Системы возбуждения | эксплуатация генераторов
Страница 4 из 31
СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ. ИХ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Система возбуждения генератора представляет собой комплекс устройств, включающих возбудитель, автоматический регулятор возбуждения (АРВ), устройство быстродействующей форсировки возбуждения, средства Гашения поля, развозбуждения, вспомогательную коммутационную и контрольно-измерительную аппаратуру.
Под возбудителем понимают источник питания обмотки возбуждения генератора постоянным током. Источником питания могут быть генератор постоя иного тока, генератор переменного тока совместно с полупроводниковыми выпрямителями и трансформатор с полупроводниковым выпрямителем.
Для поддержания напряжения на выводах синхронного генератора и для повышения статической и динамической устойчивости генератора используются устройства АРВ. Различают устройства АРВ пропорционального действия, изменяющие ток возбуждения по отклонению напряжения статора, тока статора генератора (режимных параметров генератора), и устройства АРВ сильного действия (АРВ-СД), реагирующие не только на отклонение режимных параметров, но и на их первые производные
При глубоких снижениях напряжения (например, при КЗ) применяется форсировке — быстрое увеличение возбуждения генератора, что способствует прекращению электрических качаний и сохранению устойчивости параллельной работы генераторов. Кроме того, быстродействующее регулирование и форсировка возбуждения повышают надежность работы релейной защиты.
После внезапного отключения генератора (например, при внутренних КЗ в генераторе) его необходимо развозбудить, т,е. погасить магнитное поле возбуждения, что позволяет уменьшить размеры повреждения обмоток статора и активной стали.
Гашением поля называется процесс, заключающийся в быстром уменьшении магнитного потока возбуждения генератора до величины, близкой к нулю. При этом ЭДС генератора уменьшается.
Магнитное поле гасится с помощью автоматов гашения поля (АГП), которые действуют от релейной защиты, переключением автомата на активное сопротивление.
В генераторах с тиристорным возбуждением возможно гашение поля путем перевода главных вентилей в инверторный режим, при котором энергия, накопленная в обмотке возбуждения, отдается возбудителю или выпрямительному трансформатору.
Систему возбуждения принято характеризовать: номинальным напряжением возбуждения на выводах обмотки возбуждения (100-600 В), номинальным током в обмотке возбуждения (100-8000 А), которые соответствуют номинальному режиму работы генератора; номинальной мощностью возбуждения, которая составляет 0,2-0,6 % номинальной мощности генератора; кратностью форсировки , где наибольшее (потолочное) установившееся напряжение возбудителя, кф >1,8 для ГГ; быстродействием системы возбуждения, определяемым скоростью нарастания напряжения на обмотке ротора при форсировке (скорость нарастания напряжения возбуждения должна быть не менее 2 с-1); быстротой раз возбуждения генератора в случае его повреждений (1 с и менее).
Основные требования к системам возбуждения и регулирования. Система возбуждения должна рассчитываться на работу с АРВ. Работа без АРБ допускается только на время, необходимое для ремонта, замены или ревизии АРВ. В период работы без АРВ система возбуждения должна иметь ручное дистанционное управление, а также средства, обеспечивающие развозбуждение и автоматическое гашение поля генератора.
Системы возбуждения должны обеспечивать в продолжительном режиме работы ток и напряжение, превышающие номинальные значения тока и напряжения возбуждения генераторов не менее чем на 10 %.
Полупроводниковая система возбуждения должна обладать внутренним резервированием.
Системы возбуждения должны выдерживать двукратный номинальный ток возбуждения в течение не менее 50 для синхронных машин с косвенной системой охлаждения, не менее 20 с для генераторов с непосредственным водяным охлаждением и для ГТ с форсированным воздушным охлаждением обмотки ротора.
Максимальные мгновенные напряжения на выводах обмотки ротора в продолжительном режиме при токе возбуждения до 1,1 номинального не должны быть выше 30 % амплитудного испытательного напряжения обмотки возбуждения относительно корпуса (испытательное напряжение обычно не превышает 3,5 кВ, но для ГГ большой мощности может применяться и более высокое испытательное напряжение).
Устройства, используемые для защиты обмотки возбуждения от перенапряжений должны быть многократного действия.
Система возбуждения при работе без АРВ должна поддерживать заданный ток возбуждения в пределах ±20% при изменении частоты источника питания от 2 до -3 Гц.
Системы АРВ должны обеспечивать: дистанционное изменение уставки АРВ; компаундирование устройства, измеряющего напряжение по полному току статора или его составляющим; изменение коэффициентов усиления режимных параметров АРВ при его настройке; ограничение тока ротора до двойного номинального без выдержки времени; ограничение перегрузки ротора; ограничение минимального тока возбуждения с уставкой, зависящей от значения активной мощности.
АРВ должны быть рассчитаны на работу в общестанционной системе группового регулирования напряжения. В этом случае АРВ должны иметь устройства: подгонки уставки напряжения при автоматической синхронизации; стабилизации распределения реактивной нагрузки между параллельно работающими машинами.
Таким образом, на АРВ возлагаются не только задачи регулирования, по и защитные функции, что повышает надежность эксплуатации генераторов.
Основные способы возбуждения. По способам возбуждения генераторы можно разделить на две группы: с независимым возбуждением и самовозбуждением (зависимое возбуждение).
К первой группе относятся все электромашинные возбудители постоянного и переменного тока, сопряженные с валом генератора. Вторую группу составляют системы возбуждения, получающие питание непосредственно от выводов генератора через специальные Понижающие трансформаторы.
Достоинство независимого возбуждения состоит в том, что оно не зависит от режима электрической сети и поэтому является наиболее надежным.
На генераторах мощностью до 100 МВт применяют, как правило, в качестве возбудителя генератор постоянного тока, соединенный i валом синхронного генератора (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Принципиальная схема независимого машинного возбуждения, содержащая машину постоянного тока:
1 — машина; 2 — обмотка возбуждения, 3 — якорь возбудителя; 4 — обмотка возбуждения возбудителя
Недостатки системы возбуждения с генератором постоянного тока определяются в основном недостатками самого возбудителя, одним из которых является невысокая скорость нарастания возбуждения.
В настоящее время широкое распространение для возбуждения ГГ получили системы возбуждения с полупроводниковыми выпрямителями. При использовании схем как независимого возбуждения, так и самовозбуждения применяются трехфазные мостовые схемы выпрямления, так как в них можно иметь наименьшее число последовательно соединенных тиристоров. Схемы преобразования могут быть одногрупповыми и двухгрупповыми. В первом случае применяется один выпрямитель, во втором — два (первый включается на полное напряжение источника питания, второй на отпайки его обмотки). На стороне постоянного тока оба выпрямителя соединяются параллельно. Схема с одной группой вентилей применяется при обычной кратности форсирования (кф=2), схема с двумя группами вентилей — при Повышенной кратности форсирования (кф =3., .4),
В случае независимого возбуждения в качестве источника питания используется вспомогательный синхронный генератор, который размещается в пространстве между верхней крестовиной и ротором главного генератора. Принципиальная схема независимого тиристорного возбуждения показана на рис. 1.11.
Рис. 1.11. Принципиальная схема независимого тиристорного возбуждения гидрогенератора
Обмотка возбуждения Г получает питание от тиристорного выпрямителя В1. Возбуждение вспомогательного синхронного генератора ВСГ осуществляется тиристорным выпрямителем В2, получающим питание от выводов вспомогательного генератора через трансформатор Тр. Таким образом, для вспомогательного генератора применяется система тиристорного самовозбуждения.
В двухгрупповой схеме выпрямители работают с различными углами управления. В нормальном режиме ток возбуждения проходит через рабочую группу тиристоров. В режиме форсирования ток возбуждений проходит через форсировочную группу тиристоров, рабочая группа при этом запирается.
Независимая система возбуждения с возбудителем переменного тока и полупроводниковыми выпрямителями (статическая тиристорная система) обладает высоким быстродействием и высокой скоростью нарастания напряжения. Кроме того, система позволяет заменять вышедшие из строя тиристоры без останова генератора и гасить поле генератора путем перевода тиристоров в инверторный режим. Недостатки этой системы возбуждения, которые усложняют эксплуатацию: возбудитель переменного тока и скользящие контакты (в системе сохраняются контактные кольца на валу ротора, к которым ток подводится с помощью щеток). Такая система целесообразна для возбуждения ГГ мощностью 250-300 МВт и более, работающих на длинные линии электропередачи или расположенных вблизи потребителей, у которых вследствие работы дуговых печей, прокатных станов резко колеблется напряжение.
Имеются ГГ с бесщеточными возбудителями.
Системы самовозбуждения менее надежны, чем системы независимого возбуждения, поскольку в них работа возбудителя зависит от режима сети переменного тока. Короткие замыкания в сети, сопровождающиеся понижением напряжения, нарушают нормальную работу системы возбуждения, которая в этих случаях должна обеспечить форсировку тока в обмотке ротора генератора.
Схема самовозбуждения с полупроводниковыми выпрямителями (рис. 1.12) может в общем случае содержать вольтодобавочные трансформаторы. Они выполняются с разомкнутой магнитной цепью, поэтому ЭДС вторичных обмоток трансформатора пропорциональна току в первичных обмотках. Это позволяет стабилизировать напряжение на зажимах выпрямителя при коротких замыканиях в якоре. В последние годы, однако, системы с вольтодобавочными трансформаторами не применяются. Предпочтение отдается системам без них (схемы параллельного самовозбуждения), в которых отсутствие вольтодобавочных трансформаторов компенсируется некоторым увеличением кратности форсировки.
Тиристорный выпрямитель может быть выполнен как по одно-, так и по двухгрупповой схеме.
Гашение поля в нормальных эксплуатационных режимах осуществляется инвертированием в выпрямителе, в аварийных режимах — автоматом гашения поля.
Выпрямительные или преобразовательные трансформаторы изготовляются сухими (для внутренней установки) и масляными (для наружной установки). Трансформаторы подключаются на линейные выводы генератора без коммутационной аппаратуры. Во вторичных цепях трансформаторов предусмотрены только разъединители, позволяющие снимать напряжение с тиристорных преобразователей в случае работы генератора на резервном возбуждении.
Рис. 1.12. Принципиальная схема самовозбуждения генератора: 1-генератор; 2,2′ — трансформаторы; 3- трансформатор напряжения; 4- управляющий трансформатор; 5- выпрямительный трансформатор; 6 -устройство начального возбуждения; 7- автомат гашения поля; 8 — тиристорный выпрямитель; 9- система управления; 10-регулятор; 11-ограничитель напряжения; 12-разрядник; 13- теплообменник; 14- последовательный вольтодобавочный трансформатор
Основным преимуществом системы самовозбуждения перед системой независимого возбуждения является простота схемы. Недостаток этой системы состоит в меньшей стабильности работы в переходных режимах, что особенно чувствительно в машинах большой мощности.
Опыт эксплуатации тиристорных систем независимого и самовозбуждения показал, что с точки зрения длительности ремонтов лучшие показатели имеет система самовозбуждения.
Рассмотренная система самовозбуждения по своим свойствам приближается к системе независимого тиристорного возбуждения, поэтому применяется на мощных синхронных генераторах.
Типом тиристорной системы самовозбуждения является СТС- 420-1410-2У4 (система тиристорная самовозбуждения; 420 — длительное выпрямительное напряжение, В; 1410 — длительный выпрямительный ток, А; 2 — кратность форсировки возбуждения; У4 — климатическое исполнение).
В состав системы возбуждения входят: трансформатор выпрямительный, трансформатор последовательный вольтодобавочный, тиристорный преобразователь (ТВ 8-2000/) 050- 1У4), система охлаждения преобразователя, агрегат начального возбуждения (АН В-2), автоматический регулятор возбуждения (АУ1Г типа АРВ-СД), панель гашения поля генератора, релейные панели.
Система возбуждения обеспечивает начальное возбуждение; холостой ход; включение в сеть методом точной синхронизации в нормальных режимах и самосинхронизации в аварийных режимах; работу ГГ в энергосистеме с нагрузками от холостого хода до номинальной и перегрузками, а также недовозбуждение в пределах устойчивой работы генератора; форсировку возбуждения по току и напряжению; эффективное гашение поля; развозбуждение при нормальных остановках агрегата.
Система возбуждения для гидрогенераторов, соединенных по два в жесткий блок, выполнена индивидуально для каждого генератора, по принципу самовозбуждения при одном выпрямительном трансформаторе на оба генератора. Обмотка возбуждения каждого генератора получает питание от общего выпрямительного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выводам обоих генераторов, а вторичная обмотка включена последовательно со вторичными обмотками последовательных трансформаторов каждого индивидуального возбудителя через разъединители, первичная обмотка трансформаторов включена в нулевые выводы своего генератора.
Тиристорные преобразователи подключены на суммарное напряжение вторичных обмоток общего выпрямительного трансформатора и индивидуальных последовательных трансформаторов. Тиристорный преобразователь собран по трехфазной мостовой схеме на тиристорах ТЛ-250 10 класса. Плечо преобразователя содержит шесть параллельных ветвей, в каждую включены по три последовательно соединенных тиристора и предохранитель. Сигнализация о состоянии любой ветви преобразователя осуществляется неоновыми лампами (при исправном тиристоре и предохранителе лампы горят). Тиристоры преобразователя охлаждаются дистиллированной водой, которая под действием циркуляционных насосов циркулирует в замкнутом контуре, состоящем из блока охлаждения тиристоров и теплообменника. В теплообменнике дистиллированная вода охлаждается технической. Количество и качество дистиллята, его расход и температуру, давление в контуре охлаждения контролируют датчики и приборы.
Начальное возбуждение генератора происходит с помощью АНВ от собственных нужд ГЭС или аккумуляторной батареи. При успешном включении АНВ автоматически отключается. Если генератор не возбудился, то через 15 с тиристорный преобразователь переводится в режим гашения. При нормальном останове генератора поле гасится переводом тиристорного преобразователя в инверторный режим.
В аварийных режимах гашение поля генератора осуществляется отключением АГП и переводом тиристорного преобразователя в инверторный режим.
Возбуждение ГГ в рабочих режимах при форсировке и развозбуждении регулируется воздействием АРВ-СД типа РРВ-СД-01- 4-У4 на систему управления тиристорным преобразователем.
Порядок обслуживания системы возбуждения. В период эксплуатации оперативный персонал должен не реже одного раза в смену осматривать оборудование системы возбуждения, обращая внимание на:
появление запаха перегретой изоляции, ненормальных шумов и вибраций;
правильное положение ключей управления циркуляционными насосами теплообменника;
возникновение колебаний напряжения возбуждения генератора;
в шкафах тиристорных преобразователей не должно быть погасших сигнальных ламп и сгоревших предохранителей;
давление, температуру дистиллированной и технической воды;
температуру в помещении (не ниже 5°С).
Автоматические регуляторы возбуждения. Практически на всех ГЭС применяются АРВ-СД, пригодные для работы со всеми типами систем быстродействующего возбуждения (статические тиристорные и бесщеточные системы). АРВ-СД предназначен для поддержания заданного уровня напряжения на шинах станции, для эффективного демпфирования качаний в послеаварийных режимах, для повышения статической и динамической устойчивости линий электропередачи.
АРВ-СД регулирует возбуждение по следующим параметрам; отклонению напряжения; первой производной напряжения; отклонению частоты; первой производной частоты; первой производной тока ротора.
Регулятор обеспечивает:
все длительно допустимые режимы, форсировку возбуждения, развозбуждение генератора;
напряжение на шинах станции с точностью до 1 % заданной статической характеристики;
имеет устройство для дистанционного изменения напряжения в пределах 80 — 110% номинального значения;
ручную к автоматическую подстройку уставки напряжения генератора и напряжения сети при самосинхронизации и точной синхронизации генератора;
ограничение тока ротора двукратной величины без выдержки времени в режимах форсировки возбуждения;
ограничение минимального тока ротора в режиме потребления реактивной мощности;
возможность работы а режиме группового и индивидуального регулирования.
Принцип действия регулятора состоит в измерении, преобразовании и суммировании сигналов, последующем их усилении и воздействии на систему управления возбудителя.
Эксплуатация АРВ-СД. Все основные цепи регулятора имеют номинальное напряжение ниже 1000 В, кроме цепей, связанных с ротором ГГ. Работа и панели регулятора допускается только при отключенном рубильнике жесткой обратной связи. Работа в цепях до рубильника жесткой обратной связи при возбужденном генераторе не допускается.
Включение регулятора может производиться с панели управления, если там установлены ключ управления уставкой и вольтметр, измеряющий выход регулятора.
АРВ автоматически включается в работу при пуске агрегата и возбуждении синхронного генератора и автоматически отключается при останове агрегата.
Уставка APB управляется с панели АРВ кнопками, ключом с агрегатного щита или ключом с центрального пульта управления и контролируется по приборам, измеряющим ток ротора, напряжение статора и реактивную мощность ГГ.
Неисправность регулятора определяется персоналом по существенному изменению режима работы генератора по сравнению с другими генераторами. Неисправный регулятор отключается, генератор переводится на ручное управление.
Контрольно-профилактические работы проводятся во время капитальных ремонтов агрегата в следующем объеме:
очистка панели регулятора от пыли;
проверка целостности всех паек, качества всех контактных соединений;
проверка изоляции;
снятие основных характеристик блоков, характеристик
регулятора в целом;
проведение комплексных испытаний регулятора с возбудителем и синхронным генератором.
Новые разработки АРВ. АРВ-СД претерпели существенные изменения в связи с совершенствованием их элементной базы. Масса регуляторов снизилась с 1100 кг при использовании магнитных усилителей до 40 в случае применения интегральных схем.
Цифровой АРВ открывает возможности адаптации закономерностей регулирования к условиям работы генератора в конкретных схемах его связи с энергосистемой и режимами работы последней.
Новыми структурными и функциональными элементами, отличающими АРВ цифрового типа от полупроводникового регулятора, являются-. пропорционально — интегрально дифференциальный закон регулирования напряжения; глубокая обратная связь по току возбуждения (так называемый регулятор тока ротора), обеспечивающая повышение быстродействия, точности и расширение области статически устойчивых режимов; формирование статической характеристики с повышенной точностью, калиброванные по величине и скорости изменения задания уровня регулируемого напряжения; возможность изменения напряжения по командам противоаварийной автоматики; приоритетное управление уровнем регулируемого напряжения; самонастройка канала стабилизации по мощности агрегата; управление в режимах регулирования тока возбуждения или напряжения; совместимость с АСУ энергоблока и всей электростанции; дистанционная или местная перенастройка регулятора; полное использование возможностей генератора при работе в режиме недовозбуждения; развитая система информации персонала о работе отдельных каналов регулятора и о режиме работы генератора; возможность изменения алгоритма функционирования без изменения конструкции регулятора.
Для реализации указанных задач разработан и освоен АРВ сильного действия (АРВ-СДС) (селективный) с использованием микропроцессорной техники. АРВ-СДС состоит из аналоговых блоков и микропроцессора. Микропроцессоры позволяют реализовать ряд новых функций: 1) контроль и диагностику состояния регулятора, 2) длительное хранение уставок в памяти, 3) изменение уставок с любой скоростью и высокой точностью, 4) определение приоритетов при выполнении команд от разных уровней управления, 5) связь с верхним уровнем управления.
В АРВ-СДС имеются три канала регулирования по напряжению генератора, по ограничению минимального возбуждения и по регулированию тока возбуждения. В каждый момент времени работает только один канал. При переходе генератора из режима регулирования напряжения в режим минимального возбуждения или в режим регулирования тока возбуждения и обратно автоматически безударно переключаются каналы регулирования.
Для синхронных генераторов малой и средней мощности разработан автоматический регулятор напряжения (АРН), предназначенный для тиристорных систем самовозбуждения и бесщеточных возбудителей. В нем реализуется пропорционально- интегрально-дифференциальный закон регулирования по отклонению напряжения с компаундированием по реактивному току и с введением для повышения устойчивости сигналов по первым производным напряжения статора и тока ротора, а также сигнала обратной связи по напряжению ротора с цепью повышения быстродействия.
Регулятор состоит из измерительного и операционного блоков измерительный блок формирует аналоговые сигналы, пропорциональные напряжению статора и реактивной составляющей тока генератора, а также дискретные сигналы о достижений уставкой напряжения предельных значений, операционный — выходные сигналы АРН в соответствии с принятым законом регулирования и дополнительными функциями.
Автоматы гашения поля серии АГП 30 предназначены для коммутации цепей обмоток возбуждения синхронных машин с номинальным током возбуждения до 3200 А. Автоматы могут быть использованы для гашения поля синхронных машин, если максимальные отключаемые токи, максимальные напряжения на возбудителе и энергия, выделяющаяся в ду го гасительной решетке автомата при гашении поля, не превосходят соответствующих номинальных параметров АГП 30. Автоматы рассчитаны на работу при номинальном напряжении в токе как в прерывисто-продолжительном, так к в продолжительном режимах работы. Включенные автоматы могут выдерживать протекание по их главной цепи двойного номинального тока в течение 50 и десятикратного — а течение 0,02 с. После протекания предельных токов необходимо провести ревизию, если потребуется, ремонт автомата.
Автоматы АГП 30 состоят из основания, контактной системы, силовой цепи, системы дугогашения, электромагнитного привода и вспомогательных контактов. Основание автомата — стальное коробчатое. К основанию приклепаны неподвижная стойка включающего устройства и кронштейн с рычагом защелки. Контактная система силовой цепи состоит из неподвижных и подвижных, главных и разрывных контактов. Система дугогашения автомата включает в себя разрывную камеру, дугогасительную решетку, систему магнитного дутья и сопротивлений, шунтирующих решетку.
При размыкании главных контактов весь ток перераспределяется в цепь разрывных контактов, соединенных последовательно с катушками магнитного дутья разрывной камеры. При размыкании разрывных контактов на них возникает электрическая дуга. Под действием магнитного поля, создаваемого катушками, она сходит с контактов и перебрасывается на рога. Под действием усиленного поля катушек магнитного дутья дуга растягивается на рогах и входит в дугогасительную решетку. Дуга движется по пластинам решетки в кольцевом зазоре до тех пор, пока ток в цепи автомата не уменьшится до нуля. Дуга гаснет в промежутках решетки, шунтированных активными сопротивлениями.
Не разрешается находиться на расстоянии менее 2 м от автомата, установленного на открытой панели, если автомат включен и находится под нагрузкой.
Не разрешается включать и отключать автомат вручную при наличии напряжения на его зажимах как главной цепи, так и цепей управления.
В процессе работы автомат следует периодически, не реже одного раза в год, осматривать, очищать от пыли и грязи, при необходимости смазывать металлические трущиеся детали. Кроме того, необходимо следить за изменением провалов разрывных и главных контактов. Зачищать контакты автомата в процессе работы не требуется, если падение напряжения на зажимах автомата при протекании номинального тока не превышает 40 мВ.
После отключения автоматом предельных значений тока требуется проверить сопротивление изоляции между разомкнутыми контактами автомата и величину провала разрывных контактов.
Без необходимости (смена контактов, смена вышедших из строя катушек, нарушение нормальной работы) разбирать автомат не требуется.
§
Страница 3 из 31
При работе ГГ выделяется теплота, представляющая потери, которые возникают при взаимных превращениях механической и электрической энергии. В общем случае к этим потерям относятся джоулевы потери в проводниках, потери на вихревые токи и перемагничивание в магнитных и проводящих массах, потери на трение вращающихся частей и в подшипниках и потери на циркуляцию охлаждающей среды. Все эти потери являются причиной нагревания активных и конструктивных частей генераторов.
Допустимые температуры нагрева, например, обмоток статора и ротора зависят в первую очередь от применяемых изоляционных материалов и температуры охлаждающей среды. Для изоляции класса В допустимая температура нагрева обмотки статора должна находиться в пределах 105, а ротора 130°С. При более теплостойкой изоляции обмоток, например классов F и Н, пределы допустимой температуры нагрева увеличиваются.
В процессе эксплуатации генераторов изоляция обмоток постепенно стареет. Причиной этого являются загрязнение, увлажнение, окисление кислородом воздуха, воздействие электрического поля и электрических нагрузок и т. д. Однако главной причиной старения является ее нагрев. Чем выше температура нагрева изоляции, тем быстрее она изнашивается, тем меньше срок службы Срок службы изоляции класса В при температуре нагрева до 120°С составляет около 15 лет, при нагреве до 140°С — сокращается почти до 2 лет. Та же изоляция при температуре нагрева 105°С стареет значительно медленнее, и срок службы ее увеличивается до 30 лет Поэтому во время эксплуатации при любых режимах работы генератора нельзя допускать нагрева его обмоток свыше допустимых температур. Для того чтобы температура нагрева — не превышала допустимых значений, все генераторы выполняют с искусственным охлаждением.
Большинство ГГ охлаждается воздухом, причем в средних к крупных ГГ применяется система косвенного воздушно-водяного охлаждения с замкнутым циклом вентиляции. Воздух циркулирующий через машину, проходит затем через водяные воздухоохладители, где охлаждается проточной водой, и вновь поступает в машину (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Замкнутая система охлаждения гидрогенератора;
1 — корпус статора; 2 — сердечник статора; 3 — воздухоохладитель; 4 — обмотка статора; 5 — полюс ротора; 6 -тормоз; 7 — обод ротора; 8 — остов ротора; 9 — верхняя крестовина; 10 — опора статора; 11 — движение охлаждающего воздуха
Замкнутая система вентиляции обеспечивает чистоту воздуха и предотвращает засорение отдельных каналов (в первую очередь вентиляционных каналов статора).
На практике часто применяется частично разомкнутый цикл вентиляции с выпуском горячего воздуха из генератора в машинный зал ГЭС для его обогрева; при этом используется около 20 % расхода воздуха, проходящего через воздухоохладители. Отбор горячего воздуха из ГГ допускается при условии, что исключено засорение машины и предусмотрена подпитка ее чистым свежим воздухом.
В ГГ малой мощности применяется также разомкнутая: система вентиляции, когда воздух, пройдя очистительные фильтры, поступает в закрытую машину, охлаждает ее и затем выбрасывается наружу.
Независимо от мощности в ГГ реализуется принцип автономности системы охлаждения: ротор служит вентилятором, а мощность, затрачиваемая на циркуляцию воздуха, поступает непосредственно с вала гидроагрегата.
По способу подачи воздуха различают радиальные, осевые или аксиальные и радиально-осевые схемы самовентиляции.
При радиальной системе вентиляции воздух поступает в звезду ротора (обычно двумя потоками — сверху и снизу) и под действием избыточного давления, создаваемого вращающимся ротором, проходит через каналы в ободе ротора, промежутки между полюсами воздушный зазор, каналы сердечника статора, выходит в корпус статора и через отверстия в корпусе — в охладители. Пройдя охладители, воздух по каналам в фундаменте и между лапами верхней крестовины вновь поступает в генератор (рис 1.8). Часть воздуха, минуя ротор, направляется в камеры лобовых частей, откуда частично проходит в каналы статора, частично — на тело статора Во избежание обратного перетекания воздуха из камер лобовых частей за вентилятор ставятся воздухоразделяющие щиты. Обычно применяются центробежные вентиляторы.
Рис. 1.8 Радиальная схема вентиляции
В последние годы получила развитие схема вентиляции с использованием давления, развиваемого спицами в торцевых зонах.
При чисто аксиальной системе вентиляции воздух поступает в генератор с одной стороны, проходит по нескольким параллельным ветвям — между полюсами, в воздушном зазоре, по продольным каналам и за телом сердечника статора, после чего выходит с другой стороны машины.
При смешанной радиально-аксиальной вентиляции воздух поступает в генератор сверху и снизу и с помощью пропеллерных (осевых) вентиляторов, расположенных на горцах обода ротора, направляется в межполюсное пространство и распределяется по радиальным каналам сердечника статора (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Радиально-аксиальная схема вентиляции
Простота и надежность системы само вентиляции используются до тех пор, пока напор, развиваемый ротором, оказывается достаточным для обеспечения нужного расхода воздуха или пока требования повышения энергетических показателей не вынуждают перейти к более интенсивным системам непосредственного и форсированного охлаждения.
В настоящее время реализованы конструктивные схемы непосредственного водяного охлаждения всех основных элементов, в которых выделяются значительные потери: обмоток статора и возбуждения, шинопроводов, сердечников статора и полюсов ротора, демпферной системы. Одни схемы получили широкое распространение, другие применяются ограниченно.
Так, стержень обмотки статора с непосредственным водяным охлажденном выполняется в виде комбинации чередующихся в определенном порядке сплошных и полых изолированных проводников. При этом охлаждающая среда соприкасается непосредственно с медью обмоток, благодаря чему основную часть тепла, выделяемого в меди, отводят, минуя изоляцию и сталь.
Гидравлическая схема обмотки статора достаточно сложна, гидравлические соединения выполняются в соответствии с электрической схемой обмотки, с тем чтобы стержни каждой цепи по ходу воды принадлежали одной параллельной ветви фазы обмотки и находились под максимально близкими потенциалами. В процессе изготовления и эксплуатации обмотка и ее части подвергаются испытаниям на герметичность, прочность и проходимость.
Внешняя система циркуляции воды — дистиллята включает в себя водяные насосы, теплообменники, фильтры механической очистки, магнитные фильтры, ионно-обменный фильтр, водяной бак, регулятор температуры, контрольно-измерительную аппаратуру, средства защиты и сигнализации.
При эксплуатации ГГ с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора особое внимание обращается на элементы конструкции водяного тракта обмотки и параметры системы водяного охлаждения.
Циркуляция дистиллята не прекращается во время нахождения ГГ в резерве во избежание окисления внутренней поверхности полых проводников и образования на ней отложений.
Во многих случаях применяются системы охлаждения смешанного типа, в которых для напряженных в тепловом отношении элементов используется непосредственное водяное охлаждение, для других — воздушное. Например, в ГГ Красноярской ГЭС обмотки и шины статора охлаждаются непосредственно водой, обмотки возбуждения имеют форсированное воздушное охлаждение, причем форсирование охлаждения достигается выполнением поперечных каналов в витках катушек полюсов. Остальные элементы конструкции имеют традиционное косвенное воздушное охлаждение.
§
Страница 2 из 31
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ
Статор — основной неподвижный узел ГГ. В синхронном генераторе выполняет функцию якоря, через сердечник которого замыкается переменный магнитный поток, а в обмотке индуцируется переменная ЭДС. Статор состоит из корпуса, сердечника, обмотки и снабжается закладными частями для крепления к фундаменту (рис. 1.1).
В процессе работы узлы статора подвергаются вибрациям и действию различных усилий от массы частей машины, давления воды, электромагнитного поля, магнитной неуравновешенности. Эти условия особенно заметны при аварийных ситуациях. Статор также должен противостоять силам, возникающим при технологических операциях в процессе изготовления и монтажа, чтобы внутренние напряжения в материале и сварных швах не привели к недопустимым деформациям и искажениям формы. Поэтому толщину стальных листов корпуса статора выбирают часто не из обеспечения прочности, а по условиям сохранения формы,
В большинстве случаев статоры ГГ имеют диаметр, превышающий 4,5 м, и для транспортировки выполняются разъемными в виде 2-6 секторов.
Корпус статора представляет собой кольцевую конструкцию, сваренную из Горизонтальных ребер-полок, вертикальных ребер и наружной обшивки. Внутри корпуса, обычно на клиньях, собирается и запрессовывается сердечник, в который затем укладывается обмотка.
Верхний пояс корпуса служит опорой под верхнюю крестовину и систему перекрытий шахты генератора, а нижний используется для крепления статора к фундаменту. Наружная боковая поверхность корпуса, на которой укрепляются воздухоохладители, имеет форму цилиндра или правильного многоугольника. Среднюю часть корпуса, к которой крепится сердечник, образуют несколько параллельных полок, расстояние между которыми принимается примерно 400- 500 мм; между полками устанавливаются ребра и распорные угольники, Верхний и нижний пояса корпуса состоят из одной полки и ребер. Эти полки выполняются более толстыми, чем средние, так как они используются для крепления верхней крестовины и для присоединения к фундаменту. Снаружи корпус закрывается обшивкой, в которой имеются окна для прохода нагретого воздуха к воздухоохладителям и для вывода шин обмотки,
Сердечник статора собирается из сегментов электротехнической стали (холоднокатаная анизотропная сталь марки 3413) толщиной 0,5 или 0,35 мм. Сегменты штампуются компаундным штампом, причем одним ударом штампа вырубаются пазы для обмотки и пазовых клиньев, пазы по наружному диаметру для крепления сегментов к корпусу и контур сегмента (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Статор и ротор генератора:
1 — статор-шестеренка; 2 — спица ротора; 3 — полюс ротора; 4 — паз ротора; 5 — стержень обмотки; 6 — воздухоохладитель; 7 — обод ротора; 8 — тормоз; 9 — напорный трубопровод; 10 — дренажный трубопровод
Сердечник по всей высоте разделен на пакеты, между которыми предусматриваются кольцевые вентиляционные каналы высотой 10 мм,, образованные вентиляционными распорками из специального проката двутаврового сечения-
Пакеты, из которых состоит сердечник, собираются «вперекрой», т.е. стыки сегментов каждого слоя не совпадают со стыками соседних двух слоев. Такая сборка обеспечивает наибольшую магнитную проводимость и максимальную жесткость сердечника. Верхние и нижние крайние пакеты имеют особую конструкцию для уменьшения потерь и нагрева, вызываемых торцевыми магнитными полями. Эти, пакеты — ступенчатой формы, во избежание «распушовки» собираются из монолитных, запеченных на лаке, небольших по высоте пакетов.
Сердечник прессуется в несколько приемов при помощи переносных гидравлических устройств. Сердечник окончательно стягивается длинными шпильками, пропущенными по всей высоте между корпусом и спинкой сердечника, при помощи нажимных гребенок. Пальцы гребенок проходят между стержнями обмоток и давят по всей длине зубца до первой ступеньки крайнего пакета. Гребенки имеют отжимные болты, которыми можно пользоваться для подпрессовки в случае ослабления сердечника при эксплуатации. Для уменьшения нагрева торцевых частей статора от магнитных полей пальцы гребенок выполняют из немагнитной стали.
Сердечник к корпусу в большинстве случаев крепится при помощи длинных клиньев формы ласточкиного хвоста, на которые нанизываются сегменты. Все сегменты в секторе, за исключением крайних, держатся на двух клиньях. В свою очередь, клинья крепятся с помощью промежуточных пустотелых угольников-приварышей, Которые привариваются к клиньям и средним полкам корпуса.
Обмотка статора, наиболее ответственный узел ГТ, определяет долговечность и надежность работы. К обмотке предъявляются следующие основные требования:
закон изменения линейного напряжения во времени при холостом ходе должен удовлетворять нормам качества электроэнергии;
изоляция обмотки должна обладать достаточной электрической и механической прочностью, чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию ГГ при рабочих напряжениях в течение срока службы и выдерживать эпизодические повышения напряжения (эксплуатационные и испытательные);
отдельное фазы обмотки должны быть симметричными; превышение температуры обмотки не должно превосходить допустимых значений; обмотка и элементы ее крепления должны оставаться механически прочными при любых наиболее неблагоприятных эксплуатационных режимах, как нормальных, так и аварийных;
амплитуда вибраций лобовых частей должна быть ограничена во всех режимах работы, а частота собственных колебаний — достаточно удалена от удвоенной частоты машины.
Различают катушечные и стержневые обмотки статоров. Катушечная обмотка имеет несколько последовательно соединенных витков. Стержневая обмотка состоит обычно из полусекций стержней, представляющих собой полувиток, реже — из целых неразрезанных секций, образующих виток.
По условиям прочности и надежности изоляции стержневая обмотка предпочтительнее, так как в ней межвитковая изоляция вдвое толще изоляции от корпуса. Стержневая обмотка обеспечивает лучшее заполнение паза, облегчает укладку секций в пазы, их выем и замену при монтаже и ремонтах. Недостатками стержневой обмотки являются: большой вылет лобовых частей и большое число паек крупного сечения; не всегда приемлемые значения объема тока в пазу и линейная нагрузка статора.
И катушечные, и стержневые обмотки могут быть однослойными — в каждом пазу лежит только одна сторона катушки или один стержень, и двухслойными — в каждом пазу лежат две стороны катушки или два стержня. В настоящее время в основном используется двухслойный тип обмотки, более технологичный в производстве.
По электрической схеме соединений секций обмотки подразделяются на петлевые, с результирующим шагом- по пазам, равным единице, и волновые, при которых результирующий шаг по пазам равен двойному полюсному делению,
В современных крупных ГГ наиболее широко применяются двухслойные волновые стержневые обмотки.
Основным конструктивным элементом обмотки является стержень, состоящий из отдельных изолированных медных проводников, расположенных в двух вертикальных столбиках. Каждый элементарный проводник на длине сердечника статора занимает попеременно все возможные положения по высоте столбиков. Благодаря этому ЭДС, наведенные пазовым потоком рассеяния, одинаковы для всех проводников, что позволяет снизить добавочные потери в стержнях.
В качестве основной изоляции стержней обмотки статора используется непрерывная термореактивная изоляция. Для устранения разрядов между стержнями обмоток и стенками пазов и ограничения вибраций обмоток стержни уплотняют. Пазовая часть обмотки статора крепится с помощью клиньев. Профиль клиньев должен соответствовать форме паза, обеспечивать надежное закрепление обмотки при рабочих и аварийных режимах, включая внутренние КЗ в обмотке статора.
В отдельных пазах укладываются термометры сопротивления; на дно пазов — для измерения температуры сердечника; между стержнями — для измерения средней температуры двухслойной обмотки; под пазовые клинья — для измерения температуры однослойной обмотки. Провода от термометров сопротивления выводятся через вентиляционный канал в сердечнике.
Лобовые части обмотки статора крепятся с помощью бандажных колец, охватывающих корзинку лобовых частей снаружи и препятствующих их перемещениям в радиальном направлении. Для крепления лобовых частей в тангенциальном направлении служат дистанционные прокладки, устанавливаемые плотно между смежными стержнями каждого слоя через 150-200 мм, и фасонные разборные упоры. Все изоляционные, крепежные и прокладочные элементы, расположенные в зоне обмотки, выполняются из стеклотекстолитов.
Изоляция бандажных колец, перемычек, соединительных и выводных шин выполняется по типу изоляции стержней обмотки. Пакет соединительных шин собирается на изолированных стойках, укрепляемых с помощью кронштейнов на нажимных плитах или на корпусе статора. Между смежными шинами устанавливаются дистанционные прокладки, стягиваемые немагнитными шпильками. Главные и нейтральные выводные шины группируются в двух местах по окружности статора и выводятся через окна в корпусе, закрываемые изоляционными плитами.
Ротор. Ротор представляет собой вращающуюся часть ГГ, непосредственно соединенную с валом турбины. Ротор выполняет три функции: индуктора, образующего магнитное поле; маховика, обеспечивающего устойчивую работу агрегата; вентилятора, создающего необходимый напор для циркуляции воздуха, охлаждающего активные части ГГ. Кроме того, к ротору крепится тормозное кольцо, используемое при остановках агрегата.
Ввиду разницы в частотах вращения ГГ и ТГ существует принципиальное различие в конструкций их роторов. ГГ имеют явнополюсный ротор, который представляет собой своеобразное колесо большого диаметра, состоящее из внутренней части — остова, насаживаемого с помощью втулки на вал, и наружной части — обода, собранного из штампованных сегментов. На ободе располагаются полюсы с обмоткой возбуждения (рис. 1.3). Чем меньше частота вращения ГГ, тем большее число полюсов и катушек необходимо разместить на ободе. Поэтому диаметры роторов у тихоходных ГТ значительно больше, чем у быстроходных.
Валы гидроагрегатов в зависимости от размеров выполняются цельноковаными или кованосварными. У гидроагрегатов с поворотно-лопастными турбинами центральное отверстие (осевой канал) служит для размещения штанг устройства поворота лопастей рабочего колеса, у гидроагрегатов с радиально-осевыми турбинами — для подачи воздуха под рабочее колесо.
Ранее все гидроагрегаты производились с отдельными валами для турбины и генератора и с фланцевым соединением. В настоящее время большинство зонтичных машин имеют единый вал, а подвесные гидроагрегаты и незначительное число зонтичных проектируются по-прежнему с отдельными валами. Однако при едином вале упрощается монтаж агрегата, исключаются возможность «излома» линии вала и биение вала.
Вращающий момент передается от вала к ротору в ГГ с единым валом при помощи фланцевого соединения вала турбины с втулкой центральной части ротора. При раздельных валах момент передается либо с помощью шпоночного соединения между валом генератора и насаженным из него остовом ротора, либо трением, создаваемым посадочным натягам между этими узлами.
Остовы. Остов ротора, который можно транспортировать целиком и который выполняется в виде сварного барабана, состоит из центральной втулки стального литья, приваренных к ней верхнего и нижнего дисков, вертикальных ребер между дисками и втулкой. По наружной поверхности устанавливаются клиновые полосы приваренные к дискам и вертикальным ребрам. В верхнем и нижнем дисках имеется по нескольку отверстий для засасывания вращающимся ротором охлаждающего воздуха. Войдя внутрь барабана и закручиваясь ребрами, воздух попадает в каналы обода и затем выбрасывается между полюсами в воздушный зазор.
Остов ротора диаметром меньше 8 м представляет собой сварную звездообразную конструкцию с частично отъемными спицами двутаврового сечения, которые крепятся с помощью стыковых плит, стяжных шпилек и штифтов. Для увеличения жесткости концы спиц сверху и снизу скрепляются балочками или листами перекрытий, прилегающими к внутренней поверхности обода, образуя окна для прохода воздуха внутрь остова.
У роторов крупных ГГ с внутренним диаметром обода более 8 м; остов представляет собой сварно-литую центральную часть, по периферии которой приварены стыковые плиты, причем все спицы отъемные.
Имеются различные модификации спиц ротора, наиболее экономичны трапецеидальная спица коробчатого сечения и спица с двумя гибкими пулами.
Ободы. Шихтованный обод, применяемый во всех ГГ, за исключением самых быстроходных, собирается на калибрах и шпильках из отдельных сегментов, штампованных из листовой стали толщиной 3-4 мм. Обод является наиболее напряженным в механическом отношении узлом ротора, прочность обода определяет выбор окружной скорости и, следовательно, габаритов ГГ.
С учетом того, что обод используется также в качестве вентилятора, возникает необходимость в правильном выборе длины сегмента, определяя этим размеры многочисленных (порядка 10000) зазоров между их боковыми сторонами. Половина этих зазоров, располагаясь между полюсами, служит каналами для прохода охлаждающего воздуха и играет существенную роль в системе вентиляции ГГ.
Для прохода воздуха в ободе предусматривается несколько вентиляционных каналов, образуемых дистанционными распорками.
Сверху на спицах обод запирается замками для предотвращения скольжения вверх относительно остова при подъеме на домкратах.
К нижней, торцевой, части ротора крепится тормозное кольцо, состоящее из отдельных сегментов. У ГГ большого диаметра тормозное кольцо укреплено непосредственно на ободе его стяжными шпильками. На роторах сравнительно небольшого диаметра сегменты
тормозного кольца крепятся только к остову или к остову и ободу совместно.
Полюсы и токоподвод. Полюс ГГ состоит из сердечника, катушки обмотки возбуждения, изоляции и демпферной обмотки.
Часть сердечника, обращенная к расточке статора, называется башмаком; его форма и размеры определяются, с одной стороны, условиями получения поля возбуждения синусоидальной формы, с другой — размещением демпферной обмотки и механической прочностью кромки башмака. Сердечник имеет один или два хвоста, обычно Т — образной формы, которыми полюс крепится к ободу. Сердечник, как правило, выполняется шихтованным из тонких листов стали с массивными щеками по торцам и стягивается длинными шпильками.
Обмотка возбуждения состоит из полюсных катушек, соединенных последовательно. Соединение верхнего витка катушки с верхним и нижнего с нижним соседних катушек обеспечивает поочередное изменение полярности.
Катушки, как правило, выполняются т плоской шинной меди, наматываемой на ребро. В зависимости от ширины сердечника и принимаемой формы катушки могут иметь по торцам сердечника однорадиусное, двурадиусное или прямоугольное исполнение. Для снижения нагрева обмотки возбуждения должна быть увеличена поверхность охлаждения катушек.
Катушка обмотки возбуждения изолируется от сердечника полюса и от обода ротора. Изоляция вокруг сердечника имеет вид твердоспрессованной гильзы из стеклянной ткани и асбестовой бумаги на лаке. Такая гильза обладает большой механической прочностью и нагревостойкостью.
Торцы катушек от обода с одной стороны и от башмака и щек — с другой изолируются стеклотекетолитовыми шайбами, задеваемыми на сердечник.
Витки катушки изолируются прокладками из асбестовой бумаги, наклеиваемой на обе стороны меди при помощи лака. Изолированные катушки прессуются в нагретом состоянии, лак отвердевает и катушки приобретают монолитность.
Межполосные соединения катушек возбуждения закрепляют на ободе ротора, что обеспечивает прочность и гибкость соединения.
Почти все ГГ выполняются с продольно-поперечной демпферной обмоткой, размешенной в пазах полюсных наконечников.
Продольную часть составляют медные стержни, заложенные в отверстия башмаков сердечника. Массивные медные полюсы- сегменты по торцам полюса накоротко замыкают стержни и вместе с эластичными межполюсными перемычками образуют по торцам полюсов два замкнутых кольца.
Демпферная обмотка ослабляет поле обратной последовательности при несимметричной нагрузке и снижает амплитуду колебаний ротора, возникающих в некоторых случаях при параллельной работе генератора.
Ток возбуждения, питающий катушки полюсов, подается через . скользящие контакты между расположенными на оси ротора контактными кольцами и угольными щетками, размещенными на траверсе вокруг колец. Токоподвод от контактных колец к обмотке возбуждения выполняется из медных изолированных шин, закрепляемых на валу, ободе и остове ротора при помощи изоляционных колодок. Контактные кольца изолируются от вала, а траверса со щеткодержателями — от корпуса.
Подпятник. Вертикальные усилия, создаваемые массой вращающихся частей агрегата и осевой составляющей гидродинамической силы, воспринимаются подпятником. Для подпятников ГГ характерны высокие нагрузки (до 35 МН), сравнительно небольшие скорости (8-30 м/с) и большие размеры (наружный диаметр до 4,65 м).
Подпятники ГГ выполняются с вращающимся диском и неподвижными опорными подушками — сегментами (рис. 1.4).
Диск и сегменты помешены в заполненную маслом ванну. Сегменты опираются на шаровую опору (или пружинное основание) и имеют возможность наклоняться, гак что между ними и диском образуется клиновидный слой масла, сужающийся в направлении движения. Клиновидный слой и движение диска создают подъемную силу, которая уравновешивает вертикальное усилие, так что движущаяся и неподвижная поверхности трения подпятника разделены слоем масла. Поэтому износ поверхностей трения минимальный и тепловыделение, вызванное внутренним трением в масле, минимально. Выделяющаяся теплота отводится в основном маслом, которое прокачивается через, слой вращающимся диском, а затем смешивается с маслом в ванне. Специальными охладителями тепло отводится из подпятника наружу.
Рис. 1.4. Подпятник гидрогенератора:
1 — корпус подпятника, 2 — основание подпятника;
3 — сегмент подпятника; 4 — диск подпятника;
5 — опора промежуточная; 6 — ванна масляная;
7 — секция маслоохладителя
Наиболее тяжелым является режим пуска подпятника, в течение которого существует контакт поверхностей трения.
Сегмент подпятника состоит из стальной основы и баббитового или фторопластового покрытия. Износ баббитовой поверхности приводит к образованию на ней блестящих пятен (натиров) к уменьшает количество масла, задерживающегося на сегментах, когда машина не работает. Вследствие этого трение при пуске постепенно увеличивается. Накопление натиров приводит к расплавлению большого объема баббита и повреждению подпятника. Поэтому с ростом пусковых давлений на подшипники применяется система принудительной смазки подпятника при пусках и остановах.
Высотное положение сегментов регулируется вворачиванием опорных болтов в корпусе подпятника. Для облегчения наклона сегмента верхняя часть болта имеет сферическую головку. Между сегментом и болтом устанавливается круглая опора, на кольцевой буртик которой опирается сегмент. Создание необходимого наклона сегментов обеспечивается выдержкой правильного расстояния в окружном направлении — эксцентриситетом между осью рабочей поверхности и осью опорного болта.
Если нагрузка на болт превышает 1,5 МН, то обмятие сферы болта искажает эксцентриситет и затрудняет качание сегмента. В таких случаях применяют подпятники с двухрядным расположением сегментов.
Крестовины. Различаются два основных типа: грузонесущие, или опорные, крестовины и негрузонесущие. Первые воспринимают и передают на фундамент или статор значительные по значению аксиальные усилия от подпятника и одновременно радиальные усилия от направляющего подшипника.
В ГГ подвесного исполнения опорными крестовинами являются верхние. В зонтичных машинах, если подпятник не может быть установлен на крышке турбины, опорной служит нижняя крестовина.
Кроме восприятия нагрузок опорные крестовины выполняют дополнительные функции. В подвесных машинах на верхней крестовине могут располагаться некоторые неподвижные узлы агрегата: станины возбудителей; статоры вспомогательных генераторов; маслоприемники турбин и пр. Кроме того, крестовина поддерживает перекрытие шахты генератора, обычно расположенного на уровне пола машинного зала. На опорных крестовинах зонтичных генераторов помещают тормоза-домкраты и нижнее перекрытие, отделяющее пространство генератора от турбинного. Эти крестовины рассчитываются не только на нагрузки от подпятника и подшипника, но и на усилия, возникающие при торможении и подъеме ротора.
Негрузонесущие крестовины не несут значительных аксиальных нагрузок, а передают только радиальные усилия от подшипников и выполняют те функции, которые для опорных являются вспомогательными.
В зависимости от значения действующих на крестовину сил и длины пролета применяются лучевые и мостовые крестовины. При относительно небольших нагрузках и при пролете до 6 м могут применяться неразъемные мостовые крестовины с четырьмя опорными папами. При значительных нагрузках и больших пролетах, когда требуется увеличить число точек опоры, используют лучевые крестовины.
Опорные крестовины различаются по размещению подпятника: с подпятником внутри центральной части крестовины и с подпятником, вынесенным из нее.
В первом варианте в общей ванне с подпятником устанавливается и направляющий подшипник. Во втором подпятник вынесен из крестовины и находится в нежестком баке.
Эксплуатационные требования к крестовинам. Конструкция вертикальных ГГ такова, что ее основные узлы, которые требуют наблюдения, обслуживания и разборок при ревизиях и ремонтных работах, расположены в зонах верхней и нижней крестовин. Постоянное наблюдение необходимо за контактными кольцами и их щеточными аппаратами, которые чаще всего расположены в центральной части верхней крестовины или подставке, стоящей на ней. Регуляторный генератор, тормозная система, трубопроводы воды и масла, приборы управления этими устройствами и их контроля также размещены в зонах крестовин. Поэтому вопросам доступности для наблюдения и обслуживания данных устройств и для ревизий подпятника и подшипников придается большое значение.
Направляющие подшипники. В современных ГГ применяются сегментные направляющие подшипники, работающие на самосмазке Каждый сегмент представляет часть кольца и расположен в масляной ванне у шейки вала. Для смазки трущихся поверхностей они на 1/3 — 1/2 своей высоты погружены в масло. Благодаря капиллярному эффекту масло поднимается и растекается по всей поверхности шейки вала и сегментов, обеспечивая смазку непогруженной части подшипника.
Поверхность трения генераторных сегментов облицована баббитом или фторопластом, В радиальном направлении каждый сегмент имеет опор в различных конструкциях либо в точке, либо по линии. В первом случае сегменты опираются на сферические поверхности регулируемых болтов.
Конструкция подшипника и одна из распространенных компоновок его в водяной ванне крестовины представлены на рис. 1.5. Подшипник генераторный показан на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Подшипник генераторный:
1 — вкладыш; 2 — клин; 3 — кронштейн; 4 — шпилька регулировочная; 5 — крестовина; 6 — масло; 7 — маслоохладительные трубы
Рис. 1.5. Подшипник турбинный направляющий:
1 — крышка подшипника; 2 — ограждение вала; 3 — сегмент обрезанный;4 — резина сегмента; 5 — опорный узел сегмента; 6 — вал; 7 — нержавеющая рубашка; 8-9 — кольцо; 10 — воротник, верхний; 11 — воротник нижний; 12- уплотнение; 13 — кольцо верхнее; 14 — кольцо промежуточное; 15 — кольцо прижимное; 16 — кольцо; 17 — клапан слива их крышки турбины; 18 — подвод воды к подшипнику; 19 — слив воды из подшипника
