.2 Соединения труб

Все соединения труб спроектированы по стандартам DIN/EN

2.6.3 Веса (приблизительные)

3. Техническое описание

3.1 Турбина

Турбина конденсационная с отбором пара в исполнении с одним цилиндром и одним выпуском, одной активной ступенью и многоступенчатым реактивным лопаточным аппаратом, рассчитана на высокую эффективность работы и максимально надежна. Турбина соединена с генератором при помощи редуктора.

3.1.1 Корпус регулирующего клапана

Корпус регулирующего клапана высокого давления приварен к верху цилиндра. Он снабжен клапаном экстренного торможения, паровым фильтром и регулирующими клапанами. Паровой фильтр расположен в клапане экстренного торможения. Паровой фильтр препятствует доступу механических частиц в турбину. Второе его действие заключается в том, что минимизируются вихревые потоки пара и поэтому сокращается вибрация золотников клапана.

Клапан экстренного торможения спроектирован как диффузорный клапан с управляющим клапаном. Конструкция управляющего клапана делает возможной эксплуатацию без нагрузки на полной скорости (для привода генератора). Клапан экстренного торможения приводится в действие масляно-гидравлическим серводвигателем, которым управляет система управления турбины. Таким образом, становится возможна контролируемая эксплуатация турбины при помощи клапана экстренного торможения.

После прохождения через клапан экстренного торможения, пар проходит через регулирующие клапаны.

Регулирующие клапаны сконструированы как диффузорные клапаны и приводятся в действие масло-гидравлическими серводвигателями.

Во время пуска регулирующие клапаны полностью открыты, и поток пара контролирует клапан экстренного торможения. Это позволяет задействовать полный пуск, при котором пар подается одновременно во все сопловые коробки. Такой режим пуска делает возможным одновременное нагревание коллектора пара и сопловых коробок. Поэтому тепловой стресс из-за разницы температур будет минимизирован и время пуска будет сокращено.

3.1.2 Сопловые коробки

Сопловая коробка имеет горизонтальную линию разъема, и детали соединены между собой болтами. Коробка разделена на сопловые группы. На каждую группу подается пар из отдельного регулирующего клапана. Во время изменений нагрузки турбины секции сопловой коробки подвергаются большим колебаниям температуры, кто является причиной тепловой нагрузки. Чтобы минимизировать эти нагрузки, сопловые коробки вставлены в цилиндр без расширения.

3.1.3 Цилиндр

Цилиндр имеет горизонтальную линию разъема, образуя основание и крышку. Они прикручены друг к другу соединительными болтами цилиндра. Наверху цилиндра находится корпус регулирующего клапана, снизу сопла для контролируемого и неконтролируемого отбора пара и выходного пара. В центре расположен фланец на двух частях для соединительных болтов цилиндра. В эти фланцы вмонтированы поддерживающие кронштейны. Задняя часть цилиндра разделена радиально и закреплена болтами.

Выпускная часть стоит на двух опорах с плитами основания на фундаменте. Эти задние опоры служат фиксированной точкой опоры турбины.

Основание корпуса соединено со стойкой подшипника с помощью болтов, которые поддерживают правильное осевое и поперечное положение корпуса турбины с помощью продольного ключа между стойкой и плитой основания. Стойка подшипника может свободно скользить по оси на плите основания, но удерживается от перемещения в поперечном направлении с помощью осевого ключа, расположенного на продольной центральной линии.

3.1.4 Ротор

Ротор турбины изготавливается из цельного куска кованого стального сплава, прошедшего термообработку и предварительную механическую обработку. После предварительной механической обработки проводится последний сеанс термообработки и выполняется испытание на термостойкость. После этого выполняется окончательная механическая обработка. Лабиринтные уплотнения будут вставлены в часть балансировочного поршня и сальниковых уплотнений. В задней части предусмотрена муфта для силовой передачи. Балансировка выполняется, когда ротор полностью механически обработан, снабжен лопатками и собран.

3.1.5 Комплект лопаток турбины

Комплект лопаток формирует проход для пара в турбине. Они состоят из неподвижных частей (направляющие лопатки) и вращающихся частей (лопатки ротора). Сопла к первой ступени вставлены в сопловые коробки и дают частичный доступ к контрольной ступени. Направляющие лопатки вставлены в держатели лопаток, лопатки ротора - в ротор. Вращающиеся и неподвижные части разделены соответствующими зазорами.

3.1.6 Балансировочный поршень

Балансировочный поршень состоит из неподвижной и вращающейся частей. Вращающаяся часть балансировочного поршня входит в ротор и предназначена для снижения осевых сил лопаток турбины до низких значений. Оставшаяся осевая нагрузка ложится на упорный подшипник при любых рабочих условиях. Неподвижная часть имеет горизонтальную линию разъема и скреплена болтами. Балансировочный поршень снабжен лабиринтными уплотнениями, подробно описанными в разделе «Сальники». Утечки пара, проходящие балансировочный поршень, возвращаются в области более низкого давления в корпусе турбины.

3.1.7 Уплотнения

Уплотнения лабиринтного типа обеспечивает герметичность в местах, где вал ротора проходит через цилиндр. Уплотнительные полосы вставляются во вращающуюся и неподвижную части. Конструкция уплотнения позволяет легко их заменить. Для замены балансировочного поршня и внутренних лабиринтных уплотнений необходим подъем корпуса.

3.1.8 Стойки подшипников

Стойки подшипников находятся на концах цилиндра и имеют горизонтальный разъем. Крышка прикреплена к основанию болтами и просто снимается для обслуживания (без необходимости открывать цилиндр или снимать изоляцию корпуса). Передняя стойка подшипника снабжена упорным подшипником и подшипником скольжения, редуктором для основного маслонасоса и датчиками осевого смещения, вибрации вала, температуры и скорости подшипника Неподвижная задняя стойка подшипника снабжена подшипником скольжения, валоповоротным устройством и датчиками вибрации вала и температуры подшипника.

3.1.9 Подшипники

Подшипники скольжения - разъемного типа сделаны из антифрикционного металла (белого металла) со стальной оболочкой. Исполнение седла клапана позволяет легко отцентровать подшипник, вставляя вкладыши желаемой толщины под четыре регулировочных клина, расположенных под углом 90 градусов друг от друга.

Ротор прикреплен к передней стойке подшипника с помощью самоустанавливающегося сегментного упорного подшипника двойного действия, подходящего для обоих направлений вращения и упора. На каждый подшипник будет подаваться масло для смазки и охлаждения.

3.1.10 Изоляция турбины

Части турбины, работающие при паре высокой температуры, будут покрыты изоляционным материалом. Изоляция сделана из матов из стекловолокна и заполнена минеральной ватой (без асбеста). Предусмотрена двухслойная изоляция корпуса, внешний слой покрывается алюминиевой фольгой.

3.2 Передача

3.2.1 Редуктор

Редуктор находится между турбиной и приводимым механизмом. Он предоставляется для понижения скорости турбины до скорости приводимого механизма. Конструкция - одноступенчатая горизонтальная с осевым смещением и шевронная зубчатая передача. Валы ведущей и ведомой шестерни снабжены двумя подшипниками скольжения каждый и втулками из белого металла. Смазка происходит от общей подачи масла.

Корпус имеет горизонтальный разъем, крышка прикреплена к нижней части болтами.

3.2.2 Высокоскоростная муфта

Расположена между турбиной и редуктором. Смазка происходит от общей подачи масла на турбину. Муфта снабжена маслонепроницаемой крышкой. Обратное масло течет к стойкам подшипников турбины.

3.2.3 Валоповоротное устройство

Валоповоротное устройство приводится в действие двигателем переменного тока. Оно будет в работе после остановки турбины и должен оставаться в работе до пуска турбины, или когда турбина охлаждается.

Для гарантии наилучшего баланса охлаждения ротора валоповоротное устройство используется во время медленного вращения ротора. Это предотвращает сгибание ротора во время охлаждения. Также, когда работает валоповоротное устройство, минимизируется сгибание цилиндра с помощью вентиляции в турбине.

Оно снабжено устройствами, которые допускают ручное управление, только когда турбина находится на нулевой скорости, и переходит в автоматический режим, когда скорость повышается.

3.3 Система паровых уплотнений

Для предотвращения попадания воздуха из атмосферы в часть низкого давления турбины (зона вакуума) в уплотнение подается уплотняющий пар. Уплотняющий пар регулируется с помощью регулирующих клапанов, по одному на уплотнение. Пар среднего или низкого давления будет использоваться в качестве первичного пара.

Одна часть уплотнительного пара проходит через внутреннюю часть уплотнения и течет по направлению к конденсатору. Остальная часть уплотняющего пара проходит через внешнюю часть уплотнения и течет по направлению к конденсатору уплотняющего пара.

Пар и воздух после сальников турбины направляется во вторую ступень эжектора-конденсатора пара или поверхностный горизонтальный конденсатор уплотняющего пара с помощью вытяжного вентилятора. Утечки пара из уплотнений турбины направляются в кожух и конденсируются охлаждающей средой. Конденсат дренируется в основной конденсатор. Утечки воздуха, включая небольшое количество пара, выпускаются в атмосферу.

3.4 Маслосистема

Маслосистема - это комбинированная система смазочного, рабочего и управляющего масла. Она состоит из маслобака, насосов, фильтров, охладителей, клапанов регулирования давления, очистителя и соединительного трубопровода.

3.4.1 Маслонасосы

Основной маслонасос - приводимый в действие двигателем переменного тока, располагается на маслобаке.

Вспомогательный маслонасос (приводимый в действие двигателем переменного тока), располагается так же на маслобаке, автоматически берет на себя функцию основного маслонасоса в случае необходимости. Этот вспомогательный маслонасос автоматически запускается, когда падает давление масла подшипников.

Если вспомогательный маслонасос не может работать или не может запуститься, запускается аварийный масляный насос. Аварийный маслонасос рассчитан на подачу смазочного масла во время останова турбогенераторной установки, а также во время охлаждения ротора турбины.

Часть смазочного масла подается бустерными насосами (2 х 100%). Они создают необходимое давление для систем рабочего масла и управляющего масла. Рабочее масло используется для работы клапанов-регуляторов и клапана экстренного торможения с серводвигателями.

3.4.2 Контроль давления масла

Давление смазочного масла контролируется с помощью отдельного регулирующего клапана. Регулирующие клапаны работают на байпасе. Давление смазочного масла регулируется при помощи байпаса смазочного масла в маслобак. Рабочее масло контролируется насосом регулирующего масла.

3.4.3 Система подъемного масла

Насос подъемного масла, приводимый в действие двигателем переменного тока, используется во время работы валоповоротного устройства, а также во время пуска и останова турбогенераторной установки для подъема ротора, чтобы минимизировать трение в подшипниках ротора генератора.

3.4.4 Маслобак

Маслобак расположен рядом с турбиной.. Он рассчитан на весь объем масла для смазки и управления всего турбоагрегата. Он снабжен устройством для отделения воздуха. На крышке бака смонтированы маслонасосы и вытяжной вентилятор пара. Вентилятор поддерживает небольшое отрицательное давление в системе дренажа и в маслобаке.

3.4.5 Масляные охладители

Система оборудована двумя идентичными охладителями масла, каждый производительностью 100%. Переключение между охладителями во время работы происходит с помощью трехходовых клапанов.

Охладитель, не находящийся в работе, можно дренировать и очистить или заменить во время работы турбины.

3.4.6 Маслофильтр

Система оборудована двумя идентичными маслофильтрами для управляющего и смазочного масла, каждый производительностью 100%. Переключение между фильтрами во время работы происходит с помощью трехходовых клапанов.

Фильтр, не находящийся в работе, можно очистить или заменить во время работы турбины.

3.4.7 Маслопровод

Соединительный трубопровод включает в себя трубы между различными агрегатами маслосистемы. Включен трубопровод смазочного масла к турбине и генератору с обратными линиями масла к маслобаку. Также предусмотрен соединительный маслопровод в целях управления (линии управляющего и рабочего масла), включая обратные линии к маслобаку.

Соединительный трубопровод выполнен из углеродистой стали, трубопровод после фильтра выполнен из нержавеющей стали.

3.5 Поверхностный конденсатор

3.5.1 Общее описание

Конденсатор поверхностного типа с водяным охлаждения с отверстием для впуска пара наверху. Конденсатор может конденсировать весь пар из турбины в любых предусмотренных рабочих условиях.

Конденсатор рассчитан на низкую скорость пара по всей поверхности трубы. Распределение пара ко всем частям охлаждающей поверхности гарантирует высокую степень теплопередачи от пара к охлаждающей воде и наибольший возможный вакуум при данном количестве и температуре охлаждающей воды.

Конденсат, стекая с труб, позволяет достичь хорошей степени деаэрации конденсата.

Воздух и неконденсируемые пары в конденсаторе могут контактировать с трубами самой холодной части конденсатора. Максимальное охлаждение этих газов позволяет собрать их и вывести из конденсатора вакуумным насосом.

Сборник конденсата приварен ко дну кожуха конденсатора. Его функция - собирать и накапливать конденсат.

3.5.2 Кожух конденсатора

Кожух конденсатора рассчитан на вакуум и выдерживает внутреннее давление 1 бар (изб.). Предусмотрены подходящие отверстия для впуска пара из турбины и для удаления воздуха и конденсата. На концах кожуха присоединены трубные доски. Между трубными решетками в кожухе находятся несколько опорных пластин для опоры и минимизации вибрации труб.

Трубы конденсатора с обеих сторон крепятся к трубной решетке.

Конденсатор размещается на соответствующем фундаменте и соединен с выхлопным патрубком турбины.

3.5.3 Водяный рубашки

Водяные рубашки приварены к обоим концам кожуха.

В водяных рубашках расположены соединения для охлаждающей воды и соответствующие люки-лазы с крышками.

Внутреннее покрытие предотвращает коррозию.

3.5.4 Насосы конденсата

Предоставляются насосы конденсата, каждый производительностью 100%. Они расположены ниже конденсатора.

Тип насосов - центробежные горизонтальные насосы. Они имеют торцевой разъем и радиальное рабочее колесо. Исполнение - прямоточное одноступенчатое. Предоставляется уплотнение вала с соединением для уплотняющей воды для предотвращения попадания воздуха в систему конденсата (зона вакуума).

Соединения согласно стандарту DIN.

Насосы снабжены фильтрами на стороне всаса. Предоставляются изолирующие клапаны на стороне всаса (перед фильтром) и на стороне напора. Насосы приводятся в действие двигателем переменного тока и устанавливаются на плиту основания.

3.5.5 Воздушные эжекторы

Предусмотрены два двухступенчатых воздушных эжектора с паровым приводом для удаления неконденсируемых газов из кожуха конденсатора. Каждый эжектор двухступенчатого типа и устанавливается на кожух эжектора-конденсатора, который конденсирует пар двух ступеней. Конденсат возвращается в основной конденсатор. Трубы рассчитаны на передачу 100% конденсата, извлеченного из основного конденсатора.

Для пуска предоставляется дополнительный пусковой эжектор. Пусковой эжектор одноступенчатый, не конденсирующего типа. Эжектор имеет выпуск в атмосферу.

3.5.6 Система контроля уровня конденсата

Система контроля уровня конденсата регулирует постоянный уровень в конденсаторе.

Она состоит из контроллера уровня, клапана контроля выброса и клапана рециркуляции. Если поток конденсата меньше, чем требуемый минимальный расход насосов конденсата или минимальное требуемое количество для эжектора-конденсатора и конденсатора уплотнительного пара, открывается клапан рециркуляции и закрывается клапан контроля выброса.

Контроллер - электронного типа или РСУ. Регулирующие клапаны (клапан контроля выброса и рециркуляции) могут приводиться в действие электро- или пневмоприводами.

3.5.7 Соединительные трубопроводы

Соединительный трубопровод включает в себя трубы отвода конденсата из конденсатора, трубы отвода воздуха из конденсатора в эжектор, уплотняющей воды (конденсата) для уплотнений в вакуумной зоне (клапаны и насосы конденсата) и экстренную выпускную трубу с разрывным диском. Все соединительные трубы изготовлены из углеродистой стали.

4. Система управления и защиты турбины

4.1 Эксплуатация и контроль (визуальный)

4.1.1 Станция оператора в центре управления турбиной

  • Одна панель управления
  • сенсорный экран диагональю 19”, разрешение 1280x1024
  • USB-интерфейс
  • 24 В постоянный ток
  • процессор 533 MHZ FSB, 2 MB SLC
  • память 1 GB DDR266 SDRAM (1х1 GB)
  • DVD-ROM Windows XP Prof MUI
  • DDR SDRAM (2x128 MB) двухканальная, 1,44 MB
  • FDD+DVD ROM, уже установленная ОС Windows 2000
  • 1 шт. модуль связи CP 1613 Ethernet
  • 1 шт. Microsoft small office
  • 1 шт. плоский экран диагональю 19”, терминал с клавиатурой для приема/передачи данных
  • мышка для установки

4.1.2 ПО системы визуализации

  • 1 шт. ПО WIN CC V6.0 + SP2
  • лицензия на использовании

4.1.3 Визуализация специализированного ПО

В наше предложение включены следующие дисплеи наблюдения для эксплуатации и контроля турбиногенератора и вспомогательного оборудования, например:

  • обзор
  • система пара
  • управление турбиной
  • система смазочного масла
  • система управляющего масла
  • визуализация и контроль температуры подшипников
  • генератор, автоматический регулятор напряжения, защита и синхронизация
  • функциональные группы, включая
  • кривые роста, функция архива для измерений, журнала событий, сигнализаций с функцией краткосрочного и долгосрочного хранения

4.2 Регулирование и защита в замкнутом контуре турбины

4.2.1 Аппаратура ПЛК

В качестве системы автоматизации предлагается ПЛК для управления в открытом, закрытом контуре и защиты со следующими модулями:

  • 1 шт. стойка
  • 1 шт. источник питания PS 405 (10 А) с буферным аккумулятором
  • 1 шт. CPU 414-3 с EPROM 1MB
  • 1 шт. промышленный модуль связи Ethernet CP 443-1
  • 1 шт. модуль интерфейса IF 964 DP

4.2.1.1 Аппаратура ПЛК турбины

Для регулирования скорости предоставляется ПЛК со следующими модулями:

  • 1 шт. стойка
  • 1 шт. источник питания PS 307 (2А)
  • 1 шт. CPU-317-2DP
  • 1 шт. аналоговый ввод (8 AI)
  • 1 шт. цифровой модуль ввода/вывода (8DI/8DO)
  • 2 шт. аналоговые модули вывода (4AO)
  • 1 шт. микрокарта памяти
  • 1 шт. карта ввода скорости / 8 каналов

Местный ввод/вывод - периферия:

  • 6 шт. Серийный интерфейс (Profibus DP)
  • 6 шт. цифровые модули ввода (16 DI каждый модуль)
  • 6 шт. цифровые модули ввода (32 DI)
  • 2 шт. цифровые модули вывода (32 DО каждый модуль)
  • 13 шт. аналоговые модули ввода (8 AI каждый модуль)
  • 7 шт. аналоговые модули ввода pt 100 (8 AI)
  • 2 шт. аналоговые модули вывода (8 AО каждый модуль)
  • 5 шт. стойки
  • передние заглушки

4.2.1 Специализированное ПО для ПЛК

Специализированное ПО для турбогенератора и синхронизации состоит из:

  • защита турбины, управление в закрытом контуре турбины:
  •  регулирование скорости/частоты
  • защита турбины, например:
  •  вибрации
  •  температура/давление смазочного масла
  •  обратное давление
  •  другое
  • управление по разомкнутому контуру следующих вспомогательных приводов:
  •  вспомогательный маслонасос
  •  аварийный насос смазочного масла
  •  вытяжной вентилятор масляных паров
  •  обогрев генератора во время бездействия
  •  поворотное устройство
  •  вентилятор конденсатора уплотняющего пара
  • функциональные группы пуска и останова
  •  функциональная группа системы смазочного масла
  •  функциональная группа поворотного устройства
  •  функциональная группа турбины

4.2.2 Измерение скорости и защита от превышения скорости

4.2.2.1 Защита от превышения скорости / регулирование скорости

Прибор защиты от превышения скорости «2 из 3» включает следующее оборудование:

  • 1 шт. стойка MMS 6352 19”
  • 1 шт. соединительная панель MMS 6351/10
  • 3 шт. устройство контроля скорости MMS 6350/D
  • 6 шт. соединительный кабель 3 м MMS 6360
  • 6 шт. соединительный блок MMS 6361 25pol Sub D
  • 3 шт. втулки для датчиков, включая фиксирующие гайки (нержавеющая сталь)
  • 3 шт. датчики скорости

4.3 Защита и синхронизация генератора

4.3.1 Защита генератора

1 шт. многофункциональное защитное реле генератора

Могут быть реализованы следующие функции защиты:

  • дифференциальная защита
  • защита от сверхтоков
  • защита ротора от замыканий на землю
  • защита статора от замыканий на землю (область защиты 95%/Uo)
  • защита обратной мощности
  • защита от недостаточного возбуждения
  • защита от перегрузок
  • защита от превышения напряжения (2 ступени)
  • защита от недостаточного напряжения (2 ступени)
  • защита от недостаточной частоты
  • защита от перевозбуждения
  • защита от несимметричной нагрузки

Реализуемые функции обсуждаются на дальнейших стадиях проекта.

1 шт. соединительное устройство для защиты ротора от замыканий на землю 7XR61
Сигнал аварийного останова турбины и открытие размыкателя цепи генератора и возбуждение останова имеют жесткую проводку

Предусмотрены дополнительные входы/выходы:

  • 1 вход для экстренного останова обмотки статора при высокой температуре
  • 3 входа для внешних сигналов (без потенциала)
  • 4 программируемых выходных сигнала экстренного останова
  • передача данных в основной ПЛК по шине Profibus DP

4.3.2 Шкаф автоматической регуляции напряжения

4.3.3 Синхронизация

1 шт. автоматическое устройство синхронизации установлено на всем оборудовании для ручной синхронизации:

  • двойной вольтметр
  • двойной частотомер
  • переключатели для размыкателей
  • выбор автоматического/ручного режима
  • пуск/стоп синхронизации
  • синхроноскоп

4.4 Шкафы управления турбины и генератора

4.4.1 Шкаф управления турбины

В наш объем поставки входит:

  • 1 шт. шкаф управления турбины, цвет RAL 7032
    Размеры Ш х Г х В = 2000 х 600 х 2200 мм, включая раму основания 200 мм
    Класс защиты IP41

В комплекте:

  • стальная пластина нижней крышки
  • кабель-каналы, профильные рейки и рейки крепления кабеля
  • для входящих / выходящих кабелей
  • освещения шкафа, розетки 110 В переменного тока
  • измерение внутренней температуры в шкафу управления турбины
  • 1 шт. реле экстренного останова
  • 2 вентилятора

Устройство превышения скорости и измерения скорости установлены на поворотной раме. ПЛК смонтированы на раме.
Также отдельно смонтирован на раму и отдельно снабжается электропитанием для контроля и защиты байпаса.

Электропитание 220 В переменного тока для освещения / вентиляторов и также 24 В постоянного тока для шкафа управления турбины поставляется другими

4.4.2 Местный шкаф для распределенного ввода/вывода

Один местный шкаф
 цвет RAL7032
 Размеры Ш х Г х В = 1200 х 600 х 2200 мм, включая раму основания 200 мм
 Класс защиты IP41
 В комплекте:
 стальная пластина нижней крышки,

 освещения шкафа, розетки 220 В переменного тока
 измерение внутренней температуры в шкафу управления турбины
 1 вентилятор

4.4.3 Шкаф управления генератора

1 шт. шкаф управления цвет RAL7032
 Размеры Ш х Г х В = 1600 х 800 х 2200 мм, включая цокольную раму основания 200 мм, класс защиты IP41, в комплекте:
 стальная пластина нижней крышки
 кабель-каналы, профильные рейки и рейки крепления кабеля для входящих / выходящих кабелей
 освещения шкафа, розетки 110 В переменного тока
 измерение внутренней температуры в шкафу управления

Следующие детали устанавливаются на поворотную раму
 защитные реле генератора
 реле синхронизации
 2 трансформатора тока / напряжения для напряжения и тока возбудителя
 все ручное оборудование синхронизации

Одно устройство для передачи данных на ПЛК по шине Profibus устанавливается на стойку
Однолинейная схема электрической сети на передней части шкафа

4.5 Заводское приемочное испытание

Перед отгрузкой цехе будет произведено приемочное испытание.
Все входящие и выходящие сигналы будут полностью проверены от зажимов до визуализации.

5. Перечень электропотребителей

Количество Мощность (кВт / установка) Напряжение (В) Частота (Гц) Резерв Рабоч.
Основной маслонасос 1 11 400 50 1
Вспомогательный маслонасос 1 11 400 50 1 1
Насос регулировки масла 2 15 400 50 1
Аварийный маслонасос 1 3 110 пост. ток 1
Высоконапорный насос (масло гидроподъема) 1 15 400 50 1
Вентилятор масло тумана 1 0.18 400 50 1
Регулирующий клапан температуры масла 1 0.18 230 50 1
Поворотное устройство ротора 1 22 400 50 1
Соленоидный клапан, отбор 2 0.1 230 50 2
Контрольно-измерительные приборы 1 2.5 230 50 1
Защита и возбуждение генератора 1 6 230 50 1
Нагреватель генератора 1 10 230 50 1
Конденсатный насос 2 30 400 50 1 1
Вентилятор уплотняющего парового конденсата 1 5.5 400 50 1
Регулирующий клапан уровня конденсата 1 0.18 230 50 1
Циркуляционный клапан конденсата 1 0.18 230 50 1
1 клапан экстренного торможения на входе в турбину 1 выпрямитель потока, встроенный в клапан торможения 1 регулирующие клапаны 1 компл. валоповоротное устройство 1 рама основания для турбины и редуктора 1 компл. анкерные болты и гайки 1 компл. изоляционный материал для турбины 1 компл. теплоизоляция для турбины 1 компл.

7.2 Система смазки и масла регулятора оборотов

Один комплект системы смазки и масла регулятора оборотов состоит из:

масляный бак 1
основной маслонасос (приводится в действие двигателем переменного тока) 1
вспомогательный маслонасос (приводится в действие двигателем переменного тока) 1
насос регулирующего масла (приводится в действие двигателем переменного тока) 2
аварийный маслонасос (приводится в действие двигателем постоянного тока) 1
охладитель масла (фильтр охлаждающей воды менее 500 мкм) 2
маслофильтр 2
клапан-регулятор температуры масла 1
маслопровод от маслобака к турбине, редуктору и генератору и обратно 1 компл.
клапан-регулятор давления масла 1
трубная обвязка и клапаны для масла 1 компл.
эксгаустер, приводимый двигателем переменного тока 1
электрический подогреватель масла 1

7.3 Редуктор

7.4 Конденсационное устройство

Одно конденсационное устройство состоит из:

система управления турбины, включая регулировку скорости
кожухотрубный поверхностный конденсатор 1
двухступенчатый пароструйный воздушный эжектор 1
пусковой эжектор 1
разрывной диск 1
система регулирования уровня конденсата, включая датчики уровня, клапан регулирования уровня, клапан минимального потока 1 компл.
насос конденсата, включая двигатель переменного тока, пластины основания с анкерными болтами и муфтами 2 компл.
трубная обвязка, включая необходимые клапаны 1 компл.
соединительная деталь турбина-основной конденсатор 1 компл.
измерение вибрации вала для 6 подшипников 1 компл.
измерение осевого положения ротора 1 компл.
система блокировки для защиты турбины 1
необходимые местные КИП 1 компл.
местные датчики и сигнализаторы, смонтированы на стойке 1 компл.
местные датчики и сигнализаторы для установки вне объема поставки, как отдельные детали 1 компл.
специальные кабели для электронной системы управления турбиной 1 компл.

Все модули в объеме поставки продавца снабжены внутренней проводкой и испытаны до клеммных коробок.

7.7 Генератор

7.8 Фундамент турбогенератора

7.9 Услуги

  • шеф-монтаж (по тарифам за день)
  • пуско-наладка (по тарифам за день)
  • пробный пуск (2 недели, 1 смена) (по тарифам за день)
  • обучение персонала покупателя во время пуско-наладки и пробный пуск

7.10 Исключения из объема поставки

Следующие основные компоненты, материалы и услуги не входят в объем поставки продавца турбины:

  • проектирование, компоновка, производство, поставка деталей и услуг, не указанных в данном документе
  • рабочие чертежи
  • анализ устойчивости для внедрения генератора в производство
  • другие системы кодирования на предприятии
  • строительные расчеты, строительные работы, цементные материалы
  • опорные конструкции, платформы, лестницы, ограды для нагревателей и другое оборудование
  • крышки пола, мостки
  • мостки из рифленого листа для отверстий в полу, траншей и каналов
  • системы освещения и связи, оборудование для кондиционирования воздуха
  • распределительное устройство, шкаф управления электродвигателями, низковольтная сеть, кабели и кабельные каналы
  • ИБП 220 В переменного тока, аккумуляторная батарея, зарядное устройство и панели
  • система заземления
  • оборудование для пожаротушения
  • краны
  • ответные фланцы, болты, гайки, прокладки на всех конечных точках поставки
  • система охлаждающей воды
  • нагреватели, деаэратор, линии питательной воды, дренажный бак, система байпаса
  • термоизоляция для труб, кабелепроводов и вспомогательного оборудования
  • первая заправка маслом, масляный сепаратор
  • капюшон для шумозащиты
  • нет испытания на нагрузку по поступающему маслу на заводе, первое заполнение маслом, очиститель масла
  • стандартные инструменты и сварочное оборудование для установки и обслуживании на площадке
  • запчасти (кроме запчастей для пуско-наладки) (опция)
  • испытание турбины без нагрузки в цеху
  • покрасочные материалы на площадке
  • хранение, подготовка к эксплуатации в зимний период
  • установка
  • пуско-наладка, пробная эксплуатация
  • курс обучения на предприятии поставщика
  • проверки третьей стороной
  • эксплуатационное испытание, специально откалиброванные инструменты для эксплуатационного испытания

7.11 Границы поставки

  • плиты основания для поставляемого оборудования
  • патрубки на входе/выходе турбины для свежего пара и пара отбора
  • входные/выходные фланцы у обратного клапана отбора
  • входные/выходные фланцы для охлаждающей воды у конденсатора, охладителя масла и охладителя генератора
  • выход конденсата после регулирующего клапана в области основания турбины
  • выходной вентилятор - конденсатор уплотняющего пара
  • выходной эксгаустер
  • клеммы для электрооборудования/КИП у шкафа управления турбины/генератора
  • клеммы для электрооборудования/КИП у местных распределительных коробок
  • клеммы для портативных КИП
  • клеммы для электродвигателей, приводов, электромагнитных клапанов
  • клеммы 10,5 кВ для генератора

У этой паровой турбины хорошо видны лопатки рабочих колес.

Тепловая электростанция (ТЭЦ) использует энергию, высвобождающуюся при сжигании органического топлива - угля, нефти и природного газа - для превращения воды в пар высокого давления. Этот пар, имеющий давление около 240 килограммов на квадратный сантиметр и температуру 524°С (1000°F), приводит во вращение турбину. Турбина вращает гигантский магнит внутри генератора, который вырабатывает электроэнергию.

Современные тепловые электростанции превращают в электроэнергию около 40 процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, остальная сбрасывается в окружающую среду. В Европе многие тепловые электростанции используют отработанную теплоту для отопления близлежащих домов и предприятий. Комбинированная выработка тепла и электроэнергии увеличивает энергетическую отдачу электростанции до 80 процентов.

Паротурбинная установка с электрогенератором

Типичная паровая турбина содержит две группы лопаток. Пар высокого давления, поступающий непосредственно из котла, входит в проточную часть турбины и вращает рабочие колеса с первой группой лопаток. Затем пар подогревается в пароперегревателе и снова поступает в проточную часть турбины, чтобы вращать рабочие колеса с второй группой лопаток, которые работают при более низком давлении пара.

Вид в разрезе

Типичный генератор тепловой электростанции (ТЭЦ) приводится во вращение непосредственно паровой турбиной, которая совершает 3000 оборотов в минуту. В генераторах такого типа магнит, который называют также ротором, вращается, а обмотки (статор) неподвижны. Система охлаждения предупреждает перегрев генератора.

Выработка энергии при помощи пара

На тепловой электростанции топливо сгорает в котле, с образованием высокотемпературного пламени. Вода проходит по трубкам через пламя, нагревается и превращается в пар высокого давления. Пар приводит во вращение турбину, вырабатывая механическую энергию, которую генератор превращает в электричество. Выйдя из турбины, пар поступает в конденсатор, где омывает трубки с холодной проточной водой, и в результате снова превращается в жидкость.

Мазутный, угольный или газовый котел

Внутри котла

Котел заполнен причудливо изогнутыми трубками, по которым проходит нагреваемая вода. Сложная конфигурация трубок позволяет существенно увеличить количество переданной воде теплоты и за счет этого вырабатывать намного больше пара.

Введение

Турбогенераторы (ТГ) представляют собой основной вид генерирующего оборудования, обеспечивающего свыше 80% общего мирового объема выработки электроэнергии. Одновременно ТГ являются и наиболее сложным типом электрических машин, в которых тесно сочетаются проблемы мощности, габаритов, электромагнитных характеристик, нагрева, охлаждения, статической и динамической прочности элементов конструкции. Обеспечение максимальной эксплуатационной надежности и экономичности ТГ является центральной научно-технической проблемой. Вместе с тем, несмотря на огромное количество работ, выполненных за прошедшие десятилетия, вопросы дальнейшего развития теории, разработки более совершенных технологий и конструкций ТГ, методов расчета и исследований не теряют своей актуальности.

Турбогенератор - неявнополюсный синхронный генератор, основная функция которого состоит в конвертации механической энергии в работе от паровой или газовой турбины в электрическую при высоких скоростях вращения ротора (3000,1500об/мин). Механическая энергия от турбины конвертируется в электрическую при помощи вращающегося магнитного поля, которое создается током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, что в свою очередь приводит к возникновению трехфазного переменного тока и напряжения в обмотках статора. В зависимости от систем охлаждения турбогенераторы подразделяются на несколько видов: генераторы с воздушным охлаждением, генераторы с водородным охлаждением и генераторы с водяным охлаждением. Также существуют комбинированные типы, например, генератор с водородно-водяным охлаждением (ТВВ). Турбогенератор ТВВ-320-2 предназначен для выработки электрической энергии на тепловой электростанции при непосредственном соединении с паровой турбиной К-300-240 Ленинградского металлического завода или Т-250-240 Уральского турбомоторного завода.

Задание

а) конструкция и принцип действия электрической в соответствии с заданием, сфера применения;

б) схема-развертка обмотки.

Выбор варианта

а) выбирается по таблице 1.1

Таблица 1.1

б) выбирается по таблицам 1.2 и 1.3

Таблица 1.2

Таблица 1.3

Турбогенераторы

2.1 Турбогенератор - работающий в паре с турбиной синхронный генератор. Основная функция в преобразовании механической энергии вращения паровой или газовой турбины в электрическую. Скорость вращения ротора 3000, 1500 об/мин. Механическая энергия от турбины преобразуется в электрическую посредством вращающегося магнитного поля ротора в статоре. Поле ротора, которое создается током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, приводит к возникновениютрёхфазного переменного напряжения и тока в обмотках статора. Напряжение и ток на статоре тем больше, чем сильнее поле ротора, т.е. больше ток протекающий в обмотках ротора. Напряжение и ток в обмотках ротора создает тиристорная система возбуждения или возбудитель - небольшой генератор на валу турбогенератора. Турбогенераторы имеют цилиндрический ротор установленный на двух подшипниках скольжения, в упрощенном виде напоминает увеличенный генератор легкового автомобиля. Выпускаются 2-х полюсные (3000 об/мин), 4-х полюсные (1500 об/мин как на Балаковской АЭС), следовательно, имеют высокие частоты вращения и проблемы с этим связанные. По способам охлаждения обмоток турбогенератора различают: с водяным охлаждением (три воды), с воздушным и водородным (чаще применяются на АЭС).

В зависимости от системы охлаждения турбогенераторы подразделяются на несколько типов: с воздушным, масляным, водородным и водяным охлаждением. Также существуют комбинированные типы, например, генераторы с водородно-водяным охлаждением. Также существуют специальные турбогенераторы, к примеру, локомотивные, служащие для питания цепей освещения и радиостанции паровоза. В авиации турбогенераторы служат дополнительными бортовыми источниками электроэнергии. Например, турбогенератор ТГ-60 работает на отбираемом от компрессора авиадвигателя сжатого воздуха, обеспечивая привод генератора трёхфазного переменного тока 208 вольт, 400 герц, номинальной мощностью 60 кВ*А.

Конструкция турбогенератора

Генератор состоит из двух ключевых компонентов - статора и ротора. Но каждый из них содержит большое число систем и элементов. Ротор - вращающийся компонент генератора и на него воздействуют динамические механические нагрузки, а также электромагнитные и термические. Статор - стационарный компонент турбогенератора, но он также подвержен воздействию существенных динамических нагрузок - вибрационных и крутящих, а также электромагнитных, термических и высоковольтных. Первоначальный (возбуждающий) постоянный ток ротора генератора подается на него с возбудителя генератора. Обычно возбудитель соосно соединён упругой муфтой с валом генератора и является продолжением системы турбина-генератор-возбудитель. Хотя на крупных электрических станциях предусмотрено и резервное возбуждение ротора генератора. Такое возбуждение происходит от отдельно стоящего возбудителя. Такие возбудители постоянного тока приводятся в действие своим электродвигателем переменного трехфазного тока и включены как резерв в схему сразу нескольких турбоустановок. С возбудителя постоянный ток подается в ротор генератора посредством скользящего контакта через щётки и контактные кольца. Современные турбогенераторы используют тиристорные системы самовозбуждения.

Работа турбогенератора

Неявнополюсные роторы (рис. 10 и 11) применя­ют в синхронных машинах большой мощности, имеющих частоту вращения п = 1500÷3000 об/мин. Изготовление ма­шин большой мощности с такими частотами вращения при явнополюсной конструкции ротора невозможно по услови­ям механической прочности ротора и крепления полюсов и обмотки возбуждения.

Неявнополюсные роторы имеют главным образом син­хронные генераторы, предназначенные для непосредствен­ного соединения с паровыми турбинами. Такие машины на­зывают турбогенераторами. Турбогенераторы для тепловых электрических станций имеют частоту вращения 3000 об/мин и два полюса, а для атомных станций - 1500 об/мин и четыре по­люса. Ротор турбогенераторов выполняют массивным из цельной стальной поковки. Для роторов турбогенерато­ров большой мощности применяют высококачественную хромоникелевую или хромоникельмолибденовую сталь. По условиям механической прочности диаметр ротора при частоте вращения 3000 об/мин не должен превышать 1,2-1,25 м. Чтобы обеспечить необходимую меха­ническую жесткость, активная длина ротора должна быть не больше 6,5 м.

На рис. 10 дан общий вид, а на рис. 11 - поперечный разрез двухполюсного ротора тур­богенератора.

На наружной поверхности ротора фрезеруют пазы прямоугольной формы, в которые укладывают катушки обмотки возбуждения. Примерно на одной трети полюс­ного деления обмотку не укладывают, и эта часть образует так называемый большой зубец, через который проходит основная часть магнитного потока генератора. Иногда в большом зубце выполняют пазы, которые образуют вен­тиляционные каналы. Из-за больших центробежных сил, действующих на об­мотку возбуждения, ее крепление в пазах производят с по­мощью немагнитных металлических клиньев. Немагнитные клинья ослабляют магнитные потоки пазового рассеяния, которые могут вызывать насыщение зубцов и приводить к уменьшению полезного потока. Пазы большого зубца за­крывают магнитными клиньями. Лобовые части обмотки закрепляют роторными бандажами. Обмотка ротора имеет изоляцию класса В или F. Выводы от обмотки возбуждения подсоединяют к контактным кольцам на роторе. Вдоль оси ротора по всей его длине просверливают цент­ральное отверстие, которое служит для исследования ма­териала центральной части поковки и для разгрузки по­ковки от опасных внутренних напряжений. На рис. 12 дан общий вид турбогенератора. В турбогенераторах функ­цию демпферной обмотки выполняют массивное тело рото­ра и клинья.

Кроме турбогенераторов с неявнополюсным ротором вы­пускают быстроходные синхронные двигатели большой мощности - турбодвигатели.

Посредством вращающегося магнитного поля ротора в статоре . Поле ротора, которое создается либо установленными на ротор постоянными магнитами, либо током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, приводит к возникновению трёхфазного переменного напряжения и тока в обмотках статора. Напряжение и ток на статоре тем больше, чем сильнее поле ротора, т.е. больше ток протекающий в обмотках ротора. У синхронных турбогенераторов с внешним возбуждением напряжение и ток в обмотках ротора создает тиристорная система возбуждения или возбудитель - небольшой генератор на валу турбогенератора. Турбогенераторы имеют цилиндрический ротор установленный на двух подшипниках скольжения , в упрощенном виде напоминает увеличенный генератор легкового автомобиля. Выпускаются 2-х полюсные (3000 об/мин), 4-х полюсные (1500 об/мин как на Балаковской АЭС), и многополюсные машины, в зависимости от мест эксплуатации и требований Заказчика. По способам охлаждения обмоток турбогенератора различают: с жидкостным охлаждением через рубашку статора; с жидкостным непосредственным охлаждением обмоток; с воздушным охлаждением; с водородным охлаждением (чаще применяются на АЭС).

История

Один из основателей компании «ABB » Чарльз Браун построил первый турбогенератор в 1901 году . Это был 6-ти полюсный генератор мощностью 100 кВА .

Появление во второй половине XIX века мощных паровых турбин привело к тому, что потребовались высокоскоростные турбогенераторы. Первое поколение этих машин имело стационарную магнитную систему и вращающуюся обмотку. Но данная конструкция имеет целый ряд ограничений, одно из них - небольшая мощность. Кроме этого, ротор явнополюсного генератора не способен выдерживать большие центробежные усилия.

Основным вкладом Чарльза Брауна в создание турбогенератора было изобретение ротора, в котором его обмотка (обмотка возбуждения) укладывается в пазы, которые получаются в результате механической обработки поковки. Вторым вкладом Чарльза Брауна в создание турбогенератора была разработка в 1898 году ламинированного цилиндрического ротора. И, в конечном итоге, в 1901 году он построил первый турбогенератор. Данная конструкция используется в производстве турбогенераторов по сей день.

Типы турбогенераторов

В зависимости от системы охлаждения турбогенераторы подразделяются на несколько типов: с воздушным, масляным, водородным и водяным охлаждением. Также существуют комбинированные типы, например, генераторы с водородно-водяным охлаждением.

Также существуют специальные турбогенераторы, к примеру, локомотивные, служащие для питания цепей освещения и радиостанции паровоза . В авиации турбогенераторы служат дополнительными бортовыми источниками электроэнергии. Например, турбогенератор ТГ-60 работает на отбираемом от компрессора авиадвигателя сжатого воздуха, обеспечивая привод генератора трёхфазного переменного тока 208 вольт, 400 герц, номинальной мощностью 60 кВ*А.

Конструкция турбогенератора

Генератор состоит из двух ключевых компонентов - статора и ротора. Но каждый из них содержит большое число систем и элементов. Ротор - вращающийся компонент генератора и на него воздействуют динамические механические нагрузки, а также электромагнитные и термические. Статор - стационарный компонент турбогенератора, но он также подвержен воздействию существенных динамических нагрузок - вибрационных и крутящих, а также электромагнитных, термических и высоковольтных.

Возбуждение ротора генератора

Первоначальный (возбуждающий) постоянный ток ротора генератора подается на него с возбудителя генератора. Обычно возбудитель соосно соединён упругой муфтой с валом генератора и является продолжением системы турбина-генератор-возбудитель. Хотя на крупных электрических станциях предусмотрено и резервное возбуждение ротора генератора. Такое возбуждение происходит от отдельно стоящего возбудителя. Такие возбудители постоянного тока приводятся в действие своим электродвигателем переменного трехфазного тока и включены как резерв в схему сразу нескольких турбоустановок. С возбудителя постоянный ток подается в ротор генератора посредством скользящего контакта через щётки и контактные кольца. Современные турбогенераторы используют тиристорные системы самовозбуждения.

Напишите отзыв о статье "Турбогенератор"

Литература

  • Вольдек А. И. Электрические машины. Энергия. Л. 1978
  • Operation and Maintenance of Large Turbo Generators, by Geoff Klempner and Isidor Kerszenbaum, ISBN 0-471-61447-5, 2004

Примечания

: неверное или отсутствующее изображение

 Для улучшения этой статьи желательно :
  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые , подтверждающие написанное .[[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. )]][[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. )]]

Ссылки

Отрывок, характеризующий Турбогенератор

– Мы просто гуляем, – улыбаясь сказала Стелла. – Мы не будем вам мешать.
– А кого вы ищете? – спросила Атенайс.
– Никого, – удивилась малышка. – А почему вы думаете, что мы должны кого-то искать?
– А как же иначе? Вы сейчас там, где все ищут себя. Я тоже искала... – она печально улыбнулась. – Но это было так давно!..
– А как давно? – не выдержала я.
– О, очень давно!... Здесь ведь нет времени, как же мне знать? Всё, что я помню – это было давно.
Атенайс была очень красивой и какой-то необычайно грустной... Она чем-то напоминала гордого белого лебедя, когда тот, падая с высоты, отдавая душу, пел свою последнюю песню – была такой же величественной и трагичной...
Когда она смотрела на нас своими искристыми зелёными глазами, казалось – она старее, чем сама вечность. В них было столько мудрости, и столько невысказанной печали, что у меня по телу побежали мурашки...
– Можем ли мы вам чем-то помочь? – чуточку стесняясь спрашивать у неё подобные вопросы, спросила я.
– Нет, милое дитя, это моя работа... Мой обет... Но я верю, что когда-нибудь она закончится... и я смогу уйти. А теперь, скажите мне, радостные, куда вы хотели бы пойти?
Я пожала плечами:
– Мы не выбирали, мы просто гуляли. Но мы будем счастливы, если вы хотите нам что-нибудь предложить.
Атенайс кивнула:
– Я охраняю это междумирье, я могу пропустить вас туда, – и, ласково посмотрев на Стеллу, добавила. – А тебе, дитя, я помогу найти себя...
Женщина мягко улыбнулась, и взмахнула рукой. Её странное платье колыхнулось, и рука стала похожа на бело-серебристое, мягкое пушистое крыло... от которого протянулась, рассыпаясь золотыми бликами, уже другая, слепящая золотом и почти что плотная, светлая солнечная дорога, которая вела прямо в «пламенеющую» вдали, открытую золотую дверь...
– Ну, что – пойдём? – уже заранее зная ответ, спросила я Стеллу.
– Ой, смотри, а там кто-то есть... – показала пальчиком внутрь той же самой двери, малышка.
Мы легко скользнули внутрь и... как будто в зеркале, увидели вторую Стеллу!.. Да, да, именно Стеллу!.. Точно такую же, как та, которая, совершенно растерянная, стояла в тот момент рядом со мной...
– Но это же я?!.. – глядя на «другую себя» во все глаза, прошептала потрясённая малышка. – Ведь это правда я... Как же так?..
Я пока что никак не могла ответить на её, такой вроде бы простой вопрос, так как сама стояла совершенно опешив, не находя никакого объяснения этому «абсурдному» явлению...
Стелла тихонько протянула ручку к своему близнецу и коснулась протянутых к ней таких же маленьких пальчиков. Я хотела крикнуть, что это может быть опасно, но, увидев её довольную улыбку – промолчала, решив посмотреть, что же будет дальше, но в то же время была настороже, на тот случай, если вдруг что-то пойдёт не так.
– Так это же я... – в восторге прошептала малышка. – Ой, как чудесно! Это же, правда я...
Её тоненькие пальчики начали ярко светиться, и «вторая» Стелла стала медленно таять, плавно перетекая через те же самые пальчики в «настоящую», стоявшую около меня, Стеллу. Её тело стало уплотняться, но не так, как уплотнялось бы физическое, а как будто стало намного плотнее светиться, наполняясь каким-то неземным сиянием.
Вдруг я почувствовала за спиной чьё-то присутствие – это опять была наша знакомая, Атенайс.
– Прости меня, светлое дитя, но ты ещё очень нескоро придёшь за своим «отпечатком»... Тебе ещё очень долго ждать, – она внимательнее посмотрела мне в глаза. – А может, и не придёшь вовсе...
– Как это «не приду»?!.. – испугалась я. – Если приходят все – значит приду и я!
– Не знаю. Твоя судьба почему-то закрыта для меня. Я не могу тебе ничего ответить, прости...
Я очень расстроилась, но, стараясь изо всех сил не показать этого Атенайс, как можно спокойнее спросила:
– А что это за «отпечаток»?
– О, все, когда умирают, возвращаются за ним. Когда твоя душа кончает своё «томление» в очередном земном теле, в тот момент, когда она прощается с ним, она летит в свой настоящий Дом, и как бы «возвещает» о своём возвращении... И вот тогда, она оставляет эту «печать». Но после этого, она должна опять возвратиться обратно на плотную землю, чтобы уже навсегда проститься с тем, кем она была... и через год, сказав «последнее прощай», оттуда уйти... И вот тогда-то, эта свободная душа приходит сюда, чтобы слиться со своей оставленной частичкой и обрести покой, ожидая нового путешествия в «старый мир»...
Я не понимала тогда, о чём говорила Атенайс, просто это звучало очень красиво...
И только теперь, через много, много лет (уже давно впитав своей «изголодавшейся» душой знания моего удивительного мужа, Николая), просматривая сегодня для этой книги своё забавное прошлое, я с улыбкой вспомнила Атенайс, и, конечно же, поняла, что то, что она называла «отпечатком», было просто энергетическим всплеском, который происходит с каждым из нас в момент нашей смерти, и достигает именно того уровня, на который своим развитием сумел попасть умерший человек. А то, что Атенайс называла тогда «прощание» с тем, «кем она была», было ни что иное, как окончательное отделение всех имеющихся «тел» сущности от её мёртвого физического тела, чтобы она имела возможность теперь уже окончательно уйти, и там, на своём «этаже», слиться со своей недостающей частичкой, уровня развития которой она, по той или иной причине, не успела «достичь» живя на земле. И этот уход происходил именно через год.

Конструкция данного агрегата описывается еще в учебниках 8 класса по физике. Об устройстве паровой турбины рассказывается в книгах следующим образом. Данный вид турбины - это вид двигателя, в котором пар или же нагретый воздух способен вращать вал двигателя без взаимодействия с поршнем, шатуном или коленчатым валом.

Краткое описание устройства

Кратко устройство паровой турбины можно описать следующим образом. На основной элемент, то есть вал, закрепляется диск, к которому крепятся лопатки. Около данных элементов также располагаются такие части, как трубы-сопла. Через них и происходит подача пара из котла. При прохождении пара сквозь сопло он оказывает определенное давление на лопатки, а также диск всей установки. Именно это воздействие приводит во вращение диск турбины вместе с лопатками.

В настоящее время в таких агрегатах чаще всего используется несколько дисков, которые насаживаются на один вал. При таком устройстве паровой турбины происходит следующее. Энергия пара, проходя через каждую лопатку каждого диска, будет отдавать часть своей энергии этим элементам. Основное применение паровые турбины нашли на атомных, а также где они соединяются с валом электрического тока. Скорость вращения вала паровой турбины достигает 3000 оборотов в минуту. Данного значения хватает для приемлемой работы генераторов электрического тока.

Если говорить о применении данных агрегатов, то стоит упомянуть, что они успешно эксплуатируются на кораблях и суднах. Однако из-за устройства паровой турбины, в частности, по причине того, что необходимо большое количество воды для работы турбины, ее эксплуатация на сухопутных и воздушных средствах передвижения невозможна.

Устройство сопла турбины. На что оно влияет

Одним из важнейших элементов для работы устройства стало сопло, сквозь которое и осуществляется прохождение пара.

В наиболее раннем устройстве паровой турбины, когда еще до конца не были изучены такие вещи, как расширение пара, построить рационально функционирующий агрегат с высоким КПД было проблематично. Причина заключалась в том, что сопло, которое использовалось вначале, имело одинаковый диаметр по всей своей длине. А это влекло за собой то, что пар, проходя через трубу и попадая в пространство с меньшим давлением, чем внутри, терял давление и увеличивал свою скорость, но только до определенного значения. Если говорить о насыщении сухого пара, то его давление на выходе из трубки не может быть меньше, чем 0,58 от начального давления. Данный параметр называют Основываясь на этом значении, можно получить и предельную скорость движения пара, которую называют также критической скоростью, а ее значение для перегретого пара равно 0,546 от начального давления.

Таких параметров оказалось мало для нормального функционирования турбины. К тому же при выходе из сопла такой формы пар начинал клубиться из-за расширения в атмосфере. Все эти недостатки удалось устранить, когда устройство паровой турбины, ее сопла, было изменено. В начале отбора труба была узкой, постепенно расширяясь к концу. Основная отличительная особенность, которая стала решающим фактором, - это то, что с такой формой стало возможно привести давление у конца сопла к давлению окружающей среды после трубы. Это решило проблему с клубами пара, которые сильно снижали скорость, а также удалось добиться сверхкритических значений для этого параметра, а также давления.

Устройство паровой турбины и принцип работы

Здесь важно сказать о том, что паровая турбина использует два различных принципа работы, которые зависят от ее устройства.

Первый принцип называют активными турбинами. В этом случае, имеются в виду устройства, у которых расширения пара осуществляется только в неподвижных соплах, а также до поступления его на рабочие лопатки.

Устройство паровой турбины и принцип работы второго типа называют реактивным. К таким агрегатам относят те, у которых расширение пара происходит не только до вступления его на рабочие лопатки, но и во время прохождения между таковыми. Еще такие устройства называют работающими на реакции. Если падения тепла в соплах составляет примерно половину от общего теплопадения, то турбину называют также реактивной.

Если рассматривать устройство паровой турбины и ее основных элементов, то нужно обратить внимание на следующее. Внутри турбины происходит такой процесс: струя жидкости, которая направляется на лопатку, будет оказывать на нее давление, которое будет зависеть от таких параметров, как расход, скорость при входе, а также при выходе на поверхность, форма поверхности лопатки, угол направления струи по отношению к данной поверхности. Здесь важно отметить, что при такой работе вовсе не нужно делать так, чтобы поток воды бил о лопатку. Напротив, в устройствах паровых агрегатов этого принято избегать, и чаще всего делают так, чтобы струя плавно обтекала лопатку.

Активная работа

Каково устройство паровой турбины, работающей на таком принципе. Здесь за основу взят закон о том, что любое тело, обладающее даже малой скоростью, может иметь высокую кинетическую энергию, если движется с большой скоростью. Однако здесь сразу же надо учитывать, что эта энергия очень быстро пропадает, если скорость тела начнет падать. В таком случае, имеется два варианта развития событий, если струя пара ударится о плоскую поверхность, которая будет перпендикулярна ее движению.

Первый вариант - удар происходит о неподвижную поверхность. В таком случае вся кинетическая энергия, которой обладало тело, частично превратится в тепловую энергию, а остальная часть израсходуется на то, чтобы отбросить частицы жидкости в обратном направлении, а также назад. Естественно, что никакой полезной работы выполнено при этом не будет.

Второй вариант - поверхность может перемещаться. В таком случае некоторая часть энергии уйдет на то, чтобы сдвинуть платформу с места, а остальная все так же будет затрачена впустую.

В устройстве паровой турбины и принципе действия, который называется активным, используется именно второй вариант. Естественно, нужно понимать, что при работе агрегата необходимо добиться того, чтобы расход энергии на бесполезную работу был минимальным. Еще одно важное условие заключается в том, что необходимо направить струю пара таким образом, чтобы она не повреждала лопатки при ударе. Достичь выполнения этого условия можно лишь при определенной форме поверхности.

Путем испытаний и расчетов было установлено, что наилучшей поверхностью для работы со струями пара является та, которая сможет обеспечить плавный поворот, после которого движение рабочего вещества будет перенаправлено в противоположную сторону от изначальной. Другими словами, необходимо придать лопаткам форму полукруга. В таком случае, сталкиваясь с препятствием, максимальная часть кинетической энергии будет передаваться механическом устройству, заставляя его вращаться. Потери же сведутся к минимуму.

Как работает активная турбина

Устройство и принцип действия паровой турбины активного типа заключается в следующем.

Свежий пар с определенными значениями давления и скорости передается в сопло, где происходит его расширение также до определенного показателя давления. Естественно, что вместе с этим параметром, будет увеличиваться и скорость струи. С увеличенным значением скорости, поток пара доходит до механических частей - лопаток. Воздействуя на эти элементы, струя рабочего вещества заставляет вращаться диск, а также вал, на котором он закреплен.

Далее, при выходе из лопаток, поток пара обладает уже другим значением скорости, которое обязательно будет ниже, чем перед этими элементами. Это происходит из-за того, что часть кинетической энергии преобразовалась в механическую. Здесь также важно отметить, что во время прохождения по лопаткам значение давления меняется. Однако важно то, что на входе и на выходе из этих элементов данный параметр имеет одинаковое значение. Это обусловлено тем, что каналы между лопатками обладают одинаковым сечением по всей своей длине, а также внутри этих деталей не происходит добавочного расширения пара. Для того чтобы выпустить пар, который уже отработал, имеется специальный патрубок.

Механическое устройство турбины

Устройство и работа паровой турбины с точки зрения механики выглядят так.

Агрегат состоит из трех цилиндров, каждый из которых представляет собой статор, имеющий неподвижный корпус, а также вращающийся ротор. Отдельно расположенные роторы соединяются муфтами. Цепочка, которая собирается из отдельных роторов цилиндров, а также из генератора и возбудителя, называется валопроводом. Длина данного устройства при максимальном значении составляющих компонентов (в настоящее время - это не больше 5 генераторов) - 80 метров.

Далее, устройство и работа паровой турбины выглядят так. Валопровод выполняет вращательное движение в таких элементах, как опорные подшипники скольжения вкладышей. Вращение происходит на тонкой масляной пленке, металлической же части этих вкладышей вал во время вращения не касается. На сегодняшний день все роторы конструкции размещаются на двух опорных подшипниках.

В некоторых случаях между роторами, принадлежащими к ЦВД и ЦСД, имеется лишь один общий опорный подшипник. Весь пар, который расширяется в турбине, заставляет каждый из роторов выполнять вращательное движение. Вся мощность, которая вырабатывается каждым из роторов, складывается на полумуфте в общее значение и там достигает своего максимального показателя.

Кроме того, каждый элемент находится под воздействием осевого усилия. Эти усилия суммируются, а их максимальное значение, то есть общая осевая нагрузка, передается с гребня на упорные сегменты. Эти детали устанавливаются в корпусе упорного подшипника.

Устройство ротора турбины

Каждый ротор помещается в корпус цилиндра. Показатели давления на сегодняшний день они могут достигать 300 МПа, так что корпус данных устройств выполняется двустенным. Это помогает уменьшить разность давления на каждый из них, что позволяет уменьшать толщину каждой из них. Кроме того, это помогает упростить процесс затяжки фланцевых соединений, а также дает возможность турбине при необходимости быстро изменить показатель своей мощности.

Обязательным является наличие горизонтального разъема, который предназначен для легкого процесса монтажа внутрь корпуса, а также должен обеспечивать быстрый доступ к уже установленному ротору, во время проведения ревизии или ремонта. Когда осуществляется непосредственный то все плоскости разъемов нижних корпусов монтируются специальным образом. Чтобы упростить данную операцию, принято считать, что все горизонтальные плоскости соединены в одну общую.

Когда в дальнейшем наступает момент монтажа валоповоротного устройства паровой турбины, то его помещают в уже имеющийся горизонтальный разъем, что обеспечивает его центровку. Это необходимо для того, чтобы избежать ударения ротора о статор во время вращения. Такой дефект может привести к довольно серьезной аварии на объекте. Из-за того, что пар внутри турбины характеризуется очень высокой температурой, а вращение ротора происходит на масляных пленках, температура масла должна быть не более чем 100 градусов по Цельсию. Это значение подходит как по требованиям пожаробезопасности, так и соответствует наличию определенных смазочных свойств у материала. Для того чтобы добиться таких показателей, вкладыши подшипников выносятся за корпус цилиндра. Их размещают в специальных точках - опорах.

Паровые установки на атомных станциях

Устройство паровой турбины на АЭС можно рассматривать на примере установок насыщенного пара, которые имеются лишь на тех объектах, где используется водяной теплоноситель. Здесь стоит отметить, что начальные характеристики паровых турбин на атомных станциях, характеризуются низкими показателями. Это вынуждает пропускать большее количество рабочего вещества, чтобы добиться нужного результата. Кроме того, из-за этого образуется повышенная влажность, которая быстро нарастает по ступеням турбины. Это привело к тому, что на таких объектах приходится использовать внутритурбинные и внешние влагоулавливающие устройства.

Из-за высокой влажности используемого пара снижается коэффициент полезного действия, а также довольно быстро развивается эрозийный износ проточных частей. Для того чтобы избежать данной проблемы, приходится использовать различные методы укрепления поверхности. К таким способам относятся хромирование, закаливание, электроискровая обработка и т. д. Если на других объектах удается использовать простейшее устройство паровых турбин, то на АЭС нужно не только думать о защите от коррозии, но и об отводе влаги.

Наиболее эффективным способом отвода лишней влаги из турбины стал отбор пара. Отбор вещества осуществляется на регенеративные подогреватели. Тут важно отметить, что если такие отборы установлены после каждой ступени расширения, то необходимость в разработке дополнительных внутритурбинных влагоулавливателей отпадает. Также можно добавить, что допустимые пределы влажности пара основываются на диаметре лопатки, а также на скорости вращения.

Каково устройство паровых и газовых турбин

Наилучшим качеством, которое стало важнейшим преимуществом паровой турбины, является то, что она не требует какого-либо соединения с валом электрического генератора. Также это устройство отлично справлялось с перегрузками, и его легко можно было регулировать по частоте вращения. у таких агрегатов также довольно высок, что в сочетании с другими преимуществами и вывело их на передний план, если возникала необходимость соединения с электрическими генераторами. Таким же является и устройство паровой турбины AEG.

Схожими объектами стали и газовые турбины. Если рассматривать эти приспособления с точки зрения конструкции, то они практически ничем не отличаются. Как и паровая турбина, газовая является машиной лопаточного типа. Кроме этого, в обоих агрегатах вращение ротора достигается за счет того, что происходит трансформация кинетической энергии потока рабочего вещества.

Существенное отличие между этими установками заключается как раз в типе рабочего вещества. Естественно, что в паровой турбине таким веществом является водяной пар, а в газовой установке - это газ, который чаще всего получен при сжигании каких-либо продуктов, либо является смесью пара и воздуха. Еще одно отличие заключается в том, что для образования этих рабочих веществ необходимо иметь разное дополнительное оборудование. Таким образом, получается, что сами по себе турбины очень похожи, но установки, образующиеся на объектах вокруг них, довольно сильно отличаются.

Паровая турбина с конденсатом

Конденсационные устройства и паровые турбины Лосев С. М. описывал в своей книге, выпущенной в 1964 году. Издание содержало теорию, конструкцию и эксплуатацию паровых установок, а также конденсационных агрегатов.

Турбинная установка, которая находится в котле, имеет три среды - вода, пар и конденсат. Эти три вещества образуют между собой некий замкнутый цикл. Тут важно отметить, что в такой среде во время преобразования теряется достаточно малое количество пара и жидкости. Чтобы компенсировать небольшие потери, в установку добавляют сырую воду, которая перед этим проходит водоочистительное устройство. В этом агрегате жидкость подвергается воздействию различных химикатов, основное предназначение которых в удалении ненужных примесей из воды.

Принцип работы в таких установках следующий:

  • Пар, который уже отработал и обладает пониженным давлением и температурой, попадает из турбины в конденсатор.
  • При прохождении этого участка пути имеется большое количество трубок, по которым непрерывно качается охлаждающая вода при помощи насоса. Чаще всего эта жидкость берется из рек, озер или прудов.
  • В момент соприкосновения с холодной поверхностью трубки отработавший пар начинает образовывать конденсат, так как его температура все еще выше, чем в трубах.
  • Весь скопившийся конденсат постоянно поступает в конденсатор, откуда он непрерывно откачивается насосом. После этого жидкость передается в деаэратор.
  • Из этого элемента вода снова поступает в паровой котел, где превращается в пар, и процесс начинается сначала.

Кроме основных элементов и простого принципа работы, имеется пара дополнительных агрегатов, таких как турбонаддув и подогреватель.