Статор турбогенератора: конструкция и типы охлаждения

Турбогенераторы - мощные электрические машины (мощность отдельных доходит до пары гигаватт), созданные для того, чтобы вырабатывать электрическую энергию. Важнейшей активной частью ТГ, наравне с ротором, является статор.

Статор является самой массивной частью ТГ и достигает веса в сотни тонн, в зависимости от мощности машины.

Конструкция статора ТГ

Несмотря на разнообразие типов турбогенераторов, можно выделить основные узлы и части, которые встречаются у большинства типов ТГ: корпус, обмотка, сердечник, торцевые щиты, газоохладители, фундамент.

Корпус статора состоит из листов стали, которые свариваются и образуют обшивку корпуса. Кроме обшивки корпус состоит из поперечных и торцевых стенок, ребер для крепления к ним сердечника статора.

Обмотка статора

Обмотка статора ТГ выполняется двухслойной петлевой стержневого типа. Стержень имеет лобовую и пазовую часть. Лобовые части выполняются корзиночного типа и крепятся к бандажным кольцам специальным шнуром.

Бандажные кольца крепятся к кронштейнам.

Фазы обмоток соединяют в звезду. При соединении в треугольник возникают токи третьих гармоник, которые вызывают потери и в статоре и на поверхности ротора. Стержни обмоток располагаются на дне паза. Стержень состоит из отдельных медных проводников, это необходимо для защиты от вихревых токов. Чем дальше проводник находится от дна паза, тем ниже его индуктивное сопротивление. Для протекания равномерного тока по обмотке, стержни на протяжении длины транспонируют (переворачивают, переплетают) на 360 или 540 градусов. В генераторах с непосредственным охлаждением статора между проводниками вставляют и трубки с охлаждающей средой.

Изоляция обмотки бывает, например, класса F и называется термореактивной. Встречаются такие её виды - “слюдотерм”, “монолит”, “монолит 2” и др.

Сердечник статора

Сердечник представляет собой бочку, которая состоит из прессованных листов электротехнической стали, которые разделены на пакеты. Ширина пакета составляет порядка 4-5 см. Особые требования предъявляются к крайним пакетам, так как на них производится большее воздействие, чем на остальные пакеты.

Для их защиты устанавливают экраны или магнитные шунты. Между пакетами установлены дистанционные распорки, которые создают вентиляционные каналы, необходимые для охлаждения статора. Чтобы еще сильнее стянуть конструкцию, к первым крайним пакетам установлены нажимные пальцы. Собранный сердечник с двух сторон припирают нажимными плитами с помощью гаек, прикрученных к ребрам корпуса.

Сердечник статора служит для создания переменного магнитного потока, поэтому иногда его называют магнитопровод.

Газоохладители

Газоохладители представляют собой горизонтально или вертикально расположенные секции, состоящие из большого количества биметаллических трубок (наружная поверхность - алюминий, внутренняя - латунь). Вода подается через фланцы, проходит через газоохладитель и на выходе охлаждается. Температуры на входе и выходе из газоохладителей контролируются, чтобы предотвратить неприятные события. Например, образование воды при охлаждении водородом при понижении температуры и повышении влажности.

При охлаждении воздухом - воздухоохладитель, при охлаждении водой, водородом - газоохладитель.

Торцевые щиты находятся с торцов статора и закрывают его. В щитах имеется отверстие для ротора. Щиты предназначены для ограничения внутреннего пространства статора от окружающей среды, создания в торцевых частях вентиляционных каналов, защита лобовых частей статора.

Щиты выполняются выпуклыми, они должны быть газоплотными, герметичными и должны выдерживать давление изнутри генератора на свои части.

Фундамент должен выдерживать все механические и динамические нагрузки, которые посылает на него статор. Фундамент отвечает за взаимное расположение генератора, турбины и возбудителя. Статор ставят лапами на опорные плиты, выполненные из стали. Генераторы выше 12 МВт имеют отдельные плиты для лап статора, возбудителя, подшипника.

Системы охлаждения статоров ТГ

Конструкции статоров похожи, но различаются, в зависимости от способов охлаждения обмотки и сердечника. В качестве охлаждающей среды может выступать воздух, водород, вода или масло. Процесс охлаждения может быть непосредственным или косвенным.

Непосредственное (форсированное) охлаждение - охлаждающая среда взаимодействует с обмоткой напрямую, это могут быть вентиляционные трубки внутри стержней.

Косвенное охлаждение - охлаждающая среда циркулирует по статору через вентканалы и не касается с жилами обмотки статора. Между ними изоляция проводников.

Приведем наглядную таблицу, где покажем, в каких генераторах каким образом происходит охлаждение обмотки и сердечника статора.

Каждый пункт и абзац приведенный в данной статье заслуживает отдельной не книги, но статьи точно. В данном материале были кратко и поверхностно представлены основные понятия о статорах турбогенераторов. Более широко раскрывать эту тему буду в других статьях, которые выйдут позже.