Что значит форсированное охлаждение

Непосредственное (форсированное) охлаждение

Дальнейшее повышение мощности турбогенераторов оказалось возможным при переходе на систему непосредственного охлаждения. В них охлаждающая среда непосредственно соприкасается с медью обмоток. В непосредственных системах охлаждения в качестве охлаждающей среды используют водород, воду (реже масло).

Непосредственное охлаждение турбогенераторов выполняется по четырем схемам:

1. Косвенное охлаждение статора и непосредственное охлаждение ротора водородом (генераторы ТВФ). Косвенное охлаждение обмотки и стали статора осуществляется по многоструйной радиальной схеме. Циркуляция водорода осуществляется вентиляторами на валу машины. Обмотка ротора охлаждается по схеме самовентиляции: газ (водород) забирается из зазора между статором и ротором через отверстия в пазовых клиньях с последующим выбросом нагретого газа обратно в зазор. Обмотка выполнена из сплошных проводников прямоугольного сечения с косыми вырезами в боковых поверхностях, образующих вентиляционные каналы.

2. Непосредственное охлаждение статора и ротора водородом (генераторы ТГВ). Циркуляция водорода обеспечивается компрессором, установленным со стороны контактных колец. Обмотка статора охлаждается по аксиальной (осевой) схеме. Так как в пазы статора укладывается большое число проводников малого сечения, затрудняется выполнение вентиляционных каналов (вырезов) достаточного сечения. Поэтому водород пропускают по специальным трубкам из немагнитной стали, проложенным в пазах.

Обмотка ротора охлаждается по аксиальной схеме или по схеме самовентиляции. В случае аксиального охлаждения обмотку ротора выполняют из проводников корытообразного сечения, образующих каналы, в которые газ подается с обеих сторон.

Сталь статора охлаждается по радиальной схеме через вентиляционные каналы в шихтованном сердечнике.

4. Непосредственное жидкостное охлаждение статора и ротора. Для генераторов ТГВ- 500, 1200 МВт и гидрогенераторов выполняют:

— охлаждение статора водой;

— охлаждение ротора водой;

— охлаждение стали водородом по радиальной схеме.

На ТЭС целесообразно использовать конденсат турбин, включив систему каналов охлаждения генератора в систему циркуляции турбины.

Для турбогенераторов ТВМ используется масло, которое прогоняется через осевые каналы в стали статора и полые проводники обмоток специальными маслонасосами. Сердечник статора отделен от ротора изоляционным цилиндром, который размещается в зазоре и герметично закреплен в торцах.

Эффективность рассмотренных систем охлажденияиллюстрируется табл. 2.1.

Источник

Форсированного охлаждения

квадратная станина, изоляция класса нагревостойкости F и форсированное охлаждение.

Для всех трансформаторов в зависимости от условий эксплуатации, определяемых резервом мощности, графиком нагрузки и температурой окружающей среды, могут быть допущены перегрузки. При необходимости допущения длительных перегрузок и, следовательно, перегревов рекомендуется применять форсированное охлаждение трансформатора (обдув с помощью вентиляторов).

6. Какие преимущества дает форсированное охлаждение электрических машин?

Непосредственное водяное охлаждение обмотки статора водой и форсированное охлаждение обмотки ротора было впервые в мировой практике применено в 1961 г. на генераторе 160 МВт для Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС. Впоследствии на базе опыта эксплуатации этого генератора были изготовлены крупнейшие в мире гидрогенераторы для Красноярской ГЭС мощностью 500 МВт и для Сая-но-Шушенской ГЭС мощностью 640 МВт.

в) Трансформатор с дутьевым охлаждением. В настоящее время применяется форсированное охлаждение радиаторов с помощью небольших вентиляторов, установленных на каждом радиаторе. По сравнению с естественным охлаждением бака обдув увеличивает теплорассеяние на 50—60%; следовательно, К3 •-= 15ч-

Выше было показано, что. теплоотдача путем излучения и конвекции с единицы внешней поверхности бака находится в зависимости от превышения температуры поверхности стенки бака вв.в над окружающим воздухом. Поскольку предельные превышения температуры обмоток и масла над воздухом даны в ГОСТ независимо от мощности трансформатора, разность температур вв.в, а следовательно, и теплоотдача с единицы поверхности бака для трансформаторов разной мощности будут примерно равными. Для того чтобы с ростом мощности трансформатора сохранить удельную тепловую нагрузку поверхности q и разность вб.в неизменным (§ 3-4), приходится прибегать к искусственному увеличению внешней поверхности бака путем применения стенок, выгнутых в виде волн, или установки охлаждающих труб, или подвески к баку радиаторов. При очень больших мощностях и в некоторых особых случаях применяется форсированное охлаждение путем обдувания охладителей б.ака вентиляторами, перекачки масла трансформатора через спе-цчальные охладители и т. д.

На 9-4 показано форсированное охлаждение бака с радиаторами при помощи обдувания небольшими вентиляторами, установленными на каждом радиаторе. При этом способе можно увеличить теплоотдачу бака на 50—60% по сравнению с теплоотдачей при естественном охлаждении.

Форсированное охлаждение во всех случаях требует постоянной дополнительной затраты энергии на перекачку масла и подачу воздуха или воды, чем снижается общий к. п. д. трансформатора.

В генераторах серии ТВФ применяется косвенное охлаждение обмоток статора водородом и непосредственное (форсированное) охлаждение обмотки ротора. Система вентиляции роторов генераторов серии ТВФ представлена на 2.7.

Генераторы с непосредственным водородным охлаждением на воздушном охлаждении работать не могут, так как обмотка, рассчитанная на форсированное охлаждение водородом, при работе на воздушном охлаждении перегреется и выйдет из строя. Поэтому при появлении больших утечек водорода из генератора, сопровождающихся глубоким и быстрым снижением давления водорода, генератор с непосредственным охлаждением должен быть аварийно разгружен и отключен от сети. Включение в сеть отключенного генератора может быть произведено лишь после устранения утечек и перевода его на водород, если для отыскания утечек он был переведен на воздух.

За счет улучшения конструкции, форсированного охлаждения и применения изоляционных материалов, допускающих более высокие превышения температуры, удалось в течение 50 лет снизить расход материалов в 3 раза ( 1.2).

Повышение мощности машины связано с увеличением ее диаметра и длины. При современном состоянии металлургии генераторы мощностью 100 тыс. кет с обычным поверхностным охлаждением воздухом при скорости вращения 3000 об/мин имеют предельные габариты по условию механической прочности. Дальнейшее повышение мощности машины при сохранении габаритов возможно лишь за счет увеличения электромагнитных нагрузок, что в свою очередь осуществимо путем форсированного охлаждения обмоток ротора и статора. Использование водорода с повышенным давлением вместо охлаждающего воздуха для крупных быстроходных синхронных машин позволяет значительно увеличить их мощность, поэтому в настоящее время наблюдается тенденция к форсированному охлаждению крупных электрических машин. Для большей эффективности применяют непосредственное охлаждение, при котором проводники обмоток находятся в соприкосновении с охлаждающим агентом — водородом или водой. Это позволяет повысить мощность единичного генератора до 800 тыс. кет и более.

Мощность турбогенераторов за последние 30—40 лет практически в тех же габаритах увеличилась в 10 раз. Это одно из самых крупных научных достижений второй половины XX в. Это увеличение мощности было достигнуто за счет форсированного охлаждения машин. Применение внутреннего водяного охлаждения обмоток статора и ротора позволяет довести мощность турбогенераторов до 2000 МВт.

жений. Большой эффект в деле экономии конструктивных материалов дает также применение новых систем форсированного охлаждения трансформаторов с направленной форсированной циркуляцией масла в каналах обмоток Е эффективных охладителях.

Опыт эксплуатации турбогенераторов серии ТВВ показал, что они имеют значительные резервы в системе охлаждения. В результате была предложена новая единая серия генераторов ТВВ и одновременно ТВФ, которые также используют систему форсированного охлаждения ротора. Новые машины за сче

использования более высоких электромагнитных

Сокращение расхода изоляционных материалов, трансформаторного масла и металла, употребляемого на изготовление баков и систем охлаждения трансформаторов, может быть достигнуто путем снижения испытательных напряжений и уменьшения изоляционных расстояний при улучшении изоляционных конструкций на основе совершенствования технологии обработки изоляции и применения новых средств защиты трансформаторов от перенапряжений. Большой эффект в деле экономии конструктивных материалов дает также применение новых систем форсированного охлаждения

В условиях, когда 60,В>-350С, номинальная мощность трансформатора дополнительно снижается на 1% на каждый градус повышения температуры окружающего воздуха в пределе до 60.В = = 45° С. При дальнейшем повышении 80,в обязательно применение форсированного охлаждения.

В условиях, когда 60 с > 35°С, номинальная мощность трансформатора дополнительно снижается на 1 % на каждый градус повышения температуры окружающего воздуха до 60, с = 45°С. При дальнейшем повышении • 80i c обязательно применение форсированного охлаждения.

Увеличение единичной мощности турбогенераторов сверх 150 тыс. кет было достигнуто применением форсированного охлаждения обмотки ротора водородом при давлении 1,5—2 атм и поверхностным охлаждением обмотки статора. Это дало возможность заводу «Электросила» построить в 1957 г. турбогенератор мощностью 200 тыс. кет.

За счет улучшения конструкции, форсированного охлаждения и применения изоляционных материалов, допускающих более высокие превышения температуры, удалось в течение 50 лет снизить расход материалов в 3 раза ( 1.2).

Работа с включенной системой форсированного охлаждения используется в основном в послеаварийных режимах, когда отключена часть трансформаторов подстанции, а оставшиеся работают с повышенной нагрузкой. Длительная работа с нагрузкой, превышающей проектную мощность трансформатора, как правило, нецелесообразна из-за возрастания нагрузочных потерь. Допустимость таких режимов должна быть подтверждена технико-экономическими расчетами.

Похожие определения:
Физически реализуемой
Физическое объяснение
Физическую интерпретацию
Фокальной плоскости
Формирования электронного
Формирования уравнений
Формирователь импульсов

Источник

Непосредственное (форсированное) охлаждение

Дальнейшее повышение мощности турбогенераторов оказалось возможным при переходе на систему непосредственного охлаждения. В них охлаждающая среда непосредственно соприкасается с медью обмоток. В непосредственных системах охлаждения в качестве охлаждающей среды используют водород, воду (реже масло).

Непосредственное охлаждение турбогенераторов выполняется по четырем схемам:

1. Косвенное охлаждение статора и непосредственное охлаждение ротора водородом (генераторы ТВФ). Косвенное охлаждениеобмоткиистали статораосуществляется помногоструйной радиальной схеме. Циркуляция водорода осуществляется вентиляторами на валу машины. Обмотка ротораохлаждается по схемесамовентиляции: газ (водород) забирается из зазора между статором и ротором через отверстия в пазовых клиньях с последующим выбросом нагретого газа обратно в зазор. Обмотка выполнена из сплошных проводников прямоугольного сечения с косыми вырезами в боковых поверхностях, образующих вентиляционные каналы.

2. Непосредственное охлаждение статора и ротора водородом (генераторы ТГВ). Циркуляция водорода обеспечивается компрессором, установленным со стороны контактных колец. Обмотка статораохлаждается поаксиальной (осевой)схеме. Так как в пазы статора укладывается большое число проводников малого сечения, затрудняется выполнение вентиляционных каналов (вырезов) достаточного сечения. Поэтому водород пропускают по специальным трубкам из немагнитной стали, проложенным в пазах.

Обмотка ротораохлаждается поаксиальнойсхеме или посхеме самовентиляции. В случае аксиального охлаждения обмотку ротора выполняют из проводников корытообразного сечения, образующих каналы, в которые газ подается с обеих сторон.

Сталь статораохлаждается по радиальнойсхеме через вентиляционные каналы в шихтованном сердечнике.

3. Непосредственное жидкостное охлаждение статора и непосредственное водородное охлаждение ротора. В качестве охлаждающей жидкости применяют масло и воду. Основное достоинство масла заключается в его высоких изолирующих свойствах, поэтому масло позволяет использовать дешевую бумажную изоляцию. Вместе с тем, масло разрушает изоляцию обмоток, пожароопасно, вязкость масла создает трудности его перемещения. Поэтому в большинстве случаев используют воду (генераторы ТВВ). Обмотка статораохлаждается по аксиальной схеме водой. Для этого обмотка выполняется из полых проводников прямоугольного сечения, внутри которых циркулирует вода. Сталь статораохлаждается порадиальной схеме водородом, ротор— по схеме самовентиляции водородом.

4. Непосредственное жидкостное охлаждение статора и ротора. Для генераторов ТГВ- 500, 1200 МВт и гидрогенераторов выполняют:

· охлаждениестатора водой;

· охлаждениеротора водой;

· охлаждениестали водородомпорадиальнойсхеме.

На ТЭС целесообразно использовать конденсат турбин, включив систему каналов охлаждения генератора в систему циркуляции турбины.

Для турбогенераторов ТВМ используется масло, которое прогоняется через осевые каналы в стали статора и полые проводники обмоток специальными маслонасосами. Сердечник статора отделен от ротора изоляционным цилиндром, который размещается в зазоре и герметично закреплен в торцах.

Эффективность рассмотренных систем охлажденияиллюстрируется табл. 2.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Системы охлаждения

В процессе эксплуатации генераторов изоляция обмоток постепенно изнашивается. Причиной того является воздействие целого ряда факторов: загрязнение, увлажнение, окисление кислородом воздуха, воздействие электрического поля, динамических нагрузок и т.д. Но главной причиной старения изоляции является её нагрев: чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается, тем меньше срок её службы. Срок службы изоляции зависит от температуры нагрева и регламентируется ГОСТ.

Температура обмотки и стали статора контролируется с помощью температурных индикаторов, в качестве которых используются термосопротивления (обычно медные катушки). Они закладываются заводом изготовителем на дно паза (для измерения температуры стали) и между стержнями (для измерения температуры меди) в местах предполагаемого наибольшего нагрева машины. Показания температуры в этих местах замеряются с помощью логометра, устанавливаемого на тепловом щите турбины.

Температуру нагрева обмотки ротора измеряют косвенно — по методу изменения омического сопротивления обмотки при нагреве (с помощью амперметра и вольтметра в цепи возбуждения).

По способу подачи охлаждающего вещества к обмоткам статора и ротора существуют две системы охлаждения генераторов — косвенное (поверхностное) и непосредственное (форсированное) охлаждение.

При косвенном охлаждении охлаждающий газ (воздух или водород) с помощью вентиляторов, расположенных на роторе, подается внутрь генератора и прогоняется через воздушный зазор и вентиляционные каналы. При этом охлаждающий газ не соприкасается с проводниками обмоток статора и ротора, и тепло, выделяемое ими, передается охлаждающему газу через значительный «тепловой барьер» (изоляция обмоток и сталь зубцов).

При непосредственном охлаждении охлаждающее вещество (газ или жидкость) непосредственно соприкасается с проводниками обмоток генератора, минуя изоляцию и сталь зубцов.

В настоящее время выпускаются турбогенераторы с воздушным, водородным и жидкостным охлаждением.

Воздушное охлаждение. Существуют две системы воздушного охлаждения — проточная и замкнутая.

При проточном охлаждении холодный воздух забирается извне, прогоняется через генератор и затем выбрасывается в машинный зал. Эту систему охлаждения применяют редко и лишь в генераторах небольшой мощности (до 2 МВт), так как в этом случае через генератор проходит воздух, который загрязняет изоляцию обмоток статора и ротора, что в конечном счёте сокращает срок службы генератора.

При замкнутом охлаждении один и тот же объем воздуха циркулирует по замкнутому контуру. Нагретый в генераторе воздух, проходит через водяной воздухоохладитель и через камеру холодного воздуха вновь возвращается в генератор.

Восполнение потерь воздуха в результате утечек проводится в камере холодного воздуха через двойные масляные фильтры.

У генераторов с воздушным охлаждением предусматривается устройство для тушения пожара водой.

В настоящее время выпускают турбогенераторы с замкнутым воздушным охлаждением мощностью до 12 МВт включительно.

В связи с появлением потребности в электростанциях малой и средней мощности, работающих как в составе энергосистем, так и в автономном режиме, в 1990 г. ОАО «Электросила» разработало три серии турбогенераторов нового поколения с воздушным охлаждением:

• Серия ТА (1,5—23 МВт) — с косвенным воздушным охлаждением обмоток ротора и статора и непосредственным охлаждением сердечника статора.

• Серия ТФ (18—160 МВт) — с непосредственным охлаждением обмотки ротора и сердечника статора и косвенным охлаждением обмотки статора.

• Серия ТЗФ (50—165 МВт) — с воздушным охлаждением по трехконтурной схеме.

Генераторы серии ТФ предназначены для замены устаревших генераторов ТВ, ТВФ с водородным охлаждением, выработавших свой срок, а также, в первую очередь, для газовых турбин.

Турбогенераторы серии ТЗФ являются дальнейшим развитием серии ТФ. Применяемая в них трехконтурная схема отличается повышенной эффективностью. Улучшенные характеристики, повышенное значение КПД, надёжность и перегрузочная способность турбогенераторов достигается за счёт разделения потоков воздуха, охлаждающего статор и ротор. Исключение их взаимного отрицательного влияния позволяет снизить нагрев активных и конструктивных частей генератора. Применение встроенных центробежных вентиляторов со специальными направляющими и спрямляющими аппаратами позволило снизить потери в вентиляторах и повысить КПД генераторов.

Косвенное водородное охлаждение. Генераторы с поверхностным водородным охлаждением имеют такую же систему вентиляции, как и при воздушном охлаждении, но вместо воздуха в генераторе циркулирует водород. Водородное охлаждение значительно эффективнее воздушного, поэтому оно применяется в настоящее время во всех турбогенераторах, начиная с мощности 30 МВт.

Как охлаждающий газ, водород имеет по сравнению с воздухом ряд существенных преимуществ:

• теплоёмкость его более чем в 14 раз выше теплоемкости воздуха, что обеспечивает более высокий коэффициент теплопередачи от нагретой поверхности (обмоток и активной стали) к охлаждающему газу;

• водород имеет меньшую плотность по сравнению с воздухом, что позволяет уменьшить вентиляционные потери в 8—10 раз, КПД генератора при этом возрастает на 0,8—1,0 %;

• в среде водорода отсутствует окисление изоляции обмоток, что увеличивает срок ее службы;

• водород не поддерживает горения, следовательно в генераторах с водородным охлаждением можно отказаться от устройств пожаротушения.

Главным недостатком водородного охлаждения является то, что водород в смеси с воздухом (от 5 до 75 %), образует взрывоопасную смесь. Поэтому у машин с водородным охлаждением должна быть обеспечена высокая газоплотность корпуса и уплотнение торцевых щитов.

Стремление обеспечить безопасность технологии привело к намерениям в будущем отказаться от производства и эксплуатации турбогенераторов с водородным охлаждением. Однако это возможно лишь при появлении определенных организационных и технико-экономических условий.

Непосредственное водородное охлаждение.Еще больший эффект по сравнению с косвенным водородным охлаждением дает непосредственное или, как его иногда называют, форсированное водородное охлаждение, когда водород подается внутрь полых проводников ротора

Первоначально форсированное водородное охлаждение было применено для ротора, который в отношении нагрева является наиболее напряженной частью генератора. При этом имеются два способа охлаждения проводников обмотки ротора.

В первом способе (аксиальное охлаждение) проводники обмотки ротора имеют корытообразную форму и образуют прямоугольные вентиляционные каналы, в которые и поступает охлаждающий газ.

Во втором способе (многоструйное радиальное охлаждение) охлаждающий газ забирается из зазора с последующим выбросом уже нагретого газа обратно в зазор по принципу самовентиляции.

Непосредственное жидкостное охлаждение. В этом случае в качестве охлаждающих жидкостей применяют дистиллированную воду или масло, которые обладают более высокой теплоотводящей способностью по сравнению с водородом и, следовательно, позволяют еще больше увеличить единичные мощности генераторов при сохранении предельных размеров. Также необходимо отметить, что такой вид водяного охлаждения пожаро- и взрывобезопасен.

Обмотка статора выполняется из полых медных стержней прямоугольного сечения, по которым циркулирует вода.

Непосредственное охлаждение водой обмоток статора турбогенераторов позволяет увеличить единичную мощность при тех же габаритах. Дистиллированная вода, применяемая для охлаждения, подаётся в полые медные проводники, заложенные в пазы статора с помощью гибких фторопластовых шлангов. Охлаждение обмоток ротора и активной стали про­изводится водородом так же, как у турбогенераторов серии ТГВ. Водородно-водяное охлаждение имеют турбогенераторы ТВВ-500, ТВВ-800, ТВВ-1000 и ТВВ-1200. Водяное охлаждение обмотки статора применяется в мощных гидрогенераторах типа СВФ. Обмотка ротора и активная сталь имеют непосредственное охлаждение воздухом. Водородное охлаждение в гидрогенераторах не применяется ввиду больших размеров ротора и трудностей гер­метизации корпуса генератора.

С целью дальнейшего улучшения системы охлаждения и сокращения размеров турбогенераторов разработано водяное охлаждение статора и ротора. Все гидравлические соединения выполнены с одного торца — со стороны турбины.

Выполнение непосредственного (форсированного) охлаждения обмотки возбуждения турбогенератора связано с определенными трудностями, особенно в части подвода воды к вращающемуся ротору.

Сведения о применяемых системах охлаждения в турбогенераторах различного типа приведена в таблице 4.1.

Системы охлаждения турбогенераторов

Продолжение табл. 4.1

Таким образом, наиболее эффективными системами охлаждения турбогенераторов предельных мощностей, достигнутых энергомашиностроителями во всех странах, являются непосредственные жидкостные системы. Дальнейшая реализация эффекта укрупнения генераторов возможна за счет применения криогенных систем охлаждения, а также других, например, испарительных.

Исследования и опытно-конструкторские разработки в этом направлении проводятся во многих странах.

Источник