Турбина с двумя генераторами - NEVINKA-INFO.RU

Турбина с двумя генераторами

Как работает турбина и генератор, и чем они отличаются

Турбина с двумя генераторами

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Различия между турбиной и генератором

Турбины и генераторы используются для производства электроэнергии, но турбина преобразует доступные формы энергии во вращение, в то время как генератор преобразует вращение в электричество. В зависимости от типа энергии, которую они используют, электростанции имеют соответствующие типы турбин и используют их для производства электроэнергии. У турбин есть много других применений, кроме питания генераторов, но все генераторы производят электричество. В дополнение к различным целям и функциям турбины и генераторы строятся совершенно по-разному. Единственное, что у них общего – это то, что они оба вращаются.

Турбогенераторы используются для выработки электроэнергии. Тип используемой турбины зависит от типа энергии, используемой для питания турбины. Например, реактивный двигатель использует реактивное топливо для питания своей турбины, в то время как ветровая турбина использует энергию ветра. Даже когда турбины похожи, они могут использовать разные виды топлива. Например, разница между газовыми и паровыми турбинами заключается в том, что газовая турбина сжигает природный газ, а паровая турбина приводится в действие паром из котлов. В каждом случае внешний источник энергии заставляет турбину вращаться.

Вал турбины соединен с валом генератора, и турбина заставляет генератор вращаться. Некоторые турбины, например, используемые для генераторов реактивных двигателей, вращаются очень быстро. В этом случае скорость может быть уменьшена с помощью коробки передач перед подключением к генератору. Когда генератор вращается, проволочные катушки движутся через магнитное поле, и в проводах возникает электрический ток. Электрический ток проходит по линиям электропередачи в дома, где он питает осветительные приборы, электрические обогреватели и электроприборы.

Турбины состоят из лопастей, которые вращаются вокруг центрального вала, как вентиляторы. Ветровые турбины – хороший пример больших турбин, которые вращаются медленно. Для водяных турбин есть только несколько больших лопастей, в то время как для газовых и паровых турбин есть много слоев маленьких лопастей, которые быстро вращаются. В любом случае жидкость или газ, такой как вода или воздух, протекают через лопасти, заставляя их вращаться и приводить в движение вал турбины.

Генераторы также имеют центральный вал, но на нем установлены магниты, намотанные проволокой. Вал и магниты составляют ротор генератора. Вокруг вала и магнитов расположены неподвижные витки провода, из которых состоит статор генератора. Когда вал вращается, магниты ротора создают магнитные поля, которые проходят по катушкам провода в статоре, генерируя в них электрический ток. В некоторых генераторах магниты остаются неподвижными, а катушки с проволокой устанавливаются на валу. В любом случае, генераторы всегда имеют магнитные поля, проходящие по катушкам провода, чтобы произвести электрический ток.

Турбины могут быть использованы для генераторов энергии, но они также используются во многих других приложениях для производства энергии вращения, в основном для транспортировки. Реактивные двигатели – это турбины, работающие на керосине и производящие мощность для вращения винтов или ускорения горячих газов для создания тяги реактивного самолета. Газовые турбины сжигают природный газ для питания судов, а паровые турбины используют давление от котлов для производства вращающейся энергии для промышленности. Вращающую силу от турбин можно использовать везде, где требуется привод вращающихся валов.

Единственная функция генераторов – производить электроэнергию, но они используются по-разному. Помимо выработки электроэнергии для электрических сетей на электростанциях, они используются на судах, на морских нефтяных платформах и в самолетах для производства электроэнергии, необходимой для освещения и электрических систем управления. В автомобилях есть небольшие генераторы для выработки электроэнергии для зарядки автомобильного аккумулятора, а также аварийные генераторы, которые используются в случае сбоя основного питания.

Поскольку турбины и генераторы часто используются вместе в таких областях, как электростанции и ветряные электростанции, кажется, что они связаны и работают одинаково. Фактически это две разные машины, которые выполняют разные функции и работают на основе совершенно разных принципов.

Brush Turbogenerators

Основная задача турбогенераторов, работающих в составе газотурбинной установки, является трансформация механической энергии в электрическую. Осуществление этого процесса происходит при большой скорости вращения (от 3000 до 15000 оборотов в минуту).

Brush Turbogenerators – один из самых известных производителей турбогенераторов. Производственные предприятия располагаются в трех странах – Великобритании, Голландии и Чехии.

В линейку продукции компании Brush Turbogenerators включены следующие модели:

  • 4-х полюсные турбогенераторы модели DG мощностью до 65 МВА для газовых и паровых турбин
  • 2-х полюсные турбогенераторы модели DAX мощностью до 250 МВА для газовых и паровых турбин
  • 2-х полюсные турбогенераторы с водородным и водород/вода охлаждением мощностью до 1100 МВА для газовых и паровых турбин

Кроме турбогенераторов, компания Brush Turbogenerators производит:

  • системы управления производительностью и контроля возбуждения турбогенераторов
  • модернизацию турбогенераторов других производителей

Помимо стационарных газотурбинных установок, электрогенераторы производства Brush Turbogenerators широко представлены в составе мобильных газотурбинных электростанций, которые используются как временный источник электроэнергии.

Генераторы Brush Turbogenerators используются в составе ГТУ General Electric Frame 5, Frame 6, Frame 9, LM 2500, LM 6000; Pratt&Whitney FT8; Rolls-Royce RB211 ввиду своей высокой надежности, ремонтопригодности, долговечности.

Компания DM Energy на протяжении 2017 года осуществляет поставку комплектующих крупным энергогенерирующим предприятиям, в числе которых ПАО Квадра, АО «РАО Энергетические Системы Востока», Нижнекамскнефтехим, МГТЭС и ЮНИПРО.

Генераторы Brush

Двухполюсные генераторы DAX

Двухполюсные генераторы Brush DAX, приводимые в действие паровыми или газовыми турбинами, доступны в диапазоне мощности: от 10 до 1100 МВА. С более 3000 действующими установками, изготовленными на европейских сертифицированных согласно ISO производственных площадках, серия DAX зарекомендовала себя как высоконадежное и эффективное оборудование.

Непрерывное совершенствование разработок, основанное на более чем 130-летнем опыте Brush, позволяет предоставить заказчикам продуманные решения с комплексной поддержкой жизненного цикла.

  • Простая модульная конструкция
  • Минимальное число компонентов электростанции
  • Испытано на заводе-изготовителе, что сокращает время проведения испытаний и ввода в эксплуатацию
  • Система может быть легко адаптирована к любой конструкции турбины
  • Полностью соответствует международным стандартам, включая IEC и IEEE
  • Выходная мощность: от 10 МВА до 1100 МВА, с возможностью работы синхронного компенсатора
  • Напряжение: до 20 кВ
  • Скорость: 3000 об/мин для работы при 50 Гц и 3600 об/мин – при 60 Гц
  • Бесщеточное или статическое возбуждение
  • Односторонний или двусторонний привод
  • Варианты охлаждения:
    открытый контур, вентилирование с фильтром;
    закрытый воздушный контур с водяным охлаждением;
    замкнутый воздушный контур с воздушным охлаждением.

Расшифровка маркировки турбогенераторов Brush DAX

Пример: BDAX 7-290ERH. Примечание: для отдельных моделей некоторые обозначения могут иметь меньше или больше символов.

  1. Возбуждение
    B = Безщеточное
    Y = Статическое
  2. Диаметры ротора и статора
    Обычно 6, 7, 8 или 9, но может составлять две цифры, например 82, 85 или 87, являющиеся вариациями основного обозначения
  3. Длина сердечника
    Число, обычно три цифры, обозначающее активную длину сердечника
  4. Подшипники
    E = Подшипники, устанавливаемые в концевой части рамы
    P = Подшипники на стойке с подушками или без
  5. Охлаждение ротора
    R = Комбинированное охлаждение между и под пазами
  6. Поддомкрачивание
    J = Обеспечение осевого поддомкрачивания упорного подшипника (если установлен)
  7. Охлаждение
    H = замкнутый контур воздушного охлаждения

Конструкция турбогенераторов Brush DAX

  1. Обмотка статора (якоря)
  2. Сердечник статора
  3. Магнитоэлектрический подвозбудитель
  4. Индуктор возбудителя
  5. Якорь возбудителя
  6. Вентилятор возбудителя
  7. Вращающийся выпрямитель
  8. Ротор
  9. Кольцевой бандаж (удерживающее кольцо)
  10. Неприводной конец (возбудителя)
  11. Масляные уплотнения
  12. Коренной подшипник (по одному на каждом конце)
  13. Концевая часть рамы
  14. Опоры обмотки
  15. Кожух вентилятора
  16. Лапа крепления
  17. Установленный на валу охлаждающий вентилятор (по одному на каждом конце вала)
  18. Рама статора
  19. Приводной конец
  20. Отверстия для впуска охлаждающего воздуха
  21. Отверстия для выпуска охлаждающего воздуха
  22. Доступ к анкерным болтам
  23. Доступ к антиконденсационным нагревателям
  24. Опорные плиты

Перечень турбин, на которых применяются двухполюсные генераторы DAX

  • Промышленные газовые турбины: GE Frame 5, Frame 6, Frame 7, Frame 9; Westinghouse W701; Mitsubishi MF111; Alstom GT11; SGT-500, SGT-900.
  • Турбины на базе авиационных двигателей: GE LM1800e, LM2500, LM2500+, LM2500+ G4, LM5000, LM6000, LMS100; Pratt & Whitney FT4, FT8; Rolls Royce Avon, Spey, Olympus, RB211, Trent.
  • Паровые турбины: Allen Power, Alstom Power, Dresser Rand, Elliot Company, Franco Tosi Meccanica, GE, Hitachi, Man Diesel & Turbo, Mitsubishi Heavy Industries, Shin Nippon Machinery Co, Skoda Power, Toshiba.

Четырехполюсные генераторы DG

Четырехполюсные генераторы Brush DG с воздушным охлаждением, приводимые в действие паровыми или газовыми турбинами, доступны в диапазоне мощности: от 10 до 65 МВА. По всему миру эксплуатируется более 750 единиц оборудования данной серии на коммунальных предприятиях, в системах когенерации, ТЭЦ, на промышленных и морских объектах. Генераторы DG разработаны, собраны и протестированы в Голландии, на аккредитованном согласно ISO производстве.

  • Простая модульная конструкция
  • Высокая производительность до 98,6%
  • Работа при низких температурах
  • Работа в суровых условиях окружающей среды
  • Небольшой вес
  • Большой момент инерции
  • Возможность работы с синхронным компенсатором
  • Быстрый монтаж
  • Различные варианты исполнения теплообменника
  • Испытаны на заводе, что сокращает время ввода в эксплуатацию
  • Система может быть легко адаптирована к любой конструкции турбины
  • Низкий уровень шума и вибраций
  • Полностью соответствует международным стандартам, включая IEC, NEMA, IEEE и API 546
  • Выходная мощность: от 3 МВА до 65 МВА, с возможностью работы синхронного компенсатора
  • Напряжение: до 15 кВ
  • Скорость: 1500 об/мин для работы при 50 Гц и 1800 об/мин – при 60 Гц
  • Бесщеточное или статическое возбуждение
  • Односторонний или двусторонний привод
  • Класс изоляции: F
  • Приводное устройство: Авиационная газовая турбина / промышленная газовая турбина высокой мощности / паровая турбина
  • Варианты охлаждения:
    открытый контур, вентилирование с фильтром;
    закрытый воздушный контур с воздушным охлаждением / полностью закрытый контур с охлаждением «воздух/воздух»;
    закрытый воздушный контур с водяным охлаждением / полностью закрытый контур с охлаждением «вода/воздух» .
Читайте также  Установка ремня генератора форд фокус 3 с приспособлением

Перечень турбин, на которых применяются четырехполюсные генераторы DG

  • Промышленные газовые турбины: Dresser Rand Vectra 40, DR300; GE Frame 5, Frame 6, Frame 7, Frame 9, Frame 10; Hitachi H25; Hyundai THM1304D; Kawasaki L20A; Mitsubishi SB601.
  • Турбины на базе авиационных двигателей: GE LM1600, LM2500, LM2500+, LM6000; Rolls Royce Avon, RB211.
  • Паровые турбины: Austrian Energy & Environment, Allen Power, Franco Tosi Meccanica, Finncantieri, GE, IMO Delaval, MAN Diesel & Turbo, Mitsubishi Heavy Industries, Mitsui Engineering, Ormat Industries, Shin Nippon Machinery Co., Skoda Power, Turbomach.

Генераторы с водородным охлаждением

Генераторы с водородным охлаждением, предназначенные для работы, как газовыми, так и паровыми турбинами, широко используются на тепловых и атомных электростанциях.

Водород продувается вокруг генератора с помощью двух осевых вентиляторов, установленных на валу ротора. Контур охлаждения предназначен для как можно более равномерного охлаждения обмоток. Горячий отработавший водород охлаждается водородно-водяными теплообменниками и возвращается на вход.

  • Система может быть легко адаптирована к любой конструкции турбины
  • Полностью соответствует международным стандартам, включая IEC и ANSI
  • Все агрегаты прошли заводские испытания, что сокращает время ввода в эксплуатацию
  • Низкие потери на вентиляции, что обеспечивает повышение эффективности
  • Уменьшенный вес активных компонентов
  • Продленный срок службы изоляции
  • Выходная мощность: от 250 МВА до 375 МВА, с возможностью работы синхронного компенсатора
  • Напряжение: до 20 кВ
  • Скорость: 3000 об/мин для работы при 50 Гц и 3600 об/мин – при 60 Гц
  • Бесщеточное или статическое возбуждение
  • Односторонний привод
  • Водородное охлаждение, замкнутый контур

Как устроены синхронные турбо- и гидрогенераторы

На гидростанциях генераторы приводятся во вращение водяными турбинами, скорость вращения которых составляет от 68 до 250 об/мин. На тепловых станциях электрическая энергия вырабатывается турбоагрегатами, состоящими из паровой турбины и турбогенератора. Для лучшего использования энергии пара турбины строятся быстроходными со скоростью вращения 3000 об/мин. Тепловые электростанции имеются и на крупных промышленных предприятиях.

Генераторы переменного тока проще по устройству и могут быть построены значительно большей мощности, чем генераторы постоянного тока.

В большинстве синхронных машин используется обращенная конструктивная схема по сравнению с машинами постоянного тока, т. е, система возбуждения расположена на роторе, а якорная обмотка на статоре. Это объясняется тем, что через скользящие контакты проще осуществить подвод сравнительно слабого тока к обмотке возбуждения, чем тока к рабочей обмотке. Магнитная система синхронной машины показана на рис. 1.

Полюса возбуждения синхронной машины размещены на роторе. Сердечники полюсов электромагнитов выполняются так же, как в машинах постоянного тока. На неподвижной части — статоре расположен сердечник 2, набранный из изолированных листов электротехнической стали, в пазах которого размещена рабочая обмотка переменного тока — обычно трехфазная.

Рис. 1. Магнитная система синхронной машины

При вращении ротора в обмотке якоря наводится переменная э.д.с., частота которой прямо пропорциональна частоте вращения ротора. Протекающий по рабочей обмотке переменный ток создает свое магнитное поле. Ротор и поле рабочей обмотки вращаются с одинаковой частотой — синхронно. В двигательном режиме вращающееся рабочее поле увлекает за собой магниты системы возбуждения, а в генераторном — наоборот.

Рассмотрим конструкцию самых мощных машин — турбо- и гидрогенераторов . Турбогенераторы приводятся во вращение паровыми турбинами, которые наиболее экономичны при высоких частотах вращения. Поэтому турбогенераторы выполняют с минимальным числом полюсов системы возбуждения — двумя, что соответствует максимальной частоте вращения 3000 об/мин при промышленной частоте 50 Гц.

Основная проблема турбогенераторостроения заключается в создании надежной машины при предельных величинах электрических, магнитных, механических и тепловых нагрузок. Эти требования накладывают отпечаток на всю конструкцию машины (рис. 2).

Рис. 2. Общий вид турбогенератора: 1 — контактные кольца и щеточный аппарат, 2 — подшипник, 3 — ротор, 4 — бандаж ротора, 5 — обмотка статора, 6 — статор, 7 — выводы обмотки статора, 8 — вентилятор.

Ротор турбогенератора выполняется в виде цельной поковки диаметром до 1,25 м, длиной до 7 м (рабочая часть). Полная длина поковки с учетом вала составляет 12 — 15 м. На рабочей части фрезеруются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения. Таким образом получается двухполюсный электромагнит цилиндрической формы без явно выраженных полюсов.

При производстве турбогенераторов применяются новейшие материалы и конструктивные решения, в частности непосредственное охлаждение активных частей струями охлаждающего агента — водорода или жидкости. Для получения больших мощностей приходится увеличивать длину машины, что и придает ей весьма своеобразный вид.

Гидрогенераторы (рис. 3) по конструкции существенно отличаются от турбогенераторов. Экономичность режима гидравлических турбин зависит от скорости водяного потока, т. е. напора. На равнинных реках создать большой напор невозможно, поэтому частоты вращения турбин весьма низкие — от десятков до сотен оборотов в минуту.

Чтобы получить промышленную частоту 50 Гц, такие тихоходные машины приходится делать с большим числом полюсов. Для размещения большого количества полюсов приходится увеличивать диаметр ротора гидрогенератора, иногда до 10 — 11 м.

Рис. 3. Продольный разрез гидрогенератора зонтичного типа: 1 — ступица ротора, 2 — обод ротора, 3 — полюс ротора, 4 — сердечник статора, 5 — обмотка статора, 6 — крестовина, 7 — тормоз, 8 — подпятник, 9 — втулка ротора.

Создание мощных турбо- и гидрогенераторов представляет сложную инженерную задачу. Необходимо решить целый ряд вопросов механического, электромагнитного, теплового и вентиляционного расчетов и обеспечить технологичность конструкции в производстве. Эти задачи по плечу только мощным конструкторско-производственным коллективам и фирмам.

Весьма интересны конструкции различных типов синхронных микромашин , в которых широко используются системы с постоянными магнитами и реактивные системы, т. е. системы, у которых рабочее магнитное поле взаимодействует не с магнитным полем возбуждения, а с ферромагнитными выступающими полюсами ротора, не имеющими обмотки.

Но все-таки основная область техники, где синхронные машины сегодня не имеют конкурентов — это энергетика. Все генераторы на электростанциях от самых мощных до передвижных выполняются на базе синхронных машин.

Что же касается синхронных двигателей, то их слабым местом является проблема пуска. Сам по себе синхронный двигатель обычно не может разогнаться. Для этого он снабжается специальной пусковой обмоткой, работающей по принципу асинхронной машины, что усложняет конструкцию и сам процесс пуска. Поэтому синхронные двигатели обычно выпускаются на средние и большие мощности.

Ниже на рисунке показана конструкция турбогенератора.

Ротор 1 генератора изготовлен из стальной поковки, в которой профрезерованы пазы для обмотки возбуждения, питаемой от специальной машины постоянного тока 10, называемой возбудителем. Ток к обмотке ротора подводится через контактные кольца, закрытые кожухом 9 к ним присоединены выводы обмотки ротора.

При вращении р о тора возникает большая центробежная сила. В пазах ротора обмотка удерживается металлическими клиньями, а на лобовые части напрессованы стальные бандажные кольца 7.

Статор собирается из штампованных листов 2 специальной электротехнической стали, которые укрепляются в станине 3, сваренной из листовой стали. Каждый лист статора состоит из нескольких частей, называемых сегментами, которые укрепляются при помощи болтов 4.

В пазах статора уложена обмотка 6, в проводниках которой при вращении ротора наводятся электродвижущие силы. Электродвижущие силы последовательно соединенных проводников обмотки складываются, и на зажимах 12 создается напряжение в несколько тысяч вольт. При протекании токов между проводниками обмотки создаются большие силы. Поэтому лобовые части обмотки статора привязаны к кольцам 5.

Ротор вращается в подшипниках 8. Между подшипником и фундаментной плитой проложена изоляция для разрыва цепи, по которой могут замыкаться подшипниковые токи. Второй подшипник выполняется вместе с паровой турбиной.

Для охлаждения генератора статор разделен на отдельные пакеты, между которыми расположены вентиляционные каналы. Воздух прогоняется вентиляторами 11, укрепленными на роторе.

Для охлаждения мощных генераторов требуется прогонять через них огромное количество воздуха, достигающее десятков кубических метров в секунду.

Если забирать охлаждающий воздух из помещения станции, то при наличии в .нем самых ничтожных количеств пыли (несколько миллиграммов в кубическом метре) генератор будет в короткое время загрязнен пылью. Поэтому турбогенераторы строят с замкнутой системой вентиляции.

Воздух, который при прохождении через вентиляционные каналы генератора нагревается, поступает в специальные воздухоохладители, расположенные под корпусом турбогенератора.

Там нагретый воздух проходит между ребристыми трубками воздухоохладителя, через которые протекает вода, и охлаждается. После этого воздух снова поступает к вентиляторам, которые прогоняют его через вентиляционные каналы. Таким образом, генератор охлаждается непрерывно одним и тем же воздухом и пыль не может попасть внутрь генератора.

Скорость на окружности ротора турбогенератора превышает 150 м/сек. При такой скорости затрачивается большое количество энергии на трение ротора о воздух. Так, например, в турбогенераторе мощностью 50000 к В т потери энергии на трение о воздух составляют 53 % от суммы всех потерь.

Для снижения этих потерь внутреннее пространство мощных турбогенераторов заполняют не воздухом, а водородом. Водород в 14 раз легче воздуха, т. е. имеет во столько же раз меньшую плотность, поэтому потери на трение ротора значительно снижаются.

Читайте также  Что содержит ротор генератора

Для предохранения от взрыва гремучего газа, образующегося от смеси водорода с кислородом воздуха, внутри генератора устанавливается более высокое давление, чем атмосферное. Поэтому кислород воздуха не может проникнуть внутрь генератора.

Паровой турбогенератор 3D модель:

Учебный диафильм созданный фабрикой учебно-наглядных пособий в 1965-году:
Синхронные генераторы

Блог об энергетике

энергетика простыми словами

Паротурбинные установки тепловых электростанций (ТЭС)

Паровая турбина вместе с относящимися к ней регенеративными подогревателями, конденсатором, насосами, трубопроводами и арматурой образует паротурбинную установку.

Современная паровая турбина состоит из большого числа деталей, тщательно изготовленных и собранных в единый агрегат. Мощности современных энергетических турбоагрегатов постоянно повышаются, и в настоящее время основной прирост мощностей в энергосистемах происходит за счет ввода агрегатов 300, 500, 800 МВт. На Костромской ГРЭС сооружен головной агрегат мощностью 1200 МВт.

Увеличение мощности турбоагрегатов позволяет сооружать ТЭС большой мощности при одновременном удешевлении их строительства и эксплуатации и снижении расходов топлива на выработанный киловатт-час. Наряду с экономичностью современная турбина должна отвечать высоким требованиям безопасности, надежности и маневренности. Требование высокой маневренности предъявляется ко всему энергетическому оборудованию. Турбина должна допускать быстрый пуск, набор и изменение нагрузки и остановку. Эта задача весьма сложна для агрегатов, работающих при высоких начальных параметрах пара (26 МПа, 540-570 °С) и имеющих стенки корпусов и фланцы большой толщины.

При разработке и эксплуатации турбин приходится сталкиваться с весьма сложными проблемами аэродинамики, теории колебаний, теплопередачи, изменения свойств материалов при высоких температурах и вибрации, автоматического регулирования и контроля турбоустановки.

Рис. 1. Схема простейшей турбины

На рис. 1 показана схема простейшей турбины, а на рис. 2 — схема устройства многоступенчатой паровой турбины. Простейшая турбина состоит из соплового аппарата 1, рабочей лопатки 2, вала 3 и диска 4.

Рис. 2. Схема устройства многоступенчатой паровой турбины

1 — вал турбины; 2 — диски; 3 — рабочие решетки; 4 — нижняя половина корпуса; 5 — верхняя половина (крышка) корпуса; 6 — диафрагмы (нижние половины); 7, 8 – сопловые решетки; 9 – уплотнения диафрагмы; 10 – сопловая решетка первой ступени давления; 11 – переднее уплотнение; 12 – заднее уплотнение; 13 – опорные подшипники; 14 – упорный подшипник; 15 — соединительная муфта; 16 — червячная передача; 17 — масляный насос; 18 — фундаментные плиты; 19 — регулятор скорости; 20 — масляный бак; 21 — регулятор безопасности; 22 — камера отбора; 23 — окна для отбора пара; 24, 27 — опорные фланцы корпуса; 25, 26 — фланцы опорных блоков

Турбина состоит из вращающейся части — ротора и неподвижной части — статора. К ротору относятся вал и закрепленные на нем диски с рабочими лопатками. Статор включает в себя паровпускные органы, сопловые решетки, подшипники и др. Корпус турбины делается разъемным в горизонтальной плоскости по центровой линии вала. Нижняя его часть опирается на фундамент, а верхняя часть устанавливается на нижнюю и крепится по фланцам с помощью шпилек и гаек. Через паровпускные органы в сопловую коробку вводится свежий пар. Корпус заканчивается выхлопным патрубком, через который отработавший пар отводится из турбины.

В неподвижных каналах-соплах пар расширяется; при этом его давление и температура снижаются, скорость парового потока возрастает до нескольких сот метров в секунду и соответственно увеличивается его кинетическая энергия.

Она используется в подвижных рабочих лопатках, закрепленных на дисках, насаженных на вал турбины (рис. 2). Между дисками располагаются неподвижные перегородки — диафрагмы с закрепленными в них соплами. Диафрагма и диск с рабочими лопатками образуют ступень турбины.

При большом числе ступеней (20 — 30) турбина состоит из нескольких цилиндров. Частота вращения ротора паровых энергетических турбин обычно составляет 3000 об/мин или 50 с -1 , что соответствует принятой в СНГ частоте переменного тока 50 Гц.

На каждой ступени турбины лишь часть внутренней энергии пара преобразуется в механическую энергию, передаваемую с вала турбины на вал генератора электрического тока. Увеличение числа ступеней приводит к повышению КПД турбинной установки, так как в этом случае каждая ступень «работает» в более оптимальном режиме. Однако увеличение числа ступеней оправдывает себя лишь до определенного предела, так как с ростом числа ступеней турбина усложняется и становится дороже.

Крупные энергоблоки, работающие при высоком и закритическом давлении пара, выполняются с промежуточным перегревом. Пар высоких параметров, совершая работу в турбине, на последних ее ступенях увлажняется, а это приводит к снижению КПД и эрозионному воздействию капелек влаги на лопатки турбины. При использовании же промежуточного перегрева пара не только понижается его конечная влажность, но и повышаются показатели тепловой экономичности цикла. На рис. 3 дана схема одной из наиболее распространенных в нашей энергетике конденсационных турбин К- 300 — 240 мощностью 300 МВт, работающей при начальном давлении пара 240 атм (23,5 МПа). Температура свежего пара принята 540 — 560 °С, частота вращения 3000 об/мин.

Турбина состоит из трех цилиндров: цилиндра высокого давления (ЦВД), цилиндра среднего давления (ЦСД) и цилиндра низкого давления (ЦНД). В двенадцати ступенях ЦВД пар расширяется от указанных выше начальных параметров до давления 4 МПа, после чего направляется в промежуточный пароперегреватель (ПП), установленный в котле, и далее с давлением 3,5 МПа и температурой 540 — 560 °С поступает в ЦСД. В двенадцати головных ступенях ЦСД пар расширяется до давления 0,2 МПа, затем разделяется на два потока: одна треть проходит пять ступеней низкого давления, расположенных в ЦСД, и поступает в конденсатор, а две трети пара по перепускным трубам подаются в ЦНД, где, разделяясь на два потока, проходят по пяти ступеням низкого давления и направляются также в конденсатор. Давление пара за последними ступенями перед входом в конденсатор равно 0,0035 МПа. Разделение пара в части низкого давления на три потока связано с большими объемами пара в последних ступенях. Выпуск всего объема пара через одну решетку приводил бы к недопустимым по соображениям прочности высотам рабочих лопаток. Даже при разделении пара в последних ступенях на три потока высота лопаток составляет 960 мм, а окружная скорость на их вершинах — 540 м/с. При массе последней лопатки 9,8 кг центробежная сила, действующая на нее, равна

Еще более сложны турбины большей мощности. Так, у турбин мощностью 500 МВт делается 4 выхлопа в конденсатор, а у турбины К-800-240 мощностью 800 МВт — шесть выхлопов в конденсатор. В турбине К-1200-240 мощностью 1200 МВт, установленной на Костромской ГРЭС, лопатки последних ступеней имеют длину 1200 мм, но для уменьшения центробежных сил они выполнены из более легкого титанового сплава.

Рис. 3. Изменение параметров рабочего тела в активной турбине:

1, 9 — камеры свежего и отработанного пара; 2,4,6 — сопла; 3,5,8 — рабочие лопатки; 7 — диафрагма.

Рис. 4. Схема турбины К-300-240 (z — число ступеней)

Теплофикационные турбины, устанавливаемые на ТЭЦ, могут иметь 1 или 2 регулируемых отбора (например, промышленный и теплофикационный). В теплофикационной турбине Т — 250 — 240 имеются 2 отбора пара для подогрева воды в системе теплоснабжения (из них один регулируемый) и, кроме того, может быть осуществлен предварительный нагрев сетевой воды в специальном подогревателе, встроенном в конденсатор.

Отработавший пар конденсационных турбин и турбин с промышленными и теплофикационными отборами поступает в конденсатор, где поддерживается давление значительно ниже атмосферного. В конденсаторе осуществляется отвод тепла от рабочего тела — пара — при возможно более низкой температуре и давлении с превращением пара в конденсат, идущий вновь на питание котлов. Здесь тепло отдается охлаждающей (циркуляционной) воде. Конденсат не должен смешиваться с охлаждающей водой, имеющей большое количество примесей. Поэтому конденсатор представляет собой теплообменник поверхностного типа.

На рисунке 5 приведена схема конденсатора паровой турбины.

Теплообмен от пара к охлаждающей воде происходит через стенки трубок небольшого диаметра, чаще всего латунных, внутри которых движется охлаждающая вода. В конденсатор поступает влажный пар; температура насыщения конденсирующегося пара tк тем ниже, чем ниже температура циркуляционной воды. При прямоточном водоснабжении, когда вода в конденсатор забирается из реки или пруда, ее температура колеблется от 2 до 20 °С (среднегодовая расчетная температура 10 — 12 °С). Если же водоснабжение является оборотным с охлаждением воды в градирнях, то температура воды меняется в зависимости от времени года от 10 — 12 °С до 35 -40 °С.

Рис.5. Схема конденсатора паровой турбины:
1 – патрубок для выхода воды, 2 – крышка водяных камер, 3 — водяные камеры, 4 – трубные решетки, 5 – корпус конденсатора, 6 – пароприемная горловина, 7 — трубки, 8 — сборник конденсата, 9 — патрубок для подвода воды, 10 — патрубок для удаления воздуха.

Обычно циркуляционная вода в конденсаторе нагревается на 8 -10 °С. При поддержании давления в конденсаторе pк = 0,0035 МПа температура конденсации составляет tk = 26,4 °С. В летнее время, когда температура охлаждающей воды выше среднегодовой расчетной, давление в конденсаторе может повышаться до 0,01 МПа, что соответственно снижает экономичность работы турбоустановки. На одну тонну конденсируемого пара расходуется 50 — 60 т охлаждающей воды.

Читайте также  Чем покрыть обмотку статора генератора

Для поддержания хороших условий теплообмена и постоянного парциального давления воздуха, а вместе с ним и общего давления в конденсаторе просачивающийся в конденсатор воздух необходимо непрерывно удалять. Для этого устанавливаются воздухоотсасывающие устройства — пароструйные или водоструйные эжекторы.

Конденсат из нижней части конденсатора откачивается конденсатными насосами и подается через подогреватели в котел. Конденсатор устанавливается под турбиной и представляет собой горизонтально расположенный сосуд, сваренный из листовой стали. Внутри корпуса конденсатора на некотором расстоянии от его торцов ввариваются специальные пластины с отверстиями, называемые трубными досками, в которые завальцовываются трубки, образующие поверхности теплообмена. Корпус с торцов закрывается крышками так, что между крышками и трубными досками образуются водяные камеры.

Если в одной из камер установить горизонтальную перегородку, то по-лучим двухходовой конденсатор: охлаждающая вода поступает в нижний (подводящий) патрубок передней камеры, проходит по нижним рядам труб и через заднюю камеру поступает в верхние ряды труб, после чего удаляется из конденсатора.

Для рассмотренной выше турбины К-300-240 Ленинградского металлического завода конденсатор имеет следующие характеристики:

Количество трубок, шт. 19600
Длина трубок, м 8,9
Диаметр dн, мм 28
Диаметр dвн, мм 26
Расход пара при номинальной нагрузке турбины, т/ч 570
Номинальный расход охлаждающей жидкости, т/ч 36000

Источник: Полещук И.З., Цирельман Н.М. Введение в теплоэнергетику: Учебное пособие пособие / Уфимский государственный авиационный технический университет. – Уфа, 2003.

Турбогенератор

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 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. 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). По качеству, надежности и долговечности производимых турбогенераторов — Россия занимает передовые позиции в мире.

Содержание

История

Один из основателей компании «ABB» Чарльз Браун построил первый турбогенератор в 1901 году [1] . Это был 6-ти полюсный генератор мощностью 100 кВА [2] .

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 сжатом воздухе, 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 соединен 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 не соединенного с ротором генератора возбудителя. Такие возбудители переменного 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 через щетки и контактные кольца! Появляется основной магнитный поток и при подключении нагрузки в генераторе будет наводиться ЭДС(

Паровая и газовая турбины: преимущества и недостатки агрегатов

Смотрите также

Назначение энергетических турбин

Энергетическая турбина является приводным механизмом станций по выработке тепла и электроэнергии. Она представляет собой вращающийся вал с лепестками, на которые подается рабочее тело. Вследствие попадания на лопатки вещества под давлением начинает функционировать генератор, соединенный с валом и вырабатывающий энергию.

Турбины делятся на два вида в зависимости от рабочего тела: паровые и газовые.

Отличий в конструкции этих устройств немного. Входящее вещество обеих турбин проходит через камеру сгорания, после чего продукты горения под давлением подаются на лопатки и приводят вал в движение.

Паровая турбина: преимущества и недостатки

В паровой турбине движение вала обеспечивается горячим паром. На входе в систему используется вода.

Преимущества:

  • Длительный срок службы – около 20 лет
  • Широкий выбор топлива
  • Высокий КПД
  • Широкий диапазон мощностей
  • Отсутствие необходимости подготовки топлива

Рис.1. Паровая турбина

Среди недостатков выделяют долгий запуск агрегата, который может длиться сутками, сложный процесс обслуживания и большое количество вредных выбросов при работе.

Газовая турбина: преимущества и недостатки

Особенностью газовой турбины является отсутствие изменения агрегатного состояния рабочего тела. Благодаря этому достигается гораздо большая рабочая температура и повышение КПД.

Преимущества газовой турбины:

  • Уменьшенные габариты при одинаковой мощности с паровыми
  • Быстрый запуск
  • Высокая маневренность
  • Широкий спектр используемого топлива
  • Потребность в охлаждающей жидкости снижена в 5 раз
  • Низкие расходы на техобслуживание, небольшой расход смазочных материалов
  • Малое количество сопряженных деталей, снижение потерь на трение
  • Постоянство электрической частоты
  • Снижение уровня шума и вибрации при работе, а также вредных выбросов


Рис. 2. Газовая турбина Функционирование газовой турбины связано с рядом недостатков. Среди них усиленный износ в моменты пуска-останова агрегата, высокая стоимость и сложность производства, большое количество потребляемой энергии, низкий КПД при слабой загрузке, необходимость подготовки и очистки топлива.

Обслуживание паровой и газовой турбины

Высокие температуры и нагрузки оказывают значительное влияние на срок службы механизмов турбин. Для обеспечения нормального функционирования детали производятся из жаростойких материалов с повышенной удельной прочностью.

Однако этого бывает мало и детали нуждаются в дополнительной защите, особенно в моменты запуска и остановки агрегатов.

Для этого на этапе производства элементов турбоустановок на наиболее подверженные износу части наносят антифрикционные твердосмазочные покрытия.

Рис. 3. Лопатки турбин до и после нанесения защитного покрытия на хвостовики

Хвостовики лопаток турбин обрабатываются составом MODENGY 1001, подшипники скольжения — MODENGY 1001 и MODENGY 1002, прессовые посадки — MODENGY 1005, ходовые винты — MODENGY 1001, конденсатоотводчики — MODENGY 1001, крепежные изделия — MODENGY 1014.

Парогазовая турбина

В структуре мировой энергетики усиливается удельный вес газовых турбин и парогазовых установок. Последние представляют собой агрегаты с двумя двигателями: паросиловым и газотурбинным.

На входе имеется газ, который расширяется и подается на лопатки газовой турбины. Генератор, прикрепленный к ее валу, начинает вырабатывать электрический ток.

Неиспользованный для этого процесса горячий воздух попадает в котел-утилизатор паросиловой установки, нагревая воду до образования пара.

Горячий пар подается на вторую турбину – паровую. Она приводит в действие второй электрогенератор.

  • Повышение КПД до 60 процентов
  • Низкая стоимость единицы получаемой энергии
  • Короткие сроки монтажа (до года)
  • Повышение экологичности и компактности по сравнению с паровыми турбинами
  • Возможность перестройки с паросиловой установки


Рис. 4. Парогазовая установка Применение парогазовой установки не решает всех проблем газовых и паровых турбин. Среди недостатков этого устройства можно выделить сезонные ограничения мощности, небольшой выбор топлива и необходимость его предварительной очистки.

Присоединяйтесь

  • О компании
  • Пресс-центр
  • Дилерская сеть
  • Мы и общество
  • Наши услуги
  • Отраслевые решения
  • Статьи
  • Molykote
  • MODENGY
  • DOWSIL
  • EFELE
  • PermabondMerbenit

© 2004 – 2021 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: