Турбина генератора что это

Турбина генератора что это

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.

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(

Турбогенератор

Турбогенератор — это турбина, соединенная с генератором, который преобразует механическую энергию движущейся жидкости, такой как жидкая вода, пар, природный газ или воздух в электричество. Генератор состоит из движущейся части ротора и неподвижной части статора. Наружный слой ротора покрыт электромагнитами, а внутренняя стенка статора облицована витками медной проволоки. Компания DMEnergy занимается поставкой, ремонтом и обслуживанием газотурбинных, паротурбинных и водотурбинных турбогенераторов.

Паровой электрогенератор

Паровой электрогенератор — преобразует горячую воду в пар под высоким давлением и часто с дополнительными змеевиками для перегрева пара. Паровые электрогенераторы используют конструкцию с прямоточным принудительным потоком для преобразования поступающей воды в пар в течение одного прохода через змеевик воды. Когда вода проходит через змеевик, тепло передается от горячих газов, что заставляет воду превращаться в пар.

Конструкция генератора не использует паровой барабан, в котором пар бойлера имеет зону отсоединения от воды, поэтому для достижения качества пара 99,5% требуется использование сепаратора пара / воды. Паровые генераторы не используют большой сосуд высокого давления, как в жаровой трубе, они часто меньше по размеру и быстрее запускаются. Однако это происходит за счет выработки энергии, так как генераторы имеют низкие скорости выключения и, следовательно, менее способны обеспечивать подачу пара в периоды переменного спроса.

Турбогенераторы для ТЭЦ

Компания DMEnergy поставляет и обслуживает турбогенераторы на ТЭЦ. Более того, мы можем оказать реинжиниринговые услуги с привлечением специалистов завода-производителя турбогенератора. Обычно турбогенератор — это синхронный генератор, непосредственно соединённый с турбиной тепловой электростанции.

Так как турбины, используемые на ТЭЦ, работающих на органическом топливе, имеют наилучшие технико-экономические показатели при больших частотах вращения, то турбогенератор, находящиеся на одном валу с турбинами, должен быть быстроходными. Любое оборудование со временем может выйти из строя и тогда потребуется диагностика и ремонт. Ремонт турбогенераторов ТЭЦ следует проводить силами квалифицированного персонала, предварительно проведя предварительные приготовления и испытательные работы

Испытания турбогенераторов

Испытание турбогенератора является важным и необходимым процессом. Испытания гарантируют, что соответствующая часть оборудования исправна и способна выполнять свои функции. Тестирование проводится в симуляциях, которые, как правило, очень похожи на практический сценарий, в котором работает турбогенератор. Тестирование предоставляет экспериментальные данные, такие как эффективность, потери, характеристики, температурные пределы и т. д. Тепловые испытания турбогенераторов необходимы для определения тепловых характеристик и возможных нагрузок турбогенераторов. Компания DMEnergy осуществляет как ввод в эксплуатацию, так и проводит шеф-монтажные и пусконаладочные работы.

Такие испытания проводится в первый год эксплуатации для определения температур стали статора, обмоток ротора и статора, проверки работы газоохладителя. Результаты испытаний сравниваются с техническими условиями и ГОСТ, и по ним устанавливаются допустимые в эксплуатации режимы работы генератора. Испытания проводятся при нагрузках 60, 75, 90 и 100 % номинальной мощности. Изоляция турбогенератора главным образом определяет срок эксплуатации, надежность и безопасность всей системы. С этой целью проводятся высоковольтные испытания турбогенераторов, которые выявляют все имеющиеся дефекты и части требующие замены.

Бандажное кольцо турбогенератора

Специалисты компании DMEnergy рекомендуют регулярно проводить бороскопическое обследование обмоток под бандажными кольцами. Сегодня большая часть энергии производится в турбогенераторах, которые работают со скоростью 3000 оборотов в минуту. Вращающееся магнитное поле создается обмотками с переменной полярностью, которые вызваны постоянным током. Обмотки выступают из продольных канавок ротора на концах шара и образуют головку обмотки, которая должна быть защищена от центробежной силы. Бандажные кольца ротора турбогенератора принимают на себя эту функцию.

Они являются компонентом, несущим наибольшую нагрузку в турбогенераторе. Бандажное кольцо турбогенератора выдерживает огромную центробежную силу в генераторах — до 3600 оборотов в минуту. Бандажные кольца генератора-ротора, которые вращаются вместе с ротором и обычно изготовлены из немагнитных стальных сплавов, являются наиболее напряженными компонентами во всей системе турбины и генератора-ротора.

Ротор турбогенератора

Ротор турбогенератора – это вращающийся электрический компонент в двигателе. Он содержит группу электромагнитов, организованных вокруг цилиндра, и их полюса обращены к полюсам статора. Ротор расположен внутри статора и установлен на валу двигателя переменного тока. Статор состоит из рамы статора для поддержки многослойного сердечника, обмоток и многослойного сердечника статора, снабженного вентиляцией для того, чтобы минимизировать потери на вихревые токи, его целью является поддержка обмотки статора.

Ротор вращающейся части состоит из вала ротора с прорезями для размещения обмотки возбуждения (обмотки ротора турбогенератора), который представляет собой единый цельный элемент, способный выдерживать высокие механические нагрузки и немагнитные стопорные кольца ротора для преодоления центробежной силы. Основная задача ротора – поглощать механическую энергию вне генератора и использовать ее для создания вращательного движения. Ротор в турбогенераторе может быть прикреплен к набору лопаток ветряных турбин, комплекту лопаток реактивной или импульсной паровой турбины, лопаток гидротурбины или газового двигателя. Выбег ротора турбогенератора – это необходимый эксплуатационный этап, по которому можно сделать вывод об исправности турбоагрегата.

Система возбуждения турбогенератора

Компания DMEnergy проводит диагностику системы возбуждения, а именно — проверку релейной защиты турбогенератора, АРН (автоматического регулятора напряжения), ARV (automatical regulator voltage), диодов обратного тока и диодного кольца.

Система, которая используется для подачи необходимого тока поля на обмотку ротора генератора, называется системой возбуждения. Основным требованием к системе возбуждения является надежность при любых условиях эксплуатации, простота управления, обслуживания, стабильность и быстрый переходный процесс. Требуемая величина возбуждения зависит от тока нагрузки, коэффициента мощности нагрузки и скорости машины. Система возбуждения – это единое целое, в котором каждый генератор имеет свой возбудитель.

Возбуждение турбогенератора в основном подразделяется на три типа:

• система возбуждения постоянного тока;
• система возбуждения переменного тока;
• система статического возбуждения.

Для того чтобы добиться изменения тока возбуждения пропорционально току нагрузки генератора, используется токовый трансформатор. Система APH обеспечивает ток возбуждения даже при коротком замыкании. Система возбуждения постоянного тока имеет два возбудителя — основной возбудитель и пилотный возбудитель. Выходной сигнал возбудителя регулируется автоматическим регулятором напряжения (система AVR) для управления напряжением выходной клеммы генератора. Вход трансформатора тока в AVR обеспечивает ограничение тока генератора во время отказа.

Синхронный генератор переменного тока, который работает в паре с газовой турбиной, называют турбогенератором. Главная задача – преобразование механической энергии вращения ротора турбины в электрическую. Главные компоненты электрогенератора – ротор и статор. Каждый из главных компонентов включает в себя различное число элементов и систем. Ротор – вращающийся элемент генератора, статор – неподвижный.

Механическая энергия преобразуется в электрическую через магнитное поле ротора в статоре. Магнитное поле создается несколькими путями: постоянными магнитами, током постоянного напряжения. Различают несколько типов генераторов: 2-х полюсные (скорость вращения 3000 об/мин.), 4-x полюсные (1500 об/мин) и многополюсные. Генераторы также различаются по типу применяемой системы охлаждения. Существуют модели с воздушным, водяным, масляным и даже водородным охлаждением. Также, не редко применение находят и комбинированные системы охлаждения.

Охлаждение турбогенератора

Воздушная пробка, протечки, поломка кулера и другие проблемы с охлаждением турбогенератора, приводят его перегреву и выходу из рабочего состояния. DMEnergy прекрасно справляется с решением этой проблемы.

Системы охлаждения турбогенераторов представлены несколькими способами: водородное, воздушное, охлаждение водой и водородно-водяное охлаждение. Турбогенераторы с водородным охлаждением — это турбогенератор с газообразным водородом в качестве теплоносителя.

Водородное охлаждение турбогенератора предназначено для создания атмосферы с низким сопротивлением и охлаждения для одноосных и комбинированных циклов в сочетании с паровыми турбинами. Из-за высокой теплопроводности и других благоприятных свойств газообразного водорода, водородный турбогенератор — это наиболее распространенный сегодня тип в своей области. Турбогенераторы с воздушным охлаждением используют циркуляцию воздуха для снижения температуры. В системах воздушного охлаждения двигатель забирает холодный воздух из атмосферы и выдувает его изнутри через разные части генераторной установки. Это удерживает генератор от перегрева.

Система воздушного охлаждения бывает либо с открытой вентиляцией, либо полностью закрытая. В системе с открытым воздухом используется атмосферный воздух, а выхлопные газы выпускаются обратно в атмосферу. В закрытой системе воздух рециркулирует внутри, чтобы охладить внутренние части генератора. Водяное охлаждение применяется непосредственно для охлаждения обмоток статора и ротора турбогенераторов при помощи подачи воды. Конструкция турбогенераторов с полностью водяным охлаждением — взрывозащищена. Турбогенераторы обладают высочайшей надежностью, улучшенной способностью к частым пускам и перегрузочной способности благодаря низким уровням нагрева и вибрации.

У турбогенераторов с водородно-водяным охлаждением процесс охлаждения распределяется следующим образом: обмотка ротора охлаждается при помощи пресной воды, а ротор с помощью водорода. Внешняя поверхность также охлаждается водородом.

Производители генераторов

Наша компания осуществляет сервис, ремонт, поставку как самого оборудования, так и сопутствующих комплектующих. Сотрудничаем с производителями напрямую. Благодаря этому поставляем гарантийное оригинальное оборудование для турбогенераторов по оптимальной цене прямо с завода производителя. Для услуг связанные с сервисом возможно договориться о выезде специалиста от самого производителя.

Один из ведущих производителей турбогенераторов на сегодняшний день – компания Brush Turbogenerators. Генераторы отличаются высоким качеством и развитой системой управления, которая позволяет осуществлять параллельную синхронную сбалансированную работу нескольких установок между собой и сетью, релейную защиту и интеграцию с системой управления ГТУ.

Так же большой популярностью пользуются генераторы такого производителя, как General Electric типа ELIN. Например турбогенератор ELIN 6FA, больше известный как GE 6F.03

Статья написана при участии господина Андрианова А., начальника электротехнического отдела компании DM Energy .

Генератор 6f.03 (GE 6FA) для турбины

О компании ELIN Motoren Генератор ElIN 6f.03 (6FA) Характеристики генератора 6f.03 (6FA) Предложение DMEnergy О …

Турбогенератор

В зависимости от конструкции первичного двигателя существует два основных типа синхронных генераторов:быстроходные и тихоходные.

Быстроходные генераторы на 3000 и 1500 об/мин предназначаются для непосредственного соединения с паровыми турбинами и называются турбогенераторами.

С увеличением числа оборотов размеры и вес паровой турбины и генератора уменьшаются, что дает ряд экономических преимуществ. В связи с этим в настоящее время широко применяют двухполюсные турбогенераторы на 3000 об/мин.

Синхронизация и принятие нагрузки турбогенератора

После того как турбина развернута до номинального числа оборотов, нужно проверить действие приспособления для изменения числа оборотов (синхронизатора). Убедившись, что оно работает исправно, можно включать генератор на сеть, помня, что работать длительное время без нагрузки турбина не должна во избежание чрезмерного нагрева части низкого давления. Если на данную сеть не работает какой-либо другой генератор, то включение осуществляется очень просто. Включают возбуждение генератора, доводят его напряжение до нормального и включают главный масляный выключатель, после чего поочередно включают масляные выключатели фидеров, передающих энергию к потребителям.

Иначе обстоит дело, когда генератор приключается к сети, на которую уже работают другие генераторы. Включение на параллельную или, как говорят, синхронную работу с другими генераторами должно быть произведено в момент, когда напряжение приключаемого генератора равно напряжению в сети, число периодов в секунду (частота) приключаемого генератора одинаково с частотой уже работающих на сеть генераторов (то есть с частотой сети) и имеет место совпадение фаз напряжения в сети и напряжения приключаемого генератора.

Равенство напряжений определяется по показаниям вольтметров, установленных на распределительном щите и указывающих действительные значения напряжений приключаемого генератора и сети. В случае, если показания вольтметров различны, то напряжение генератора подгоняют к напряжению сети, соответствующим образом регулируя возбуждение генератора.

Как известно, напряжение на зажимах (выводах) генератора переменного тока непрерывно изменяется; оно увеличивается от нуля до некоторого максимального положительного значения, затем уменьшается до нуля, после чего принимает отрицательное значение и, достигнув определенной величины, опять падает до нуля и так далее. Графически эти изменения изобразятся кривой, по форме близкой к синусоиде (рис. 8). Время, в течение которого напряжение проходит все свои положительные и отрицательные значения, называется периодом, а число периодов в секунду- частотой. Обычно применяется частота, равная 50 пер/сек.

Частота определяется выражением

где р- число пар полюсов генератора;
n- число оборотов в минуту;
60- число секунд в минуте.
Следовательно, равенство частот работающего и приключаемого генераторов будет иметь место при условии, что

Это значит, что при равном числе полюсов работающего и приключаемого генераторов, то есть р= p1, должны быть равны и числа их оборотов n= n1. Таким образом, для получения близкого совпадения частот число оборотов приключаемого генератора должно быть возможно точно доведено до числа оборотов работающего генератора.

При большем числе полюсов у работающего генератора число оборотов приклчаемого должно быть соответственно больше, и наоборот.

После того как равенство напряжений и близость частот достигнуты, нужно уловить момент совпадения фаз напряжения в сети и напряжения приключаемого генератора и включить генератор именно в этот момент. Это условие требует некоторого пояснения.

Известно, что напряжение в сети, к которой мы должны приключить генератор, изменяется по кривой, аналогичной изображенной на (рис. Практически почти неизбежно, что напряжение генератора, уже работающего на сеть, и напряжение приключаемого генератора, даже имея равные амплитуды, окажутся сдвинутыми по фазе, то есть будут достигать каждого из своих мгновенных одинаковых значений разновременно (рис.9) Если мы при этом условии соединим в момент генераторы для параллельной работы, то между зажимами генераторов окажется разность потенциалов, равная (b — a), и через обмотки пойдет ток, который может оказаться даже больше тока короткого замыкания. Указанная разность потенциалов будет изменяться по величине примерно так, как показано на (рис. 10) На этой фигуре кривая е1 изображает напряжение работающего на сеть генератора, кривая

— напряжение приключаемого генератора, а кривая ер— равнодействующую напряжений, которое получается от взаимодействия е1 и е2.

Задача состоит в том, чтобы приключить генератор в такой момент, когда его напряжение и напряжение уже работающего на сеть генератора достигнут своих максимальных значений одновременно, будучи при этом равными и взаимно противоположными(будучи взаимно противоположными в внутренней цепи (в обмотках машины), совпадут по фазе по отношению к внешней цепи тока (сборным шинам)).

В этот момент результирующее напряжение ер будет равно нулю, и включение может быть произведено совершенно безопасно.

Рассматривая диаграмму, представленную на (рис. 10), мы видим, что кривые е1 и е2 имея равные амплитуды, постепенно сдвигаются одна относительно другой. Этот сдвиг вызывается некоторой разностью в числе оборотов генератора, которая практически всегда имеет место до включения на параллельную работу. Соответственно изменяется и амплитуда кривой ер, которая достигает своего максимального значения в момент совпадения одноименных максимальных значений е1 и е2 (точки А и В).

Своего нулевого значения ер достигает в моменты одновременности равных, но взаимно противоположных значений е1 и е2 (точка D) или одновременности нулевых значений (точка С).

Таким образом, приключать генератор можно в моменты, соответствующие точкам С и D. Для определения этих моментов между соединяемыми шинами включают электрические лампы, называемые фазовыми лампами (рис. 11). Ток, проходящий в этих лампах, вызывается равнодействующим напряжением ер. Очевидно, что в соответствии с изменениями ер будет изменяться накал фазовых ламп, которые будут ярко светиться в моменты, соответствующие точкам А и В, и постепенно погасать с уменьшением ер. При этом, чем ближе совпадают скорости вращения генераторов, тем продолжительнее будут периоды вспыхивания и затухания фазовых ламп, так как тем реже будет иметь место совпадение фаз е1 и е2. Схема параллельного соединения двух трехфазных генераторов с включением фазовых ламп показана на (рис. 12). Как видно из этой схемы, обе фазовые лампы при включении выключателей В3 и В4 будут вспыхивать одновременно.

Фазовые лампы не дают возможности точно уловить момент, когда ер становится равным нулю, так как они перестают светиться уже с того момента, когда ер становится недостаточным для их накала, но имеет еще существенную величину. Поэтому в параллель к фазовым лампам обычно приключают вольтметр, по которому можно более точно наблюдать разность потенциалов между соединяемыми шинами. В таком случае включение генератора производят в момент, когда вслед за потуханием фазовой лампы стрелка вольтметра займет нулевое положение. Предварительно добиваются возможно более продолжительных периодов загорания и потухания фазовых ламп, регулируя от руки или со щита число приключаемого генератора посредством приспособления для изменения числа оборотов турбины (синхронизатора).

Эксплуатация турбогенератора

Величина длительно допускаемой (без ограничения времени) нагрузки генератора зависит: 1)температуры охлаждающего воздуха; 2)коэффициента мощности с которым работает генератор; 3)длительно допускаемой температуры нагрева обмоток и стали статора, а также обмоток ротора.

Большинство генераторов, установленных на электростанциях, рассчитано на отдачу номинальной мощности при температуре входящего охлаждающего воздуха +35 или +40 0 С . При этом нагрев воздуха в генераторе (температурный перепад) в зависимости от типа генератора обычно составляет не более 25-30 0 С, соответственно чему температура выходящего из генератора воздуха обычно не превышает +60-70 0 С.

Длительно допускаемые температуры нагрева обмоток и стали различны для генераторов различного типа и зависят от рода их изоляции. Точные значения температур указывают в станционных инструкциях для каждого генератора, однако в большинстве случаев они не должны превышать 100-120 0 С для статорных обмоток и 120-145 0 С для роторных обмоток. Температура стали в месте расположения обмотки не должна быть больше допускаемой температуры последней. При этом предполагается, что температура нагрева обмоток и стали статора измеряются термодетекторами (термометрами сопротивления), заложенными между стержнями обмоток и на дно пазов статора, а температура нагрева обмоток ротора определяется по методу изменения сопротивления при нагреве.

Изоляция генераторов постепенно изнашивается или, как принято говорить, стареет. Старение изоляции происходит в следствии воздействия на нее электрического поля, под действием различных механических нагрузок (вибрации машины, электродинамических действий токов к. з., трения струи охлаждающего воздуха и т. д.). В следствии ее загрязнения, увлажнения, окисления кислородом воздуха и ряда других причин. Особенно большое влияние на старение изоляции оказывает ее нагрев — чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она разрушается, тем меньше ее срок службы. Например, если взять наиболее распространенную для статорных и роторных обмоток изоляцию класса В (изделия из слюды, асбеста и других минеральный материалов со связующими материалами на шеллаке), то оказывается, что если при нагреве до температуры 120 0 С срок службы ее составляет около 15 лет, то при нагреве до 140 0 С срок службы ее резко уменьшается почти до 2 лет. Значительный нагрев изоляции приводит к уменьшению ее эластичности, она становиться хрупкой, электрическая прочность ее резко уменьшается. Так же изоляция класса В при температуре нагрева порядка 105 0 С стареет медленно и срок службы ее становится более 25-30 лет.
Из сказанного следует, что в эксплуатации при любых режимах работы генераторов нельзя допускать нагрева их изоляции свыше установленных для них предельно допустимых температур.

Если температура входящего в генератор воздуха меньше номинальной (соответственно +35 или +40 0 С), то условия охлаждения генератора улучшаются и его мощность может быть несколько увеличена по сравнению с номинальной. Наоборот, если температура входящего воздуха выше номинальной, то мощность генератора должна быть несколько уменьшена. Значения допускаемых нагрузок генераторов при различных температурах входящего воздуха указываются в станционных и типовых инструкциях на генераторы.

Наибольшая допускаемая температура входящего в генератор воздуха +50 0 С, а выходящего (горячего) +75 0 С.

Для большинства генераторов номинальный коэффициент мощности cos f составляет от 0,8 до 0,9. От величины коэффициента мощности, с которым работает генератор, зависит величина тока возбуждения генератора. При одной и той же нагрузке генератора в киловольтамперах, чем меньше коэффициент мощности, тем больше ток возбуждения, тем больше загрузка ротора. Работа генератора с коэффициентом мощности меньше номинального приводит к неполному использованию мощности агрегата.

Если напряжение на зажимах генератора отличается от номинального не более чем на 5%, то генератор может быть загружен на номинальную мощность. Допускаются следующие предельные повышения напряжения на зажимах: для генераторов 6,6 кв — 10%, а для генераторов 10,5 кв и выше — 5%. В случае увеличения напряжения на зажимах генераторов до 6,6 кв и ниже более чем на 5% нагрузка их должна быть несколько уменьшена. Объясняется это тем,что в следствии недопустимости перегрузки ротора повышенное напряжение на зажимах генератора может быть получено только за счет уменьшения его нагрузки Наоборот, в случае уменьшения напряжения на зажимах тех же генераторов более чем на 5%, нагрузка их может быть несколько увеличена.

Несимметричная нагрузка фаз приводит к наведению токов в демпферных обмотках и к перегреву последних. Поэтому следует стремиться обеспечить равномерную нагрузку фаз генератора. Если турбогенераторы имеют роторы с капами, то наибольшая не симметрия нагрузки не должна превышать 10%; при роторах с проволочными бандажами не симметричная нагрузка не допускается.

Генераторы, присоединенные к сети с незаземленными нейтралями или к компенсированной сети (с дугогасящими катушками в нейтралях), могут продолжать работу при однофазных замыканиях на землю в сети. При этом длительность такого режима не должна превышать: для генераторов напряжением 6,6 кв и ниже — 2 часа; а для генераторов напряжением 10,5 кв — 1 часа. Ток замыкания на землю должен быть не более 50 А.

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.

Паровые турбины

Паровые турбины — принцип работы

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.

В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.

Конденсационные паровые турбины

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.

Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов. Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.

В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).

Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

Теплофикационные паровые турбины

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.

Паровые турбины специального назначения

Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).

• Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
• Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
• Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
• Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.

Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

Источник: nevinka-info.ru