Проектирование турбогенератора

 

Табл. 1.2 Варианты статорных обмоток турбогенераторов

Примечания:

1. Таблица составлена для обмоток с одновитковыми катушками; 2р = 2; m₁ = 3.
2. Цифры в скобках соответствуют однослойным обмоткам.

 

Выбранный вариант должен удовлетворять ограничениям по зубцовому шагу статора t₁ и полному току паза I_п1. Эти ограничения назначаются из условия ограничения перепада температуры в пазовой изоляции (при косвенном охлаждении) и по технологическим факторам.

Зубцовый шаг статора, м

(1.15)

 

рекомендуется в пределах

– при косвенном охлаждении,

– при непосредственном охлаждении.

Полный пазовый ток, А

(1.16)

рекомендуется в пределах

– при косвенном охлаждении,

- при непосредственном охлаждении.

Рис. 1.6. Магнитная система турбогенератора

 

Если условия (1.15) или (1.16) не выполняются, то нужно выбирать обмотку с большим числом параллельных ветвей, изменяя при необходимости число витков в фазе в большую сторону. После этого необходимо уточнить величины магнитного потока и индукции в зазоре, выразив их из формул (1.13) и (1.12).

После выбора обмотки  можно приступить к проектированию паза статора. В турбогенераторах, как крупных электрических машинах, применяются для статорных обмоток медные проводники прямоугольного сечения и, следовательно, пазы прямоугольной формы (рис.1.6).  Поскольку на данном этапе зубцовый шаг статора определен, то необходимо выбрать соотношение b_п1/t₁ . От этого соотношения зависят многие технико-экономические показатели турбогенератора. Вопрос об оптимальном соотношение b_п1/t₁  при различных номинальных напряжениях подробно рассмотрен в работе [8]. Здесь мы воспользуемся основными результатами проведенного анализа, в соответствии с которым (b_п1/t₁)_опт = 0,5 для любого способа охлаждения. Практически же рекомендуется принимать ширину паза, м

(1.17)

что обеспечивает высокое  использование и хорошие технологические показатели.

Ширина зубца в узком  месте, м

(1.18)

Полученная ширина зубца  в узком месте должна удовлетворять  ограничению

(1.19)

где – индукция магнитного поля в коронке зубца статора, Тл

– для большинства современных электротехнических сталей;

– длина чистой стали по оси статора, м;

 – коэффициент заполнения  сталью пакетов статора.

Второй основной величиной, выбираемой при проектировании паза, является плотность тока в обмотке статора j₁ , которая определяет сечение стержня обмотки, удельные электрические потери в меди статора и величину перегрева обмотки статора.

Плотность тока в обмотке  статора сильно зависит от типа и  толщины пазовой изоляции. Поэтому вначале необходимо выбрать изоляцию паза по рис.1.7.- 1.9. и таблицам 1.3., 1.4.

 

Рис. 1.7. Конструкция микалентной  компаундированной пазовой изоляции при косвенном охлаждении обмотки статора (Табл. 1.3)	Рис. 1.8. Конструкция микалентной  компаундированной пазовой изоляции и стержня обмотки статора с непосредственным водяным охлаждением	Рис. 1.9. Конструкции пазовойизоляции типа «Монолит-2» и «Слюдотерм» (Табл. 1.4)

 

 

Номер поз.	Наименование			Толщина по ширине и высоте, мм при
				Uнл до 3,15кВ				Uнл= 6,3 кВ			Uнл= 10,5 кВ			Uнл= 13,8 кВ			Uнл= 15,8 кВ			Uнл= 18,0 кВ		Uнл= 20,0 кВ
1	Электрокартон на дне паза			0,1
2	Миканит гибкий под переходы			0,4
3	Бумага асбестовая			0,5
4	Микалента черная			3,5		6,0			8,0			9,5			10,5			12,5			12,5
5	Лента асбестовая			1,0
	Лаковое покрытие			0,2
	Разбухание изоляции от пропитки	по  ширине		0,3
		по высоте		1,0
6	Прокладки между стержнями			2,0	2,5				3,0
7	Прокладка под  клином			1,0
	Допуск на укладку		по ширине	0,3						0,5
			по высоте	0,2						0,3
	Общая односторонняя толщина изоляции на паз, , мм		по ширине	2,5			4,2			5,3			6,0			6,5			7,5			7,5
			по высоте	7,2			10,7			13,3			14,8			15,8			17,8			17,8

Таблица 1.3 Размеры изоляции на основе микаленты в пазовой части стержневых обмоток (рис.1.7, 1.8). Класс изоляции B. Провод марки ПСД или ПДА.

 

После выбора общей двухсторонней толщины изоляции по ширине паза 2 _из можно определить предварительную ширину проводника обмотки статора, учитывая, что по условию транспозиции по ширине паза всегда укладывается 2 элементарных проводника:

(1.20)

Плотность тока j₁ для изоляции на термореактивных связующих и при токе паза предварительно можно определить по семейству кривых рис.1.10, а для по рис.1.11.

Плотности тока при  следует считать минимальными. Для уменьшения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора, экономии меди и изоляции плотность тока может приниматься на 10-40% большей.

Длина витка обмотки  статора, м

(1.21)

где l_лоб – длина лобовой части полувитка, на данном этапе проектирования

(1.22)

 

 

Позиция	Наименование	Материал		Двухсторонняя толщина изоляции в  зависимости от напряжения, мм
		наименование	толщина, мм	по ширине						по высоте
				10,5 кВ	13,8 кВ		15,7 кВ	18 -20 кВ	24 кВ	10,5 кВ	13,8 кВ	15,75 кВ	18– 20 кВ	24 кВ
1	Изоляция переходов	Миканит гибкий ГФС или ГПС	0,2	-						0,4
2	Изоляция между полустержнями	Ткань стеклянная таблетированная, пропитанная  эпоксидно-фенольным лаком	-	0,5						-
3	Выравнивающая масса	Замазка  ЭЗ-215	-	-						-
	Разбухание изоляции проводников  от пропитки (промазки)		-	-						a
4	Выравнивающая масса	Шпатлевка ЭШ-211	-	0,2						0,4
5	Накладка	Стеклотекстолит СТЭФ-1	0,5 1,0	-						-	1,0	-	-	2,0
8	Полупроводящее покрытие	Лента стеклянная впритык (промазанная лаком ЭПП-28)	0,1	0,3						0,3
9	Изоляция от корпуса	Лента стеклослюдинитная ЛТСС-3, впол-нахлеста	0,17	8,0		9,5	10,5	12,5	14,0	8,0	9,5	10,5	12,5	14,0
10		Лента стеклянная впритык	0,1	-		-	-	-	-	-	-	-	-	-
11	Полупроводящее покрытие	Лента асболавсановая впритык (покрытая полупроводниковым лаком)	0,35	-						1,0
	Толщина изоляции		-	9,7	11,5		12,5	14,5	16,0	10,8	12,6	13,6	16,6	18,1
12	Прокладка на дне паза	Стеклотекстолит СТЭФ - I	1.0	-						1.0
7	Прокладка между стержнями	Стеклотекстолит СТЭФ - II	5,0	-						5,0
6	Прокладка под клин	Стеклотекстолит СТЭФ - I	1,0	-						1,0 не менее
	Зазор на укладку			0,5
	Общая односторонняя  толщина изоляции из, мм			5,1	6,0		6,5	7,5	8,25	14,5	16,3	17,3	20,3	21,8

 

Таблица 1.4Размеры  изоляции на основе стеклослюдината с термореактивным связующим (рис.1.9). Класс изоляции F.

 

Рис. 1.10. Плотность тока в обмотке статора турбогенератора  для изоляции на термореактивных  связующих

 

    После выбора плотности тока может быть определено предварительное сечение эффективного проводника обмотки статора

(1.23)

состоящего из n_эл элементарных проводников одинакового сечения S_c.

Эффективный проводник  подразделяется на отдельные изолированные проводники для уменьшения добавочных электрических потерь. Число n_эл может достигать 50 и более. В случае стержневой обмотки стержень, как правило, выполняется с транспозицией в пазовой части на 360 или 540°. В катушечных обмотках применяются другие виды транспозиции. В транспонированном стержне отсутствуют добавочные потери от неравномерного распределения тока между элементарными проводниками (то есть добавочные потери 1-го рода). Остаются только добавочные потери, обусловленные вихревыми токами в пределах одного элементарного проводника, которые сильно увеличиваются с ростом размера элементарного проводника a_м1 по высоте паза.

Рис. 1.11. Плотности тока обмотки статора турбогенератора  при больших объемах тока в  пазу

При выборе размеров элементарного  проводника обмотки статора следует  руководствоваться следующими соображениями:

• предварительная ширина неизолированного проводника рассчитывается по формуле (1.20), размеры голого проводника меньше на двухстороннюю толщину изоляции (таблица 1.5);
• высота элементарного проводника для ограничения добавочных потерь выбирается  в пределах a_м1 = 1,45 - 3,03 мм, сечение сплошного проводника S_c = 10-16 мм²;
• число элементарных проводников в одном эффективном

(1.24)

      должно быть четным.

Удовлетворяющий перечисленным  условиям стандартный проводник выбирают из таблицы 1.5.

 

bм1	aм1 , мм
	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,12	2,24	2,36	2,5	2,65	2,8	3,0	3,15
	Расчетное сечение, Sc , мм2
4,00	5,585	5,785	6,185	6,437	6,837	7,237	7,637	8,117	8,597	8,891	9,451	10,65	10,85	-	-
4,25	5,735	-	6,585	-	7,287	-	8,137	-	9,157	-	10,08	-	11,35	-	-
4,50	6,085	6,535	6,985	7,287	7,737	8,187	8,637	9,177	9,717	10,07	10,7	11,38	12,05	12,95	13,63
4,75	6,435	-	7,385	-	8,188	-	9,137	-	10,28	-	10,33	-	12,75	-	14,41
5,00	6,785	7,285	7,785	8,137	8,637	9,137	9,637	10,24	10,84	11,25	11,95	12,74	13,45	14,45	15,20
5,30	7,205	-	8,265	-	9,177	-	10,24	-	11,51	-	12,7	-	14,29	-	16,15
5,60	7,625	8,185	8,745	9,157	9,717	10,28	10,84	11,51	12,18	12,67	13,45	14,29	15,13	17,09	18,21
6,00	8,185	-	9,385	-	10,44	-	11,64	-	13,08	-	14,45	-	16,25	-	18,35
6,30	8,605	9,235	9,865	10,35	10,98	11,61	12,24	12,99	13,75	14,32	15,20	16,15	17,90	18,35	19,30
6,70	9,165	-	10,51	-	11,7	-	13,04	-	14,65	-	16,20	-	18,21	-	-
7,10	9,725	10,44	11,15	11,71	12,42	13,13	13,84	14,69	15,54	16,21	17,20	18,27	19,33	-	-
7,50	10,29	-	11,79	-	13,14	-	14,64	-	16,44	-	18,20	-	-	-	-
8,00	10,99	11,79	11,59	13,24	14,04	14,84	15,64	16,6	17,56	-	-	-	-	-	-
8,50	11,69	-	13,39	-	14,94	-	16,64	-	18,68	-	-	-	-	-	-
9,00	12,39	13,29	14,19	14,94	15,84	16,74	17,64,	18,72	19,8	-	-	-	-	-	-
9,50	13,09	-	14,99	-	16,74	-	18,64	-	-	-	-	-	-	-	-
10,00	13,79	14,79	15,79	16,64	17,64	18,64	19,64	-	-	-	-	-	-	-	-

Таблица 1.5 Размеры и  площади поперечного сечения  проводов прямоугольного сечения с изоляцией марки ПСД (двусторонняя толщина изоляции 0,3 мм)

 

При непосредственном водяном  охлаждении обмотки статора применяют  полные элементарные проводники в виде прямоугольных трубок с каналами прямоугольного сечения. Высота канала лежит в пределах  1,5 - 2 мм (уменьшение этой высоты привело бы к резкому увеличению их гидравлического сопротивления), поэтому полый элементарный проводник относительно высокий. С целью уменьшения добавочных потерь полыми, как правило, выполняются не все элементарные про водники – 1/3 или половина.

Номенклатура полых  проводников приведена в таблице 1.6.

Высота проводника aп, мм	Ширина проводника  bпр, мм	Размеры канала		Сечение Sп, мм
		aк, мм	bк, мм
4,0	8,0 8,5 9,0 10,0	2 2 2 2	6 6,5 7 8	20 21 22 24
4,5	10,0	2,5	8	25
5,0	5,0 7,5 8,0 8,5 8,5 9,0 9,5 10,0 11,2 11,8 12,5	2,4 2,0 2,0 2,0 2,4 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0	2,4 4,5 5,0 5.5 5,9 6,0 6,5 7,0 8,2 8,8 9,5	19,24 28,5 30,0 31,5 28,34 33,0 34,5 36,0 39,6 41,4 43,5
6,0	6,0	3	3	25