Расчет турбогенератора

Турбогенератор-Т-2,5.doc

Задание на проектирование3
I. Выбор основных размеров и обмоточных данных турбогенератора4
1 Основные размеры и электромагнитные нагрузки 4
2 Выбор обмоточных данных статора6
3 Немагнитный зазор 12
II. Основные размеры и обмоточные данные ротора 13
1 Основные размеры зубцово-пазовой зоны 13
3 Расчёт обмотки ротора 13
III.Электромагнитный расчёт турбогенератора 17
1 Расчёт характеристики холостого хода 19
IV.Расчет потерь и к.п.д. 22
Список использованных источников 23
Турбогенераторами называют синхронные генераторы трёхфазного тока приводимые во вращение паровой или газовой турбиной. В нашей стране турбогенераторами вырабатывается около 84% всей электрической энергии.
Турбогенераторы изготавливаются мощностью от нескольких МВт до 1200 МВт при этом создание крупных турбоагрегатов даёт значительную экономию стоимости оборудования и сооружения электростанций. Технически наиболее совершенными экономичными и надёжными считаются турбогенераторы мощностью 200 – 300 МВт.
Турбогенераторы мощностью до 120 МВт а в последнее время и до 300 МВТ включительно устанавливают на теплофикационных электростанциях (ТЭЦ). Турбогенераторы большой мощности (200–1200) МВт устанавливают на тепловых конденсационных электростанциях (КЭС).
В системе охлаждения турбогенераторов наибольшим преимуществом обладает водородное охлаждение по сравнению с воздушным не смотря на сложность и дороговизну оборудования процесса эксплуатации и необходимости вспомогательного оборудования. В связи с этим водородное охлаждение применяется в турбогенераторах мощностью 30 МВт и выше на мощности меньше 30 МВт водородное охлаждение применять нецелесообразно.
В данном курсовом проекте производится проектирование турбогенератора Т-25 с номинальной частотой вращения 1500 обмин при частоте сети 50 Гц с косвенным воздушным охлаждением обмоток статора и ротора.
Задание на проектирование
Тип турбогенератора Т-25
Номинальная мощность PH = 25 МВт
Номинальное напряжение (линейное) UH = 6.3 кВ
Номинальная частота ЭДС f = 50 Гц
Номинальный коэффициент мощности cosφH = 0.8
Число фаз обмотки статора m = 3
Статическая перегружаемость WП =17
Схема соединения обмотки статора Звезда
Частота вращения n = 1500 обмин
Охлаждение: косвенное воздушное
I. Выбор основных размеров и обмоточных данных турбогенератора
1 Основные размеры и электромагнитные нагрузки
Полная номинальная мощность турбогенератора МВ×А
где РН – номинальная активная мощность генератора МВт;
cosjН – номинальный коэффициент мощности;
Количество пар полюсов р=60fn=2
Предварительно определяется внутренний диаметр статора
Тогда для двух пар полюсов
D1П2 = 1414 D1П =679мм
Предварительно определяется диаметр бочки ротора
D2П2 = 1414 D2П =707мм
Из нормализованного ряда принимаем диаметр бочки ротора D2 =727мм
Предварительное значение машинной постоянной Арнольда
Предварительное значение длины статора
Предварительно принимаем длину бочки ротора равной длине статора
Для заданного типа охлаждения обмоток и номинальной полной мощности выбираются ориентировочные значения линейной нагрузки А и магнитной индукции в зазоре Вd
Предварительное значение полюсного деления
Вычисляется немагнитный зазор между статором и ротором (предварительно) м
Принимаем окончательно 14мм
Окончательное значение внутреннего диаметра статора D1 м
D1= 727 + 2×14 = 755 мм.
На экономические показатели машины и её параметры влияет выбранное отношение длины к диаметру как статора так и ротора
Вычисленное отношение l находится в допустимых пределах.
Ожидаемый к.п.д.- 97%
Полная масса турбогенератора по активному объему
Для аналогичной двухполюсной машины эта величина примерно в два раза меньше т.е.
Тогда общая масса двухполюсного генератора - G= 28 т;
Ожидаемая масса четырехполюсного генератора
2 Выбор обмоточных данных статора
Статор состоит из сердечника и обмотки. Обмотка статора в турбогенераторах обычно трехфазная и соединена в звезду.
Номинальное фазное напряжение В при соединении обмотки в звезду
где U1Н – номинальное линейное напряжение В;
Номинальный фазный ток А
где m – число фаз обмотки статора турбогенератора (равно трем);
Число параллельных ветвей a принимается a=1.
В проектируемом турбогенераторе мощностью 25 МВт применяется стержневая петлевая двухслойная обмотка. В стержневой петлевой двухслойной обмотке число эффективных проводников в пазу uП1=2.
Объем тока в пазу статора А
Предварительно пазовое деление статора м
Предварительное число пазов (зубцов) статора
Число пазов в симметричной обмотке принимается Z1=96. Тогда число пазов на полюс и фазу
После этого уточняется пазовое деление статора м
Отношение немагнитного зазора к пазовому делению
dt1 = 14247=057 > 05.
Уточненная линейная нагрузка
Данное значение отличается менее чем на 10% от принятого
Число последовательно соединенных витков фазы статора
Полюсное деление выраженное в пазовых делениях
Шаг обмотки (расстояние между началом и концом одной секции) выполняется укороченный т.е. y t. Укорочение шага позволяет уменьшить в кривой ЭДС амплитуды пятой и седьмой гармоник. Принимается укорочение шага b = 083 тогда шаг обмотки по пазам
y =b×t =083×24 = 1992.
Полученное значение шага y округляется до ближайшего целого числа y=20 и определяется действительное значение укорочения шага
Первый частичный шаг y1 (1-21) и обмоточный коэффициент равен
Число последовательно соединенных витков в фазе
Принимаем предварительную ширину паза статора
bп1 =045t=045×247=1112мм.
Двусторонняя толщина изоляции по ширине паза при напряжении 63кВ
Предварительная ширина проводника при двух проводниках по ширине паза
bмп1=(bп1 –dШ)2-D =(1112-62)2-03=22мм
Примем стандартное значение bм1 = 40мм при a=14 qЭ=5585мм2
Окончательная ширина паза
b1 =2×( bм1 +D)+dШ = 2×(40+03)+62=148мм
Принимаем предварительно плотность тока
Требуемая площадь поперечного сечения стержня
Число элементарных проводников в стержне
Полученное число округляем до ближайшего четного - mЭ =14
При этом сечение стержня mЭ× qЭ=14×5585=8375
И окончательно плотность тока
Суммарная толщина изоляции по высоте паза для напряжения 63кВ составляет hi =211мм. Высоту клина принимаем hк =17мм место на транспозицию проводников hтр = a+D=14+03=17мм.
Тогда высота паза статора
h1 =2 hтр +[( a+D)× (1+mЭ 2)]× mЭ + hi + hк
h1= 2×17+ [(14+03)×(1+3)]×6+211+17=823 мм
Далее проверяем отношения высоты паза к его ширине
Отношение высоты паза к его диаметру
Данные отношения находятся в допустимых пределах.
Сечение паза статора изображено на рисунке 2. Спецификация паза приведена в таблице 1.
Таблица 1 – Спецификация паза статора
Прокладка на дно паза
Прокладка между полустержнями
Полупроводящее покрытие
Проводник изолированный
Прокладка между стержнями
Магнитный поток в зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении Вб
Для сердечника статора применяется холоднокатаная электротехническая сталь марки 3413 толщиной 05 мм. Направление проката – вдоль магнитных линий в зубцах.
Допустимая магнитная индукция в коронке зубца статора при холостом ходе Тл
Требуемая площадь сечения зубцов статора для получения заданной индукции
Q=Ф BZ1=055417 =0326
Сечение зубцов статора
= +23 =755+23×823=815мм
Эффективная длина стали
Принимаем l1П =18 м что близко к полученному ранее.
Сердечник статора по длине разбивается на отдельные пакеты разделенные между собой вентиляционными каналами. Длина вентиляционных каналов и пакетов стали принимается lПАК = 50 мм а радиальные вентиляционные каналы между ними – длиной bК =5 мм.
Число пакетов в сердечнике статора
nП =18(005+0005)=327
Число nП округляется до ближайшего целого т.е. nП =33.
lC =(nП –2)× lПАК+2× lПАК.КР
где длина крайних пакетов
lC=(33 –2)×005+2× 0025=16 м.
Полная длина сердечника статора с учетом вентиляционных каналов
l1=16+0005×(33 –1)=176 м.
Допустимая магнитная индукция в спинке зубца статора при холостом ходе Тл
Q=Ф BZ1=055414 =0396
Внешний диаметр сердечника статора
Dа=755+2×(90+ 115)=1165 мм.
Длина лобовой части стержня
ls=25D1p=25×7552=944 мм
Длина витка обмотки статора
Lw1=2×( ls+ l1)=2×(944+1760)=4464 мм
Сопротивление постоянному току обмотки статора при рабочей температуре:
Относительное значение индуктивного сопротивления пазового рассеяния:
где 0=4×10-7 Вб×м) – магнитная проницаемость вакуума;
k=087-коэффициент учитывающий уменьшение пазового расстояния.
Амплитуда н.с. статора на полюс:
Магнитный поток при холостом ходе
Относительное сопротивление лобового рассеяния:
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора в относительных единицах:
Индуктивное сопротивление Потье в о.е.
Синхронное индуктивное сопротивление взаимоиндукции (определяется по графику) хаd* = 23
Рассчитаем величину воздушного зазора:
коэффициент воздушного зазора
Рассчитанное значение воздушного зазора турбогенератора примерно совпадает с ориентировочной величиной.
I.Основные размеры и обмоточные данные ротора
1 Основные размеры зубцово-пазовой зоны
Для выбора обмоточных данных ротора воспользуемся номограммой по D2П = 500мм исходного двухполюсного генератора и найденного для
D2П = 500мм напряжения в зубцах ротора s=100 МПа
bП2bZ2 = 34 h2= 87мм S q2= 65× мм² и Z2 ×b2= 200мм
Увеличим величины с учетом зависимости
S q2= √2×65×=92× мм² Z2 ×b2= √2×200=283мм
2 Расчёт обмотки ротора
Принимаем ширину меди bм2=195мм двусторонняя толщина изоляции по ширине паза - 28мм тогда ширина паза:
bП2 =bм2 +2bа=195+2×28=251мм
Z2= 20074=2703 – принимаем Z2=28 при γ=0667 Z2=28×0667=187 принимаем Z2=20 тогда γ=08 kоб2 =0763
М.д.с. реакции якоря
М.д.с. короткого замыкания статора приведенная к обмотке ротора
=(105÷115) kоб2=(105÷115)×44770763=6161÷6747А
Номинальная М.д.с. возбуждения
=×√(12+о.к.з.(о.к.з.+2sinj))=9796÷10728A
Ожидаемая плотность тока
По принятой ширине меди bм2=195мм высота меди ам2=353мм сечение q=6797мм2. по высоте принимаем два проводника в одном витке катушки.
Высоту клина принимаем hк2=20мм
Сечение паза ротора изображено на рисунке 3. Его спецификация в таблице 2.
Таблица 2 - Спецификация паза ротора
Подклиновая прокладка
При принятых размерах место для размещения меди
H=h2-(hк2+hм)=87-(20+5)=62
Возможное число витков:
Число витков обмотки возбуждения
Окончательная высота паза ротора
h2 =2aм2 sП2 +( sП2 -1)h21+ h23+ hк2+ hм
h2 =2×353×8+(8-1)×03+05+20+5=8388мм
Минимальная ширина зубца
Минимальная ширина зубца значительно больше допустимой поэтому для уменьшения потерь в обмотке возбуждения принимаем S2 =10 тогда
Предварительно номинальный ток
I2H = (9796÷10728A)25 = 3918÷429 А.
Допустимая индукция в зубцах ротора BZ02=20 Тл
Необходимое сечение зубцов ротора
Q=115 Фо BZ02=115×055420 =0319 м²
Определим диаметр на расстоянии 02 h2 считая от дна паза
DZ(02)=727 – 16×988 =568 мм
Необходимая длина ротора
Принимаем l2 = l1 =18 м
Длина лобовой части обмотки ротора
lлоб=135D2 p = 135×7272 = 491 мм
Средняя длина витка обмотки ротора
Lм2=2×( l2+ lлоб)= 2×(1800+491) = 4582 мм
Принимаем относительное сечение канала в витке обмотки ротора
qк2qв2 = 0.18 где qв2 =2 qв2 - сечение витка обмотки ротора.
Расчетное сечение меди
qа2= qв× (1- qк2qв2 ) =2×6797×(1-018)=111 мм
Сопротивление обмотки ротора при рабочей температуре:
При повышенной температуре
Относительная высота паза ротора
Относительная площадь пазовых делений ротора
III.Расчет магнитной цепи
Магнитный расчет проводится по двум сечениям. Одно расчетное сечение принимают на 02 глубины паза от его дна второе расчетное сечение – на 07 глубины паза от его дна. Данные по расчету сведем в таблицу.
Таблица 3 – Расчет точки холостого хода при номинальном напряжении
(727+14)*(1800+2*14)2
(667722-251*323)*1800
+148*148(247*(5*14+148)-148*148)
+594*594(815*(5*14+594)-594*594)*06672
+5*5((50+5)*(5*33+5)-5*5)
рифление ротора не предусмортрено
(823+1187)*1800(1187*1800)-1
(727-8388)2*sin(3148)
*180020*(678(2*594)+25594)100000000
1 Расчёт характеристики холостого хода
Таблица 4 - Результаты расчета характеристики холостого хода
По данным таблицы строится характеристика холостого хода в относительных единицах ( диаграмма Потье) – рисунок 4.
Рисунок 4 – Характеристика холостого хода (диаграмма Потье)
IV.Расчет потерь и к.п.д.
Данные по расчету сведем в таблицу.
Таблица 5 – Расчет потерь и к.п.д.
*0818²*0755³*18(2√2)
+0107*(2*4148)²(2*14)²*14²*14²
*28*28*0755*0755*184
(400*400**124*0036+400*2)1000
*314*727*727*1800*7854000000
5*√(8207*186*05(155*2000)*155²*05²1000000
3*0727²*0727²*(18+025)8
(1-254(2500+254))*100
Список использованных источников
Макаричев Ю.А. Методическое пособие - Проектирование турбогенераторов
Макаричев Ю.А. Овсянников В.Н. Синхронные машины.Учебное пособие. Самара Самар.гос.техн.ун-т 2010.- 156с.
Тамоян Г.С. Учебное пособие по курсу Электрические машины Проектирование турбогенераторов.
Хуторецкий Г.М. Токов М.И. Толвинская Е.В. Проектирование турбогенераторовЛ: Энергоатомиздат 1987. - 256с.

Диагр.dwg