Устройство жидкостного охлаждения ротора турбогенератора

Устройство жидкостного охлаждения ротора турбогенератора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I) Дополнительное к авт. свкд-ву (22) Заявлено 16.10.80 (21) 3008803/24-07

Союз Советских, Социалистических

Республик

< 951569 (5l )lVl. Кл.

Н 02 К 9/19 с присоединением заявки .%—

1осударственныИ комитет

СССР (23) Приоритет ао делом нзобретенкй

II отхрытнй

Опубликовано 15.08.82. Бюллетень № 30 (53 ) УД К 623„,313. ,7 1 3 (088.8) Дата опубликованмя описания 1 5.08.82 (72) Авторы изобретения

B. В, Кузьмин, А. К. Левицкий и Я. М. Понома зенко-: - .1.

) "."

Научно-исследовательский институт завода "Эп ктротяжмаш" (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ РОТОРА

ТУРБОГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к крупному машиностроению, касается роторов генераторов с непосредственным жидкостным охлаждением, и может быть использовано на предприятиях проектируюших и изготавпиваюших турбогенераторы.

Известно, что с ростом единичной мощ-, ности генератора все острее становится проблема отвода тепла от обмотки и других объектов охлаждения ротора, вызыва1О юшая необходимость применения все бопее эффективных систем охпаждения.

Для сверхмощных генераторов наиболее перспективной системой охлаждения ротора является система непосредственного жидкостного, например, водяного охпаждения (включая и такую его разновидность как испаритепьная система).

Все известные конструкции роторов генераторов с водяным охлаждением имеют тв устройство дпя подачи воды, установпенное с торца ротора на стороне возбудителя, через которое вода подается в аксиапьный канал, вьшопненный в валу ге2 нератора на стороне воэбудитепя и в самом возбудителе, если таковой сопряжен с генератором. Из напорного канала вода через каналы в радиальных водоводах подается в камеры. напорного коппектора и далее в объекты охлаждения (обмотку возбуждения, демпферную обмотку, зубцы, и т. д.). Нагретая вода из объектов охлаждения отводится в сливной коллектор, из него по радиальным водоводам - a сливной аксиальный канал и далее в уст» ройство слива, установленное отдельно на валу ротора генератора со стороны возбудителя или совмещенное с устройством подачи. Все укаэанные каналы представляют собою специальные конструкции из нержавеющих материалов (нержавеющей стали), встроенные в соответствующих отверстиях ротора.

Наружная система водоснабжения ротора (неподвижная) выпопняется как негер метичного (сообщающегося с наружным воздухом), так и герметичного испопиения. Герметичная система бопее предпо

95) 5чтительна, так как предотвращает IloIIBAGние кислорода и углекислоты воздуха в охлаждаюшую воду, чем уменьшается эро. зия меди проводников.

Температура сливаемой иэ ротора во. ды выбирается из yclIOBHA предотврашеиия воэможности ее закипания в сливном устройстве и согласно сушествуюшим нормам не превышает 80-90оС, что значительно снижает эффективность водяного 1Î охлаждения роторов, так как по классу нагревостойкости изоляции обмоток роторов эту температуру можно поднять до

130-150оС.

Известно устройство жидкостного ох- 15 лаждения, по которому во внутреннем спивном тракте ротора, где перегретая вода находится под большим давлением, обусловленным действием центробежных сил, происходит ее смешивание с xorroa- gg ной водой из подаюших секций коллектора, в результате чего вода из ротора сливается с температурой не превышающей о

85 С. В этом случае возможно применение как негерметизированных сливных уст- 5 ройств, так и герметизированных указанных указанного выше типа (11.

Однако расход воды в данном случае значительно (примерно в 2 раза) возрастает, а внутреннее пространство в валах роторов генератора и особенно возбудителя весьма ограничено, что, в свою очередь, ограничивает размеры внутренних каналов и количество передаваемой через них воды, а, в конечном итоге, ограничи35 вает рост единичной мощности генератора.

Известно также устройство жидкостного охлаждения, по которому внутренний аксиальный сливной канал выполнен в валу ротора генератора со стороны турбины на участке от лобовых частей обмотки до полумуфты, а устройство слива расположено на валу генератора между узлом подшипника и полумуфтой (2).

Однако герметизация такого устройст45 ва слива настолько сложна, что необходимо применить негерметизированное спивное устройство, а температуру сливаемой воды около 70вС, Lle>IIь изобретения — повышение эффек50 тивности жидкостного охлаждения ротора сверхмошного турбогенератора при одновременном достижении герметизации всей внешней системы охлаждения и рационального использования внутреннего пространства в валах роторов генератора и воз55 буди те ля.

11ель догтнга«той тем, что s роторе генератора, i" >д ржашем несколько или, 69 4 по крайней мере, один выполненный .в его валу аксиальный канал отвода нагретой жидкости, направленный от сливного коллектора и хвостовой части ротора со стороны турбины, упомянутый канал выполнен до торца ротора, а в валу турбины выполнен герметично соединенный с последним аналогичный аксиальный канаЛ, а также сопряженные с ним радиальные каналы соединенные с паровым пространством турбины, через которые нагретая жидкость или пар выбрасывается в это паровое пространство. Хотя давление в этой части турбины может быть даже ниже атмосферного, закипание воды на выходе иэ ротора генератора це представляет опасности, так как количество обраэуюшегося при этом пара при любых возможных режимах работы мало по сравнению с количество рабочего пара турбины.

На чере>ке изображен турбогенератор, продольный разрез.

Устройство содержит ротор генератора

1,устройство подачи охлаждающей жидкости в ротор генератора 2, коллектор 3 слива охлаждаюшей жидкости, сливной патрубок

4, радиальные каналы 5 слива в роторах генератора и турбины, аксиальные каналы

6 слива в роторах генератора и турбины, спивная камера 7 в паровом пространстве турбины турбина 8, паровое уплотнение турбины 9, гидроплотное уплотнение

10 каналов слива на торцах попумуфт генератора и турбины, дополнительная рабочая ступень 11 на валу турбины, Охлаждаюшая жидкость, например вода, подается в ротор генератора 1 при помощи известного подающего устройства 2 с торца, противоположного турбине. В зависимости от принятой системы возбуждения устройство 2 может быть установлен но как непосредственно у торца ротора генератора, так и у свободного торца ротора возбудителя. Из вала ротора охлаждающая вода подается любым известным способом в объекты охлаждения ротора, проходит через ротор,как указано стрелками, а перегретая вода поступает в сливной коллектор 3, откуда через сливные патрубки 4 и систему выполненных в валах роторов генератора и турбины радиальных 5 и сопряженных с ними аксиапьных 6 каналов поступает в камеру 7 парового пространства турбины 8 за ее паровым уплотнением 9. В месте . сопряжения роторов турбины и генератора отверстия в валах соединяются гидроплотно любым известным способом, например, при помоши уплотнений 10.

951569, Возможна также установка на валу ротора турбины дополнительной рабочей сту-, пени 11, позволяющей преобразовать энергию истечения охлаждающего агента из обмотки ротора генератора, т.е. энергию 5 потерь в обмотке ротора, в энергию вращения вала турбины. В простейшем случае это может быть реактивное колесо.

Аксиальные сливные каналы 6 можно выполнить в центральных отверстиях валов роторов, что упрощает конструкцию и технологию изготовления, расширяет возможности применения предложенной конструкции, так как позволяет расположить сливной коллектор 3 и со стороны противоположной турбине.

В описанной конструкции сама турбина используется как герметичное спивное устройство, а внешняя система жидкостного охлаждения ротора объединена с кон- 2о денсатной системой турбины. Охлаждающей средой для обмотки ротора в этом случае служит рабочее тело турбины. Так

: в наиболее распространенном случае это будет вода, при использовании фреонового 25 циклафреон и т.д.

Предложенное решение может быть успешно применено также при испарительном охлаждении, когда охлаждающая среда кипит внутри проводников и уходит из 3Q ротора в виде пара. Одна из основных трудностей, стоящих на пути реализации этой системы охлаждения — отвод больших количеств пара из ротора, здесь успешно решается. Становится возможным также применение комбинированных систем охлаждения, когда обмотка охлаждается по испарительному принципу, а зубцыпо жидкостному и т.п.

В результате внедрения предлагаемого 4р устройства достигаются следующие преимушества, повышается мощность генератора за счет повышения эффективности охлаждения обмотки ротора; повышается

КП11 агрегата; отпадает необходимость 4> в установке сложного герметичного устройства для слива перегретой воды из ротора; повышается безопасность обслуживания и надежность работы агрегата; решается проблема отвода пара при испарительном охлаждении; становится возможным применение комбинированной испарительно-жидкостной системы охлаждения.

Повышение эффективности водяного охлаждения согласно предлагаемому изобре55 тению позволяет повысить ток возбуждения и, соответственно, единичную мощность генератора без увеличения его ос новных размеров при одновременном упрошении и удешевлении внешних систем генератора и повышении надежности их работы.

Предлагаемое нами решение позволяет повысить перегрев сливаемой из ротора воды до 95ОС, вместо 40 С имеющихся в настоящее время, что позволяет повысить ток возбуждения и намаг,85» ничивающую силу ротора в ) — =1-s5 ра, +о за, а единичную мощность генератора практически в тех же габаритах в,1,2 раза или соответственно уменьшить габариты, расход материалов и стоимость генератора при неизменной мощности.

Для генератора мо цностью 500 МВт на

1500 об/мин стоимостью 2500000 руб экономический эффект от внедрения изобретения составит, таким образом, ориентировочно 420000 р. без учета снижения стоимости генератора от упрощения его конструкции и без учета повышения КП11 и надежности работы турбогенератора.

Для генераторов большей единичной мощности ожидаемый суммарный экономический эффект будет соответственно выше.

Формула изобретения

1. Устройство жидкостного охлаждения ротора турбогенератора, содержащее сливной коллектор, вал ротора, имеющий, по меньшей мере, один аксиальный канал, направленный от спивного коллектора к хвостовой части ротора, обращенной к турбине, имеющей вал и паровую зону, отличающееся тем,что,сцелью повышения эффективности охлаждения, вал турбины выполнен с аналогичным упомянутому аксиальным каналом, соединенным герметично с аксиальным каналом вала ротора, и с радиальными каналами, соединяющими аксиальные каналы с паро вой зоной турбины.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю ш е е с я тем, что, с целью повышения КЩ1, на валу ротора турбины в месте соединения радиальных каналов с паровой зоной установлена дополнительная ра.бочая ступень, преобразующая энергию истечения охлаждающей среды в энергию вращения вала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент Швейцарии № 573183, кл. Н 02 К 9/19, 1975.

2. Отчет ВНИИэлектромаш "патентно» информационный обзор по конструкции ро= торов турбогенераторов с водяным охпаж дением, Л„1979.

951569

Составитель Л. Карцева

Редактор А.,Болинич Техред K.Кастелевич Корректор ° Р

Г, Ога

Заказ 5967/69 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4