Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Надежность и диагностика энергетических электромашин

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.11.2023

Размер:

8.33 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 207 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

		maxi		к	*iO	\	a2		W /	(И)
где tK	-	время	начала		останова. Для			существования *т1пг-		(И)
где tK	-	время	начала		останова. Для			существования *т1пг-
необходимо		Т» ' >Т»				Гго			Т„
				(fiyt	Щ	Гзв'У	(		Ъо \ т*о'Га	( 12)
		^^/2mat2	^yt Iffy2		rwJ		^Ц2	Ву2	Г,д J	( 12)
		^^/2mat2	^yt Iffy2		rwJ		^Ц2	Ву2	Г,д J
при условии, ЧТО				Tf0 .
В процессе охлаждения наблюдается характерное время
котором	Br(t) - %(t)			= о.	Оно равно
					чо ‘	1	0у2			(13)
							0у2
Существенное			уменьшение отрицательных влияний пусков я ос

тановов гояет быть обеспечено регулированием охлаждения турбоге нератора. Относительное перемещение элементов при оптимизированном

пуске	и останове показано на р и с .4, кривой	4 . В этом случае воздей
ствие	пуска и останова (тепломеханическое)	на надежность и ресурс

конструкции будет минимальным. На р и с .4 заштрихованная часть по казывает уменьшение тепломеханического воздействия при управляе мом, в тепловом отношении, пуске и останове. Необходимо отметить, что в этом случае существенно уменьшается не только количественное воздействие. При регулируемом (управляемом) пуоке-останове тепло механическое воздействие остается одного и того х е знака, тогда как при нерегулируемом тепломеханическое воздействие носит пульси рующий характер с изменением знака амплитуды перемещений.

Исходя из рассмотренной физической сущности влияния перемен ных графиков нагрузки могут быть рекомендованы следующие мероприя тия, направленные на повышение надежности и нагрузочной способности мощных турбогенераторов: интенсификация охлаждения концевых зон сердечника статора; экранирование торцевой зоны сердечника стато

р а, минимизация аксиальной		составляющей магнитного поля,		действую
щей на	торцевую поверхность	зубцов; стабилизация температуры цент
ральных	частей сердечника	статора и ротора в режимах	Ра	const,
созч> - var ; регулирование		охлаждения, управляемый'в	температур
ном отношении, пуск и останов генератора; оптимизация режимов и

распределения нагрузок между турбогенераторами, работающими в энер госистеме; применение новых материалов и технологий, усовершенство-

Т а б л и ц а 2. Интенсификация, регулирование и стабилизация

Номе Наименование и назначение системы	Принцип работы р егу
п /п	лятора

I . ВАРИАНТЫ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЙ

1.1Система поддержания на определенном Регулирование осуще-

	уровне нагрева сердечника статора					ствляется во			возмуще-
	путем изменения температуры охлаж-					нию (по	полному току
	дающего газа			с помощью регулирова-		статора)
	ния расхода воды, циркулирующей в
1.2	газоохладителе								осущест-
	Система поддержания на заданном уров-Регулирование
	не. нагрева		сердечника статора путем			вл яется	по	возмущению
	перераспределения потоков охлаждаю-					(полному току			статора)
	щего газа		с помощью введения в ве н -			и по отклонению темпе-
	тиляционную схему дополнительного					ратуры сердечника				с т а -
	шунтируицего			тракта на стороне ту р -		тора
1.3	бины				оптимальной р а з -	Регулирование			осущ ест-
	Система поддержания
	ности между температурами сердечни-					вляется	по	возмущению,
	на статора		я	его обмотки путем п ере-		(полному току			статора)
	распределения			потоков охлаждающего		и по разности темпера-
	газа с помощью введения в вентиляцитуры железо -								стержень
	онную схему дополнительного шунтиру
	ющего тракта на стороне контактных
1.4	колец				температуры ж е-	Регулирование			осущ ест-
	Система поддержания
	леза. крайнего			пакета	на допустимом	вляется	по	возмущению
	уровне путем интенсификации охлаж-					(полному току			статора)
	дения крайнего пакета за счет пере
	распределения потоков охлаждающего
	газа в	функции потерь
1.5	Система обеспечения оптимального					Совокупность			описаний
	теплового состояния				основных эле	по п .1 .1	-	1 .4
	ментов	турбогенератора
					П. ВАРИАНТ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРУЕМОГО
2 .1 . Система		стабилизации			теплового со с -	Автопараметрический р е -
	тоявия оердечншса статора турбоге-					гулятор	на	основе		и с -
	нератора типа ТВВ мощностью 500,					пользования		материала,
	800 МВт					обладающего		тепловой
						"памятью” формы
_ •	„		.		Ш. ВАРИАНТ СИСТЕМЫ РУГУЖРУЕМ0Г0
									(тип	ТГВ,
3 .1	Система стабилизации теплового оо с-					Автопарамвтрический р е -
	тояния отдельных узлов или турбоге-					гулятор	с л сп о л ьзо ва -
	нератора в		целом			наем, химокоыпрессоров,
						которые	обеспечивают из
						менение	давления водоро-
					. да внутри ген ератора в
						функции нагрузки				-

теплового		состояния мощного турбогенератора
Диапазон нагру			Основные достоинства			Примечание
зочных режимов:
Ра к т . МЁт;
ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА НА БАЗЕ ТГ ТИПА ТГВ-200
140	* 200;	Уменьшение колебаний прессу				Целесообразно		исполь—
1,0	+ 0,85	ющих усилий в сердечнике ста . зовать систему для ста
		тора	при переменных графиках			билизации температуры
		нагрузки. Возможность уста				холодного г а з а		на вы
		новки исполнительного			меха	ходе из	гаэоохдади-
О	+ 200;	низма вне турбогенератора				телей		исполь
		Возможность локального			теп	Целесообразно
0 ,85* 1,0		лового' воздействия		на	сер	зовать систему		1,2 в
		дечник статора для		уменьше		качестве	второго		эве
		ний колебании прессующих				на после	системы,ре
		усилий в сердечнике при из-,				гулирования I . I			(по
		менениях нагрузки				циркулирующей воде)

О + 200: 1,0 + 0,85

Устранение	относительных	Целесообразно исполь-
перемещений	стержня обмот-	зовать совместно о
ки в пазах железа статора		системой по п .1 .2
в режимах глубокого изме
нения нагрузки

200;	Снятие недопустимых локаль		При эксплуатации сис
но + 0,95	ных нагревов в концевой эо -		тем по п .1 .1 -1 .3 явля
(емк)	не сердечника статора и рас		ется	необходимым звено»
	ширение диапазона	допустимых	для	обеспечения их фун
	нагрузок вплоть до режимов с		кционирования в режима}
	номинальной активной мощ		с потреблением реактив
	ностью и потреблением реак		ной мощности с номинал*
	тивной мощности		яым значением активной
Все эксплуа-	Включает все достоинства		мощности

тационные	систем по п .1 .1 -	1.4
режимы

ОХЛАЖДЕНИЯ НА БАЗЕ ТУРБОГЕНЕРАТОРА МОЩНОСТЬЮ 500,800 МВт типа ТВВ

500,800;		Уменьшение колебаний прессу-	Регулирование осуще-
0,85+1,0		ющих усилий в сердечнике с т а -	ствляется путем измо
		тора при переменных графиках	нения высоты барьера
		нагрузки. Повышение долговеч- в зазоре между рото-
		ности работы оердечника	ром и статором
ОХЛАЖДЕНИЯ ТУРБОШЕРАТОРА С ВОДОРОДШМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
ТВВ и д р .)		Потери, которые выделяются в	Использование сорб
Для ТГ типа
ТГВ-200 при		генераторе, идут на создание	ции и десорбции во
изменении Ра=		дополнительных условий, н а -	дорода гидридами
=200 МВт,при		правленных на интенсификацию
изменении дав-охлаждения я тепловую стаби -
ления водоролизацию
да	с 4 ,5 ат до
2 ,5	ат Mneot	=

30+47°С;I,0+

1 ,5 0 Т Н .в Д . M a e .a t» m

=58+82 С ;1,0+ 1,41отн .ед .

63 -

вание на этой основе отдельных узлов и конструкции машины в целой; разработка и внедрение современных методов .контроля и диагностики.

Рассмотрим более подробно вопросы управления тепловыми про

цессами мощных турбогенераторов.

В таб л .2 рассмотрены различные варианты регулируемого охлаж дения турбогенераторов типа ТГВ и ТВВ. Однано можно отметить три принципиально различные варианта регулируемого охлаждения: регули

рование с помощью изменения температуры хладагента; регулирование путем изменения расхода; регулирование нутам изменения давления

хладагента.

На р и с .5 показано регулирование охлаждения турбогенератора типа ТГВ-200. Исполнительный механизм I позволяет реализовать ва

риант системы I . I (таб л .2 ) . Вариант системы 2 ,2 реализуется благо

даря наличию в системе регулирования исполнительного механизма 2 /2 7 . Оптимальную разницу температуры между стержнями и сердечником

статора можно обеспечить'при использовании исполнительного механиз ма 3 . Интенсификацию охлаждения торцевой зоны сердечника можно , обеспечить с помощью исполнительного механизма 4 (см .1 .1 таб л .2)

Л Л

Реализация системы 1.4 на .турбогенераторе типа ТГВ-200 позво

лила снизить максимальную температуру крайнего пакета на 10*12°, конструктивных элементов концевой зоны на 17 -20°. Кроме того,умень шен почти в 2 р аза диапазон колебания температуры сердечника при переменных графиках Нагрузки.

Дальнейшая разработка и внедрение систем интенсификации, р е гулирования и стабилизации теплового состояния мощных турбогенера торов - эффективный путь повышения их надежности и нагрузочной

способности в маневренных		режимах	эксплуатации.
вак,	1. А .с . №777774 (СССР). Статор		электрической машины /		Б.В.Спи
	Е.Х.Глидер, В.С.Кильдишев и д р .		- Опубл. в Б .И .,	1980.	А 41.
	2 . А .о . ЛГ00П91 (СССР7. Статор		электрической машины /		С.Г.Сча
стливый, Г.М.Федоренко-, А .А.Бут, В.А.Крамарский. - Опубл. в					Б .И .,
1981,	Л 4 .	Гаврилов	Л .Г ., Остерняк Э.С. Вибраци
онная	3 . Станиславский Л .Я .,
	надежность мощных турбогенераторов. - М. : Энергия, 1975. -
240 с .				Исследова
	4 . Счастливый Г .Г ., Тимошин А.М ., Бондаренко А.И.

ние влияния режимов на надежность статора мощных турбогенераторов.-

В К'	Надежность энергетических злектромашин. Киев		: Наук .думка,
1981, с .3—3 .		Выговский В .И ., Сморо
	5. Счастливый Г .Г . , Федоренко Г .М .,
дин В. И. Ширев и потеря в крайнем пакете сердечника			с т а т о р а т у Пг-
богене^атора. - Изв.АН СССР. Энергетика		и транспорт,	1982, A I ,

6 . Цветков В.А. Возможности повышения надежности силового энергетического оборудования с помощи методов и средств техничес кой диагностики. - Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1979, » 6 , с . 49-57.

7 . Тимошин А.М. Влияние переменных режимов на повреждаемость элементов турбогенераторов. - Электр.станции, 1978, Л 7 , с . 52-55,

УДК 621.313.321 В.А.Крамарокий

РАСЧЕТ ТЕПЛОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СТАТОРЕ

м о щ н о го т'ПРИг переменных графиках нагрузки

Для современных энергосистем и их объединений характерно воз

растание неравномерности графиков нагрузки . Поэтому наряду с соз данием специальншгнияовнх и полуликовых установок для покрытия

переменной части графиков нагрузки применяются все более мощные

блоки, поскольку создание специальных условий для работы в номи нальном режиме даже для сверхмощных блоков экономически нецелесооб

разно. Современные мощные турбогенераторы должны надежно работать

в условиях их ежедневных остановов и пусков	в	течение	всего перио
да работы, т .е . 7500-10000 циклов за 45-30	лет	[ \ / . Возникающее
при этом циклическое изменение термического	соотояния		конструк

ции статора не должно приводить к изменению прессующих характерис

тик	сердечника статора / 2 / , падению	электроизоляционных		характерис
тик	обмотки статора, росту вибрации	стержней,	сердечника	и стато
ра в	целом / 3 / . Для изучения происходящих при		этом физических про

цессов и разработки практических рекомендаций до повышению надеж ности турбогенераторов необходимо совершенствовать методы теорети ческих и экспериментальных исследований, а также методов математи ческого моделирования изучаемых явлений.

В данном случае ставилась задача получения инструмента для расчетного исследования нестационарного нагрева сердечника и об мотки статора мощного турбогенератора. На ри с.1 представлена часть сердечника и обмотки статора, для которых ооставлен алгоритм и программа расчета на ЭШ температурного поля, учитывающая подо грев газа в канале и изменение его плотности с температурой.

Математическое описание температурного поля в рассматривае мых объектах сделано при следующих допущениях, основанных на ана лизе выполненных ранее исследований: рассматривается часть пакета, приходящаяся на половину зубцового деления, учитывая круговую сим-

метрик) конструкции сердечника статора, при этом тепловой поток в • тангенциональном направлении отсутствует (кроме границы с обмот

кой); нагрев пакета сердечника статора рассматривается независимо от других пакетов, поскольку при принудительной вентиляции их вза имным влиянием можно принебречь; шихтованный пакет рассматривается как однородное анизотропное тело с усредненными тешюфиэическими

характеристиками, не зависшими от температуры; стерш и обмотки рас сматриваются как полые проводники с эквивалентным сечением меди . и с вентиляционными каналами эквивалентного периметра; охлаждение всех пакетов по длине статора одинаково, поэтому, учитывая что по тери во всех пакетах (кроме крайних) одинаковы, нагрев всех паке тов тоже одинаков (кроме крайних, составляющих 5-IQJ6); теплообмен между пакетами сердечника и об—.,

моткой принимается равным тепло обмену между пакетом и средней по длине частью обмотки; темпе ратурная функция в рассматривае

мых областях и на ее границах яв ляется гладкой и может быть сколь угодно точно приближена доста-» точно гладкими функциями.

При этих допущениях про цесс распространения тепла в рассматриваемых элементах (см.

ри с.1) описывается системой диф ференциальных уравнений тепло- ■ проводности, подогрева охлажда ющей среды и краевых условий;

трехмерное уравнение тепло проводности в цилиндрических ко ординатах для части пакета сер дечника статора

(1) Р и с .1 . Расчетная схема статора ' и обмотки.

одномерные уравнения теплопроводности для стержней обмотки

СмРм

» ,

_£ Ч _

“ *>

' 4 t (x'V*

^ ч

вхг

уравнение

подогрева газа в

пакете

двг

Вг

•

уравнение подогрева газа в

стержнях

обмоЯки

W n»*TiJ(MЯ '

28г.в

дх

д . ,

J r * ? * .. . Мкн

Г-н

ым Л

Лг

Краевые условия:

при

t~0\ ■

et О» *) - 0Я/Ш(>, t)

при

t=0’.

* ф

внт ,(*>*)

ПР«

>*а

«ь4*

•

•V

»в

D в

при

г*

гг ;

1 Г

= в' вг

Лг

iff

ct(r)~W=‘ а~вг

при

2*0^

лL

iff.

~«у

в ~вг

при

z -

Ъ}

„

при

■V= <7;

~W = 0

Ч *

У - Ъ

Г, < г *

^ ± ! t . ЗВ = <9 Л

при

„

*Vy г

-вг~~в* - в

у .

Л , Г

ВВ

<г -

(рг

д<е~8х ~ в

при

лг

ъ tit-

В9

•V

■

при

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(1.0)

(I I)

(12)

(13)

(14)

(15)

( 16)

	dBs			при			Х‘X f0f ;;		(17)
				при			Х‘X f0f ;;		(17)
		■п		при			* ' 0 )		(18)
	дх	= 0		при			* ' 0 )		(18)
	дВ.			при					(19)
	- k	*	9	при			x - t ;		(19)
			п	при			я - L .		(20)
	дх	“	0	при			я - L .		(20)
Здесь	0 {r,	<f t		z ,	t )	_	температура	пакета	сердечника статора,К
9„ом	ir ,	¥.	z,	t	),	в	( х , х-	) , ^	( , , О . темпера

туры пакета соответственно верхнего и нижнего стержней обмотки в

номинальном режиме работы; вд (*, f ) ,	( *, в ) - температуры
соответственно верхнего и нижнего стержней обмотки статора, К;
9г ( г ) . вг.»(г }> вг .Л г ) - температура газа	соответственно в радиалц

ных вентиляционных каналах сердечниках статора в верхнем стержне обмотки, нижнем стержне обмотки, К; л г , xz , AU}_, - коэффициенты теплопроводности соответственно шихтованной пакета по трем направлениям изоляции стержней обмотки, меди стержней об мотки, К; oc(r), oCj, ык , <*м - коэффициенты теплоотдачи соот ветственно в радиальных вентиляционных каналах между пакетами сер

дечника

статора, в

зазо р ,

в сторону

корпуса, Вт/м^-К;

с ,

см '

сг

~ УД0льные

теплоемкости

соответственно

шихтованного

пакета

меди,

стержней

обмотки, г а за

Дж/кг-К;

Q ,

-р а с х о д

газа через радиальные вентиляционные каналы сердечника.статора,

стержень

обмотки, tfV c ;

р , р м , р г

плотность шихтованного па

кета,

меди обмотки,

охлаждающего г а за ,

кг/м3 ;

Цг)

ширина вен

тиляционного

канала

(или

п акета);

эквивалентный периметр

вентиляционных каналов в отвржне обмотки, м;

f ( п.

i ),

%(***)•

% ( х< *)

удельные потери соответственно

в шихтован

ном пакете,

верхнем и нижнем отержнях обмотки,

Вт/м3 .

Система дифференциальных уравнений

(I) -

(20)

теплопроводно

сти для рассматриваемых объектов совместно с условиями однозначно сти дает полную математическую формулировку кошфетной задачи теп лопроводности. Корректность поставленной задачи предполагается, т .е . решение задачи,удовлетворяющее всем граничным условиям суще

ствует, единственно и устойчиво, а малые изменения любого из дан-, ных задачи вызывают соответственно малые изменения решения.

Поскольку подавляющая часть дифференциальных уравнений, в ча

стности, уравнения с частными производными, не интегрируются в

квадратурах, для решения большинства	прикладных задач		используют
приближенные численные методы. Одним из таких методов		-	методом
конечных разностей - решается система	уравнений (I) -	(2 0 ). Р аз
ностная схема постррена интегроинтерполяционным методам			(методом

баланса). Дифференциальные уравнения теплопроводности аппроксими

рованы по неявной схеме на трехточечном двухслойном шаблоне для стержней обмотки. Применение неявной схемы обеспечивает устойчи вость решения независимо от величины шага по времени.

Записанная в разностном виде оистема уравнений (I) - (20) представляет собой оистему алгебраических уравнений, которая р е шается итерационным методом Либмана /4 7 . В качестве примера даны

расчеты нагрева отатора турбогенератора мощностью 200 МВт с ради альной системой газового охлаждения сердечника и обмотки статора. Интегральные потери, выделяющиеся в виде тепла в сердечнике и об

мотке статора, взяты из электромагнитного расчета, выполненного,по


стандартной методике.. Эти потери равномерно распределены						по длине
статора	(ось	% )	и в тангенциальном направлении		(ось <f	) . В ради
альном направлении			(ось г )	потери распределены	по зависимости
	где	^	- удельные	потери, Вг/м3 ; А -	постоянная;		/• -
радиус.	По специально составленной программе были определены						зна
чения	Л : для области ярма -			28000, для области	зубца -	27000.

Интегральные потери в стержнях обмотки рассчитаны отдельно для па зовой и лобовой частей я распределены равномерно по длине соответ ствующих частей о учетом коэффициента Фильда. Данные по расходам охлаждающего газа в каналах получены из вентиляционного р асчета .

Результаты расчета нагрева для номинального режима сопостав лены с данными натурных испытаний (рис.2 ) . Как видно из рис .2 , результаты расчёта с достаточной для практических целей точностью совпадают с экспериментальными значениями, что подтверждает досто верность разработанной методики расчета.

Нестационарный нагрев сердечника и обмотки статора исследо - валоя при сбросе нагрузки с номинального режима до холостого хода

(XX)со скоростью 10 и' 20 МВт/мин, мгновенный сброс от номиналь

ного режима до XX, мгновенный сброо	от номинальной	нагрузки до О
р отключением возбуждения. Был также	смоделирован сброс		с номиналь
ной нагрузки до XX с прекращением подачи хладоагента		в	стержни об
мотки через 30 с после начала сброса.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 207 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги

#
12.11.20232.57 Mб1Надежность в микроэлектронике..pdf
#
12.11.202311.86 Mб3Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации..pdf
#
20.11.20233.78 Mб0Надежность и диагностика компонентов инфокоммуникационных и информационно-управляющих систем.-1.pdf
#
12.11.20233.12 Mб7Надежность и диагностика компонентов инфокоммуникационных и информационно-управляющих систем..pdf
#
19.11.202348.1 Mб9Надежность и диагностика технологических систем..pdf
#
12.11.20238.33 Mб2Надежность и диагностика энергетических электромашин..pdf
#
12.11.202310.52 Mб4Надежность и живучесть систем связи..pdf
#
12.11.20232.33 Mб1Надежность микросборок..pdf
#
12.11.20238.74 Mб8Надежность программного обеспечения систем обработки данных..pdf
#
12.11.20236.66 Mб2Надёжность систем автоматизации..pdf
#
19.11.202375.51 Mб0Надежность систем управления..pdf