כיצד מסודרים טורבו סינכרוני והידרוגנרטורים?

בתחנות כוח הידרואלקטריות, הגנרטורים מונעים על ידי טורבינות מים המסתובבות במהירויות של 68 עד 250 סל"ד. בתחנות כוח תרמיות, אנרגיה חשמלית מופקת על ידי יחידות טורבינות המורכבות מטורבינת קיטור ומחולל טורבינה. לניצול טוב יותר של אנרגיית הקיטור, הטורבינות בנויות כטורבינות מהירות עם מהירות סיבוב של 3000 סל"ד. מפעלים תרמיים זמינים גם במפעלים תעשייתיים גדולים.

אלטרנטורים פשוטים יותר בעיצובם וניתנים לבנייה עם הרבה יותר הספק מאשר גנרטורים DC.

רוב המכונות הסינכרוניות משתמשות בעיצוב הפוך לעומת מכונות DC, כלומר מערכת העירור ממוקמת על הרוטור והאבזור מתפתל על הסטטור. זאת בשל העובדה שקל יותר לספק זרם נמוך יחסית לסליל העירור באמצעות מגעים הזזה מאשר לספק זרם לסליל ההפעלה. המערכת המגנטית של מכונה סינכרונית מוצגת באיור. 1.

עמודי העירור של המכונה הסינכרונית ממוקמים על הרוטור.ליבות הקוטב של אלקטרומגנטים עשויות באותו אופן כמו במכונות זרם ישר. בחלק הנייח, הסטטור, יש ליבה 2, עשויה יריעות מבודדות של פלדה חשמלית, שבתעלותיה יש סליל עבודה לזרם חילופין - לרוב תלת פאזי.

אורז. 1. מערכת מגנטית של מכונה סינכרונית

כאשר הרוטור מסתובב, נגרמת EMF לסירוגין בפיתול האבזור, שתדירותו עומדת ביחס ישר למהירות הרוטור. זרם החילופין הזורם דרך סליל העבודה יוצר שדה מגנטי משלו. הרוטור והשדה של סליל העבודה מסתובבים באותה תדר - באופן סינכרוני... במצב המנוע, שדה העבודה המסתובב נושא עמו את המגנטים של מערכת העירור, ובמצב הגנרטור, להיפך.

ראה כאן לפרטים נוספים: מטרה וסידור של מכונות סינכרוניות

שקול לתכנן את המכונות החזקות ביותר - טורבו והידרוגנרטורים... גנרטורים של טורבינות מונעים על ידי טורבינות קיטור, שהן חסכוניות ביותר במהירויות גבוהות. לכן, גנרטורים של טורבינות מיוצרים עם מספר מינימלי של קטבים של מערכת העירור - שניים, המתאים למהירות סיבוב מקסימלית של 3000 סל"ד בתדר תעשייתי של 50 הרץ.

הבעיה העיקרית של הנדסת טורבוגנרטורים היא יצירת מכונה אמינה עם ערכי הגבול של עומסים חשמליים, מגנטיים, מכניים ותרמיים. דרישות אלו משאירות חותם על כל העיצוב של המכונה (איור 2).

אורז. 2. מבט כללי של מחולל הטורבינה: 1 - טבעות החלקה ומנגנון מברשת, 2 - מיסב, 3 - רוטור, 4 - רצועת רוטור, 5 - פיתול סטטור, 6 - סטטור, 7 - פיתולי סטטור, 8 - מאוורר.

הרוטור של מחולל טורבינה עשוי בצורה של פרזול מוצק בקוטר של עד 1.25 מ', אורך של עד 7 מ' (חלק עובד). האורך הכולל של הזיוף, תוך התחשבות בפיר, הוא 12 - 15 מ'. ערוצים טוחנים על החלק העובד, שבו ממוקם סליל העירור. כך מתקבל אלקטרומגנט דו-קוטבי גלילי ללא קטבים מוגדרים בבירור.

בייצור גנרטורים של טורבינות נעשה שימוש בחומרים ובפתרונות העיצוב העדכניים ביותר, בפרט, קירור ישיר של החלקים הפעילים ע"י סילונים של חומר קירור - מימן או נוזל. על מנת להשיג הספק גבוה, יש צורך להגדיל את האורך. של המכונה, מה שמקנה לה מראה מאוד מיוחד.

גנרטורים הידרו (איור 3) שונים באופן משמעותי בבנייה מגנרטורים טורבינות. יעילות פעולת הטורבינה ההידראולית תלויה במהירות זרימת המים, כלומר. מַאֲמָץ. אי אפשר ליצור לחץ גבוה על נהרות שטוחים, ולכן מהירויות הסיבוב של הטורבינה נמוכות מאוד - מעשרות עד מאות סיבובים לדקה.

כדי להשיג תדר תעשייתי של 50 הרץ, מכונות מהירות כאלה חייבות להתבצע עם מספר רב של קטבים. כדי להכיל מספר רב של קטבים, יש צורך להגדיל את קוטר הרוטור של ההידרוגנרטור, לפעמים עד 10-11 מ'.

אורז. 3. חתך אורך של מחולל מימן מטרייה: 1 - רכזת רוטור, 2 - שפת רוטור, 3 - מוט רוטור, 4 - ליבת סטטור, 5 - פיתול סטטור, 6 - קרן צולבת, 7 - בלם, 8 - מיסב דחף, 9 - שרוול רוטור.

בניית טורבו וגנרטורים הידרו רבי עוצמה היא אתגר הנדסי.יש צורך לפתור מספר בעיות של חישובים מכניים, אלקטרומגנטיים, תרמיים ואוורור ולהבטיח את יכולת הייצור של המבנה בייצור. רק צוותי עיצוב וייצור וחברות חזקים יכולים להתמודד עם משימות אלו.

מבנים מסוגים שונים מאוד מעניינים. מיקרו מכונות סינכרוניות, שבהם נעשה שימוש נרחב במערכות מגנט קבוע ומערכות ריאקטיביות, כלומר. מערכות שבהן השדה המגנטי הפועל אינו מקיים אינטראקציה עם השדה המגנטי של העירור, אלא עם הקטבים הבולטים הפרומגנטיים של הרוטור, שאין להם פיתול.

אולם התחום הטכנולוגי העיקרי שבו למכונות סינכרוניות אין מתחרים כיום הוא האנרגיה. כל הגנרטורים בתחנות כוח, מהחזקים ביותר ועד לניידים, מבוססים על מכונות סינכרוניות.

בנוגע ל מנועים סינכרוניים, אז נקודת התורפה שלהם היא בעיית ההפעלה. כשלעצמו, מנוע סינכרוני בדרך כלל אינו יכול להאיץ. לשם כך, הוא מצויד בסליל התחלה מיוחד הפועל על העיקרון של מכונה אסינכרונית, אשר מסבך את העיצוב ואת תהליך ההתחלה עצמו. לכן מנועים סינכרוניים זמינים בדרך כלל בדירוג הספק בינוני עד גבוה.

האיור שלהלן מציג את בנייתו של גנרטור טורבינה.

הרוטור 1 של הגנרטור עשוי מחשל פלדה, שבו חריצים כרסום עבור סליל העירור, מונע על ידי מכונת DC מיוחדת 10, הנקראת מעורר. הזרם לפתלת הרוטור מסופק דרך טבעות החלקה הסגורות על ידי הדיור 9, החוטים של מתפתל הרוטור מחוברים אליהם.

בעת סיבוב, הרוטור מייצר כוח צנטריפוגלי גדול.בחריצים של הרוטור, הפיתול מוחזק על ידי טריזי מתכת, וטבעות הפלדה 7 נלחצות אל החלקים הקדמיים.

הסטטור מורכב מיריעות חותמות 2 של פלדה חשמלית מיוחדת, המחוזקות במסגרת 3 מרותכת מפח. כל עלה סטטור מורכב מכמה חלקים, הנקראים סגמנטים, המקובעים עם 4 ברגים.

בערוצי הסטטור מונח סליל 6, שבחוטיו נגרמות כוחות אלקטרו-מוטוריים כאשר הרוטור מסתובב. הכוחות האלקטרו-מוטיביים של חוטי הפיתול המחוברים בסדרה גדלים ונוצר מתח של כמה אלפי וולט במסופים 12. כאשר זרמים זורמים בין החוטים המתפתלים, נוצרים כוחות גדולים. לכן, החלקים הקדמיים של מתפתל הסטטור מחוברים על ידי טבעות 5.

הרוטור מסתובב במיסבים 8. בין המיסב לפלטת הבסיס מונח בידוד שובר מעגלים, שדרכו ניתן לסגור את זרמי המיסבים. המיסב השני עשוי יחד עם טורבינת קיטור.

כדי לקרר את הגנרטור, הסטטור מחולק לחבילות נפרדות, ביניהן ממוקמות צינורות אוורור. האוויר מונע על ידי מאווררים 11 המורכבים על הרוטור.

על מנת לקרר גנרטורים רבי עוצמה, יש צורך לדחוף דרכם כמות עצומה של אוויר, שמגיעה לעשרות מ"ק בשנייה.

אם אוויר הקירור נלקח משטח התחנה, אז עם נוכחות של כמויות אבק לא משמעותיות ביותר (כמה מיליגרם למטר מעוקב), הגנרטור יהיה מזוהם באבק תוך זמן קצר. לכן, גנרטורים של טורבינות בנויים עם מערכת אוורור סגורה.

האוויר, אשר מחומם כאשר הוא עובר דרך תעלות האוורור של הגנרטור, נכנס למקררי אוויר מיוחדים הממוקמים מתחת למעטפת של מחולל הטורבינה.

שם, האוויר המחומם עובר בין צינורות הסנפיר של מצנן האוויר, שדרכם זורמים מים, ומתקרר. לאחר מכן האוויר מוחזר למאווררים, המניעים אותו דרך תעלות האוורור. באופן זה, הגנרטור מקורר באופן רציף עם אותו אוויר ואבק לא יכול להיכנס לתוך הגנרטור.

המהירות לאורך היקף הרוטור של מחולל טורבינה עולה על 150 מ' לשנייה. במהירות זו, כמות גדולה של אנרגיה מושקעת על החיכוך של הרוטור באוויר. לדוגמה, בגנרטור טורבינה עם הספק של 50,000 קילוואט, הפסדי אנרגיה כתוצאה מחיכוך אוויר הם 53% מסכום כל ההפסדים.

כדי להפחית את ההפסדים הללו, החלל הפנימי של מחוללי הטורבינות החזקים מלא לא באוויר, אלא במימן. המימן קל פי 14 מאוויר, כלומר, יש לו צפיפות נמוכה יותר דומה, שבגללה הפסדי החיכוך הרוטור מופחתים באופן משמעותי.

על מנת למנוע פיצוץ של מימן חמצן, הנוצר מתערובת של מימן וחמצן באוויר, נקבע לחץ גבוה מהאטמוספרי בתוך הגנרטור. לכן חמצן אטמוספרי אינו יכול לחדור אל הגנרטור.

מודל תלת מימד של מחולל טורבינת קיטור:

קלטת חינוכית שנוצרה על ידי מפעל הציוד לבית הספר בשנת 1965:
גנרטורים סינכרוניים