Проектирование турбогенератора - Курсовая работа

7) Уточняем внутренний диаметр статора: Определяем предварительную длину магнитопровода (сердечника) статора: Здесь обмоточный коэффициент принят , угловая скорость: 8) Определяем предварительную длину бочки ротора: 9) Проверяем отношения: Отношение , находится в допустимых пределах. Число эффективных проводов (стержней) в пазу (по высоте): Объем тока в пазу статора: Предварительное, пазовое (зубцовое) деление статора: Предварительное число пазов (зубцов) статора: Принимаем Z1=48, тогда число пазов на полюс и фазу Магнитный поток основной гармонической при холостом ходе: Уточняем предварительную длину магнитопровода (сердечника) статора: Принимаем длину магнитопровода (сердечника) статора Принимаем магнитную индукцию в коронке зубца при холостом ходе: Определяем предварительную ширину коронки зубца: Ширина паза статора предварительно: Общий размер толщины изоляции в пазу по ширине паза, с учетом прокладок и зазора на укладку для напряжения 10,5 КВ: Ширина изолированного элементарного проводника (предварительно) (при двух столбцах элементарных проводников в пазу): Ширина не изолированного элементарного проводника (предварительно): 0,0054-0,00033=0,00507 м; Высоту клина выбираем в соответствии с рекомендациями: Высота всех изолированных элементарных проводников одного стержня: где, Высота паза статора при двух одинаковых стержня размещенных в пазу: В соответствии с расчетами выполнен чертеж заполненного паза статора (лист 3, приложения) по таблице №1.коэффициент, зубчатости ротора: коэффициент, учитывающий радиальные вентиляционные каналы сердечника статора: коэффициент, учитывающий рифление поверхности ротора: для косвенного охлаждения принимаем шаг рифления ширина канавки =0,006 м. коэффициент, учитывающий ступенчатость крайних пакетов сердечника статора: Расчетная средняя длина индукционных магнитных линий ярма статора: Коэффициент магнитной проводимости для потока пазового рассеяния ротора при прямоугольном пазе: где - толщина подклиновой прокладки из текстолита или миканита); Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по коронкам зубцов ротора: Так как, значение магнитной индукции , находим коэффициент ответвления потока в паз: Так как, значение магнитной индукции в ярме ротора превышает рекомендуемые значения. Магнитодвижущая сила обмотки статора на один полюс при номинальном токе якоря: Коэффициент приведения по 1-ой гармоники МДС якоря к условиям обмотки возбуждения: Приведенная МДС обмотки якоря, при номинальной нагрузке к условиям обмотки возбуждения: Индуктивное сопротивление рассеяния Потье: Для определения МДС обмотки возбуждения турбогенератора была построена, в относительных единицах, векторная диаграмма (лист 4) неявнополюсной машины (диаграмма Потье). в относительных единицах: в именованных единицах: ЭДС обмотки статора при по рис. Удельное сопротивление меди с присадкой серебра при температуре : при температуре : Для предварительного определения площади поперечного сечения эффективного проводника обмотки возбуждения требуется определить среднюю длину витка: средняя длина лобовой части полувитка обмотки возбуждения; Постоянная времени затухания переходной составляющей тока якоря при внезапном трехфазном коротком замыкании обмотки: Постоянная времени затухания сверхпереходной составляющей тока якоря при внезапном коротком замыкании обмотки: Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока якоря при внезапном трехфазном коротком замыкании (без учета насыщения): 8.

Турбогенераторами называются электрические генераторы, механическим приводом которых являются паровые турбины. С целью получения высоких технико-экономических показателей паровые турбины выполняют быстроходными. Турбогенераторы для работы на тепловых электростанциях строят на максимальные частоты вращения ротора 3000 об/мин с двумя полюсами при частоте напряжения 50 Гц.

Турбогенераторы для атомных электростанций (АЭС) выполняют четырех полюсными с частотой вращения ротора 1500 об/мин, что связано с относительно низкими параметрами пара, получаемого от реакторов АЭС.

В связи с высокими частотами вращения и значительными механическими напряжениями в теле ротора турбогенераторы изготавливают как неявнополюсные машины горизонтального исполнения.

Развитие страны предусматривает опережающий рост энергетики, главным образом, за счет возведения тепловых и атомных электростанций, оснащенных современными мощными турбогенераторами.

Турбогенераторы являются сложными и современными электрическими машинами, при проектировании которых постоянно находят применение последние достижения науки и техники.

Проектирование электрических машин - это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умеющих применять вычислительную технику, и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.

Прогресс в развитии вычислительной техники, появление современных компьютерных технологий позволяют автоматизировать процесс проектирования электрических машин.

Но прежде, чем заниматься вопросами автоматизации и оптимизации проектирования, необходимо освоить методику проектирования турбогенераторов, связанную с выбором основных размеров, электромагнитными и другими расчетами турбогенераторов.

1.

1. Определение основных размеров и электромагнитных нагрузок

1) Полная номинальная мощность:

2) Синхронная частота вращения:

3) Предварительный диаметр расточки статора: ;

4) Выбираем предварительную нагрузку A и магнитную индукцию для заданного типа охлаждения и номинальной полной мощности: ;

Величина немагнитного зазора:

5) Предварительный диаметр бочки ротора:

6) Выбираем диаметр бочки ротора из нормализованного ряда: ;

7) Уточняем внутренний диаметр статора:

Определяем предварительную длину магнитопровода (сердечника) статора:

Здесь обмоточный коэффициент принят , угловая скорость:

8) Определяем предварительную длину бочки ротора:

9) Проверяем отношения:

Отношение , находится в допустимых пределах.

2. Проектирование статора

Для данного проекта выбираем двухслойную петлевую обмотку с укороченным шагом.

Номинальное фазное напряжение при соединении обмоток статора звездой:

Номинальный фазный ток в обмотке статора:

Принимаем число параллельных ветвей обмотки статора: ;

Число эффективных проводов (стержней) в пазу (по высоте): Объем тока в пазу статора:

Предварительное, пазовое (зубцовое) деление статора:

Предварительное число пазов (зубцов) статора:

Принимаем Z1=48, тогда число пазов на полюс и фазу

Уточняем пазовое деление статора:

Проверяем отношение:

Число последовательно соединенных витков фазы статора:

Полюсное деление выраженное числом пазовых делений:

11) Принимаем укорочение шага: . Шаг обмотки по пазам: Действительное значение

Определяем угол сдвига по фазам в электрических градусах:

По расчетным данным построена звезда пазовых ЭДС и схема трехфазной петлевой обмотки статора (листы 1 и 2 приложения).

Коэффициент укорочения обмотки:

Коэффициент распределения обмотки:

Обмоточный коэффициент статора:

Уточняем линейную нагрузку:

Полученная уточненная линейная нагрузка отличается от ранее выбранной менее, чем на 3%.

Магнитный поток основной гармонической при холостом ходе:

Уточняем предварительную длину магнитопровода (сердечника) статора:

Принимаем длину магнитопровода (сердечника) статора

В данном проекте принята радиальная система вентиляции активной стали. С учетом заданного принципа охлаждения, принимаем длину пакетов длину радиальных вентиляционных каналов

Число пакетов в сердечнике статора:

Длина стали сердечника статора (без каналов):

Длина крайних пакетов принята

Полная длина сердечника статора:

Сердечник статора из горячекатаной стали. Ориентация направления прокатки - поперек зубца. Принимаем магнитную индукцию в коронке зубца при холостом ходе: Определяем предварительную ширину коронки зубца:

Ширина паза статора предварительно:

Общий размер толщины изоляции в пазу по ширине паза, с учетом прокладок и зазора на укладку для напряжения 10,5 КВ: Ширина изолированного элементарного проводника (предварительно) (при двух столбцах элементарных проводников в пазу):

Ширина не изолированного элементарного проводника (предварительно): 0,0054-0,00033=0,00507 м;

э =0,33 мм - двухсторонняя толщина изоляции ПСД по меньшей стороне аэ ()

Магнитная индукция находится в пределах рекомендуемых значений ()

Плотность тока в стержне обмотки статора при косвенном водородном охлаждении:

где, - допустимый перепад температур в пазовой изоляции, - удельная электрическая проводимость меди при расчетной температуре , - удельная теплопроводность термореактивной изоляции при охлаждении водородом, - суммарный размер элементарных проводников без изоляции по ширине паза. Если стержень из двух столбцов, то Плотность тока находится в пределах рекомендуемых значений.

Принимаем по справочным данным, второй размер проводника ;

Площадь сечения стержня (предварительно):

Число элементарных проводников в стержне (так как стержень по ширине состоит из двух столбцов, то число элементарных проводников должно быть четным и целым):

, площадь сечения элементарного проводника, взятое из справочных данных, по размерам: и ;

Уточняем сечение стержня:

Уточняем плотность тока:

Полученное значение коэффициента вытеснения тока находится в пределах рекомендуемых значений ().

Высоту клина выбираем в соответствии с рекомендациями:

Высота всех изолированных элементарных проводников одного стержня:

где, Высота паза статора при двух одинаковых стержня размещенных в пазу:

В соответствии с расчетами выполнен чертеж заполненного паза статора (лист 3, приложения) по таблице №1.

Таблица № 2.1

№ поз. Лист 3 Содержание паза Размеры, мм по высоте по ширине

3 Изоляция переходов (миканит гибкий ГФС или ГМС толщиной 0,2 мм) 0,4

4 Прокладка между полустержнями (ткань стеклянная, пропитанная эпоксидно-фенольным лаком) 0,5

2 Выравнивающая масса (шпатлевка ЭШ-211) 0,4 0,2

6 Накладка (стеклотекстолит СТЭФ-1) 1

7, 8 Изоляция от корпуса (лента стеклослюденитовая ЛТСС-3, вполнахлеста, толщиной 0,17мм; лента стеклянная толщиной 0,1 мм) 8 8

9 Полупроводящее покрытие (лента асболавсановая, покрытая, полупроводящим лаком ) 1 1

Двухсторонняя толщина изоляции 9,7

1 Прокладка на дно паза (электронит) 1

10 Прокладка между стержнями (стеклотекстолит СТЭФ-2) 5

11 Прокладка под клин 1

Зазор на укладку 0,5 0,5

Общий размер толщины изоляции в пазу прокладок и зазора на укладку 29,1 10,2

Проверяем отношение высоты паза статора к диаметру:

Величина отношения находится в пределах рекомендуемых значений ().

Отношение высоты паза статора к его ширине:

Величина отношения находится в пределах рекомендуемых значений ().

Высота ярма (спинки) статора:

где индукция ярма (спинки) статора по справочным данным.

Внешний диаметр сердечника статора: =2,43 м;

Проверяем отношение внешнего диаметра статора к внутреннему:

Полученная величина отношения незначительно отличается от рекомендуемых значений (

Длина витка обмотки статора:

где

Активное сопротивление фазы обмотки статора постоянному току при температуре 75 :

В относительных еденицах:

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора в относительных единицах:

где, расчетная длина поля рассеяния с учетом вентиляционных каналов ( число вентиляционных каналов);

; ( где, толщина прокладки на дне паза, односторонняя толщина изоляции.)

Индуктивное сопротивление рассеяния лобовых частей обмотки в относительных единицах при немагнитных бандажах ротора:

где, длина лобовой части полувитка.

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора:

Дифференциальным рассеянием можно пренебречь, так как число пазов на полюс и фазу

3. Проектирование ротора

Возможное число пазовых делений ротора:

Принимаем

Число реальных обмотанных пазов и отношение :

По справочным данным для и рекомендации: для быть четными кратным 4; для быть по возможности наименьшим. Принимаем: По справочным данным принимаем:

Определяем глубину паза ротора (предварительно):

Пазовое деление в основании зубцов ротора:

Выбираем паз ротора с параллельными стенками. Предварительную ширину паза выбираем из соотношений:

отсюда ширина паза ротора: Ширина зубца в наиболее узком месте (в основании):

Полученное значение ширины зубца находится в пределах рекомендуемых значений для ().

Ориентировочная ширина обмотки возбуждения:

где, общая двухсторонняя ширина изоляции по ширине паза.

Выбираем из справочных данных для обмотки возбуждения провод прямоугольного сечения: Уточняем ширину паза ротора:

Проверяем ширину зубца в наиболее узком месте:

Согласно расчетом выполнен чертеж схемы обмотки возбуждения (лист 5 приложения).

4. Электромагнитный расчет

Проводим магнитный расчет зубцов ротора по двум сечениям, на высоте: Расчет диаметра сечений:

Расчетные площади сечений зубцов ротора:

где ;

(так как паз имеет параллельные стенки).

Ширина зубца статора в поперечном сечении:

где диаметр расчетного сечения.

Расчетная площадь сечения стали зубцов статора на полюсном делении эквивалентной явнополюсной машины:

Расчетная площадь сечения немагнитного зазора на полюсном делении эквивалентной явнополюсной машины:

где, поправочный коэфициент.

Площадь сечения стали ярма статора:

Площадь сечения ярма ротора:

где

1. Извеков В.И. и др. Проектирование турбогенераторов - М: Изд-во МЭИ, 2005г.

Размещено на