Турбогенератор ТВВ-200

КПД ТГ.doc

Таблица №5: Зависимость КПД от нагрузки
Зависимость КПД от нагрузки представлена на рис.5.

Паз ротора ТГ.doc

Таблица № 2: Выкладка паза ротора
Прокладка между витками
Прокладка на дне паза

Паз статора ТГ.doc

Таблица №1: Выкладка паза статора
Медь(6 групп + транспозиция)
Изоляция между полустержнями
Полупроводящее покрытие
Два стержня (по высоте)
Прокладка на дне паза
Прокладка между стержнями

тит лист ТГ.doc

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
Электромеханический факультет
Кафедра электрических машин
Пояснительная записка к курсовому проекту.
Турбогенератор ТВВ - 240.
Преподаватель: Егорова Т.И.

ХХХТГ.doc

Таблица №3: Расчет характеристики холостого хода
Характеристика холостого хода U = f(i0) и диаграмма Потье представлена на рис.3.
На основании дополнительных построений рассчитана регулировочная характеристика
iв = f(I) представленная на рис.4.
Таблица №4: Регулировочная характеристика

TVV200viev.dwg

valtg.dwg

статор.dwg

5.dwg

Масса наплавленного металла
- полупроводящие покрытие
- изоляция от корпуса
- выравнивающая масса
- прокладка между стержнями
- прокладка под клин
Паз статора турбогенератора
- прокладка между витками
- прокладка на дне паза

Курсовик ТГ.doc

Целью данного курсового проекта является расчет турбогенератора со следующими номинальными данными:
Соединение обмоток: Y
Определение основных размеров и электромагнитных нагрузок
Номинальная кажущаяся мощность:
Рекомендуемая система охлаждения: непосредственное охлаждение обмотки ротора водородом а статора – водой (ТВВ)
При частоте сети 50 Гц двухполюсный ТГ с Рн = 200 МВт по ГОСТ 533-85 имеет n = 3000 обмин
Отношение короткого замыкания
Коэффициент полезного действия
Диаметр расточки статора
Нормализованное значение: D2 = 1000 мм
Предварительное значение машинной постоянной Арнольда
СА = 8×1010 мм3(мин×МВ×А)
Предварительное значение длины статора:
Предварительное значение длины бочки ротора: l2 = l1
Предварительное значение линейной нагрузки
Предварительное значение индукции в зазоре
Предварительное значение полюсного деления:
Предварительное значение воздушного зазора:
По рис. 3-7: d = 83 мм
Окончательное значение: d = 95 мм
Окончательные значения диаметра расточки статора и полюсного деления:
D1 = D2 + 2×d = 1000 + 2×95 = 1190 мм
Отношение длины активной стали к диаметру:
Полученное значение l1 соответствует расходу меди на обмотку статора близкому к минимальному и следовательно приемлемо.
Отношение длины бочки ротора к диаметру:
Ожидаемые критические частоты:
nк1 = 1200 обминnк2 = 4100 обмин
Значение махового момента:
Общая масса: G = 300 т
Для оценки индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора принимаем отношение h1D1 = 0.2 и наиболее благоприятный шаг обмотки статора b = 0.833.
Для отношения А1Вd = 1450(0.86×104) х1 » 15%.
Сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси %.
Выбор обмоточных данных статора
Принимаем число параллельных ветвей а=2 и число активных проводников в пазу sп1=2. Обмотку принимаем стержневую петлевую.
Предварительный зубцовый шаг по расточке статора:
Предварительное число пазов статора:
Окончательное значение Z1 = 60
Число пазов на полюс и фазу:
Окончательные значения зубцового шага и линейной нагрузки:
Относительный шаг b=0.833.
При этом первый частичный шаг y будет 1-26 и обмоточный коэффициент kоб1=0.923.
Число последовательно соединенных витков в фазе:
Предварительная ширина паза статора:
Двухсторонняя толщина изоляции по ширине паза при напряжении 15.75 кВ 2bi=11.4 мм.
Предварительная ширина элементарного проводника при двух проводниках по ширине паза (n1=2):
Di=0.3 – двухсторонняя толщина собственной изоляции проводника
Окончательная ширина паза:
Предварительная плотность тока:
Требуемое сечение стержня:
Ориентировочное значение коэффициента вытеснения тока и значение . Вспомогательная функция y = 1.6.
Предварительная высота полого проводника:
Окончательно ам.п. = 5.0 мм.
Площадь сечения элементарного полого проводника мм2.
Предварительная высота сплошного проводника:
Принимаем ам.с. = 2 мм.
Площадь сечения проводника
Площадь сечения меди одной группы:
Требуемое число групп в стержне:
Принимаем mг = 10. При этом площадь сечения стержня:
Окончательная плотность тока:
Суммарная толщина изоляции по высоте паза для напряжения 15.75 кВ составляет hi = 31.5 мм.
Высота клина hк = 25 мм место на транспозицию проводников мм.
Высота паза статора:
Выкладка паза статора
Медь (по высоте 5 групп + транспозиция)
Изоляция между полустержнями
Полупроводящее покрытие
Два стержня по высоте
Прокладка на дне паза
Прокладка между стержнями
Магнитный поток в зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении:
Полная длина сердечника статора:
Принимаем ширину пакета и каналов:
bp = 60 мм bк = 10 мм
Число вентиляционных каналов:
Длина активной стали без каналов:
Эффективная длина стали:
Принимаем холоднокатаную электрическую сталь марки 3413 толщиной 0.5 мм. Направление проката – вдоль магнитных линий в спинке статора.
Требуемая площадь сечения спинки статора:
Принимаем ha1 = 450 мм.
Внешний диаметр сердечника статора:
Длина лобовой части стержня:
Длина витка обмотки статора:
Сопротивление обмотки статора постоянному току
Вентиляционную систему принимаем одноструйной схему охлаждения обмотки статора водой – два стержня последовательно.
Проверка вибрационного состояния сердечника статора
Число периодов деформации сердечника:
Средний диаметр спинки статора:
Масса меди обмотки статора:
gм = 8.9×10-6 кгмм3 – плотность меди
Масса спинки сердечника статора:
gэ = 7.6×103 – плотность электротехнической стали
Площадь пазов статора:
Площадь зубцов статора:
Масса зубцов сердечника статора:
Отношение массы собранного сердечника к массе спинки:
Величина характеризующая изгибную жесткость сердечника:
Собственная частота колебаний сердечника статора:
Ес = 13×104 МПа – модуль упругости сердечника вдоль проката
Динамический коэффициент:
Полученное значение не превышает допустимого.
Выбор обмоточных данных ротора
Ожидаемые напряжения в роторе:
для диаметра D2 = 1000 мм напряжение в зубцах sz = 240 МПа в бандажном кольце sб = 480 МПа.
Для D2 = 1000 мм и sz = 240 МПа:
h2 = 152 мм – высота паза ротора
мм2 – площадь пазовых делений
s0 = 250 МПа – допустимое напряжение в корне зуба
- отношение ширины паза к ширине зубца в корне
мм – произведение числа пазовых делений и ширины зубца в корне
Выбираем медь шириной bм2 = 28 мм.
Двухсторонняя ширина изоляции:
Ширина зубца в корне:
Число пазовых делений:
Предварительно принимаем отношение числа пазов к числу пазовых делений g = 0.667; тогда число пазов ротора:
Окончательные значения:
g = 0.667;kоб2 = 0.828;Z2 = 32
М.д.с. реакции якоря по прямоугольной волне на один полюс:
М.д.с. короткого замыкания статора приведенная к обмотке ротора:
Номинальная м.д.с. возбуждения:
Ожидаемая плотность тока:
k3 = 0.43 – коэффициент заполнения паза ротора для обмотки с непосредственным охлаждением
По сортаменту меди для принятой ширины меди bм2=28 мм может быть принята медь высотой ам2=7 мм с сечением q’в2=190.6 мм2 и ам2=5 мм с сечением q’в2=134.6 мм2.
Принимаем высоту клина hк2=34 мм и толщину подклиновой прокладки hm=10 мм. Материал клина – дюралюминий.
Для размещения меди в пазу остается высота:
При этом возможное число витков в катушке:
h12 = 1 мм – изоляция между витками катушки
Число витков обмотки возбуждения:
Окончательная высота паза ротора:
h23 = 0.5 мм – толщина прокладки на дне паза
Окончательная минимальная ширина зубца:
Номинальный предварительный ток возбуждения:
Индукция в спинке ротора: Ва2 = 1.6 Тл
Необходимое сечение спинки ротора для получения принятой индукции:
Диаметр центрального отверстия:
Необходимая длина бочки ротора:
Средняя длина лобовой части обмотки ротора на одну сторону:
Средняя длина витка обмотки ротора:
Принимаем относительное сечение канала в витке обмотки ротора qк2qв2 = 0.2 где qв2 = 2×q’в2 – сечение витка обмотки ротора.
Расчетное сечение меди:
Сопротивление обмотки ротора
Напряжение возбуждения в номинальном режиме:
Выкладка паза ротора
Прокладка между витками
Изоляция от корпуса (гильза)
Относительная высота паза ротора:
Относительная площадь пазовых делений ротора:
Ожидаемые механические напряжения в корне зубца для b2 = 0.145 и S0 = 0.299
Электромагнитный расчет
Расчет точки холостого хода при номинальном напряжении
Диаметр сечения статора на высоте одной трети зубца от расточки статора:
Диаметр сечения на расстоянии 0.2 глубины паза считая от его дна:
Диаметр сечения на расстоянии 0.7 глубины паза:
Ширина зубца на высоте 13 зубца от расточки статора:
Проекция обмотанной части ротора на поперечную ось Ssina: Ssina = 7.64
Площадь спинки сердечника статора:
Сечение зубцов статора:
q – число пазов на полюс и фазу
Сечения ротора по зубцам:
Сечение спинки ротора:
На основании расчетов центральное отверстие заполнено магнитным материалом.
Коэффициент зазора определяемый зубчатостью:
Коэффициент для ротора:
Коэффициент учитывающий наличие вентиляционных каналов статора:
Рифление бочки ротора не предусмотрено.
Суммарный коэффициент зазора:
Коэффициент ответвления:
Коэффициент ответвления потока в паз:
Поправочный коэффициент к индукции в спинке статора:
Индукция в ярме статора:
Индукция в зубцах статора:
Напряженность магнитного поля в спинке статора:
Расчетная длина силовых линий в ярме статора:
М.д.с. на зубцы статора:
М.д.с. необходимая для определения потока рассеяния (переходная м.д.с.):
Высота меди и межвитковых прокладок в пазу ротора:
Проводимость потока рассеяния зубцовой зоны проходящего поперек пазов:
Поток рассеяния ротора:
Полный поток в роторе при холостом ходе:
Индукция в зубцах ротора и ярме:
М.д.с. на зубцы и ярмо ротора:
М.д.с. ротора при холостом ходе:
Ток холостого хода при номинальном напряжении:
Ток холостого хода соответствующий м.д.с. на зазор при номинальном напряжении:
Коэффициент насыщения магнитной цепи при холостом ходе и номинальном напряжении:
Расчет характеристики холостого хода
Расчет тока возбуждения в номинальном режиме
h3 – толщина прокладки под клин
hic – односторонняя толщина изоляции
Индуктивное сопротивление рассеяния пазовой части обмотки при соединении фаз в звезду:
Индуктивное сопротивление лобового рассеяния обмотки:
Сопротивление рассеяния статорной обмотки:
Индуктивное сопротивление Потье:
Ток возбуждения эквивалентный реакции якоря:
Номинальный ток возбуждения при нагрузке:
Плотность тока ротора:
Напряжение возбуждения ротора при номинальном токе возбуждения в горячем состоянии:
Ток возбуждения соответствующий номинальному току статора при установившемся трехфазном коротком замыкании:
Отношение короткого замыкания:
Статическая перегружаемость:
Повышение напряжения:
На основании дополнительных построений рассчитана регулировочная характеристика iв = f(IIн)
Весовые характеристики
Масса меди обмотки ротора:
Удельный расход материалов:
электротехнической стали:
что соответствует рекомендациям.
Машинная постоянная Арнольда:
Расчет индуктивных сопротивлений и постоянных времени
Индуктивное сопротивление реакции якорядля ненасыщенной машины:
Продольное синхронное индуктивное сопротивление:
Коэффициент магнитной проводимости определенный по потокосцеплению:
Коэффициент рассеяния обмотки возбуждения:
Полное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения:
Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси:
Сверхпереходное сопротивление по продольной оси:
Приближенное сверхпереходное сопротивление по поперечной оси:
h7 = 5.0 мм – прокладка между стержнями
Индуктивное сопротивление для токов нулевого следования фаз при соединении фаз в звезду:
Постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора:
Увеличение постоянной времени при разомкнутой обмотке статора за счет демпферной клетки:
Постоянная переходной составляющей тока при трехфазном коротком замыкании обмотки статора:
Постоянная времени для сверхпереходной составляющей тока:
Апериодическая составляющая тока статора:
Сверхпереходный ток при трехфазном коротком замыкании:
Переходный ток при трехфазном коротком замыкании:
Установившийся ток при трехфазном коротком замыкании:
Ток внезапного двухфазного короткого замыкания:
Ток внезапного однофазного короткого замыкания:
Номинальный вращающий момент:
Амплитуда пульсирующего с основной частотой момента при трехфазном коротком замыкании:
При двухфазном коротком замыкании будет иметь место момент пульсирующий с основной частотой:
Момент пульсирующий с двойной частотой при двухфазном коротком замыкании:
Расчет потерь и к.п.д.
Потери в спинке холостого хода:
q0 – удельные потери
Потери в зубцах холостого хода:
Добавочные потери холостого хода:
Сумма потерь холостого хода:
Омические потери в меди проводников статора всех трех фаз в режиме короткого замыкания:
Число сплошных проводников по высоте паза:
Число сплошных проводников по высоте в реальном стержне:
Средний коэффициент вытеснения тока при частоте 50 Гц для паза:
Коэффициент вытеснения тока для паза с двумя стержнями набранными из полых проводников:
Коэффициент добавочных потерь (коэффициент Фильда):
Добавочные потери в меди проводников обмотки статора:
Дополнительные потери вызванными полями рассеяния:
Добавочные потери в активной зоне машины:
Суммарные потери короткого замыкания:
Потери на возбуждение:
Потери на возбуждение в случае непосредственно присоединенного к валу возбудителя турбогенератора:
Среднее давление в подшипнике:
lц = 405.8 ммdц = 338.16 мм
Потери в двух подшипниках:
Потери на трение бочки ротора и бандажей о воздух:
Потери на трение при давлении водорода в корпусе в Н раз выше атмосферного:
При непосредственном охлаждении обмотки ротора водородом Н=4.
Если обмотка статора охлаждается водой то отводимые газом потери:
- удельная объемная теплоемкость
Напор вентилятора при водородном охлаждении:
Потери на вентиляцию:
Сумма механических потерь для машины с водородным охлаждением:
Сумма потерь при номинальной нагрузке:
Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке:
Зависимость к.п.д. от нагрузки
Принята одноструйная система вентиляции с числом горячих струй nc=1. По воде соединяются два стержня последовательно т.е. nвп = Z1 = 60.
Расход газа через один вентиляционный канал:
Средняя скорость газа в зоне спинки:
Da0 – средний диаметр спинки статора
Средняя скорость газа в зубцовой зоне:
Коэффициент теплоотдачи для спинки статора:
Коэффициент теплоотдачи зубцов:
Суммарная поверхность охлаждения сердечника статора:
Средний коэффициент теплоотдачи сердечника в вентиляционном канале:
Потери в сердечнике на длине одного пакета и канала:
Превышение температуры активной стали над температурой холодного газа:
Расход охлаждающей воды в обмотке:
Повышение температуры меди (стержень выполнен из комбинированных проводников):
Ширина канала: bк1 = 5.0 мм
Высота канала: ак1 = 2.0 мм
Число полых проводников по высоте в реальном стержне:
Скорость воды в обмотке статора:
nвп = Z1 – число впусков воды в обмотку
Предварительная длина отсека пазовой части:
Число горячих отсеков:
Окончательное значение:
Окружная скорость ротора при fн=50 Гц:
Расход газа через один отсек и паз:
Сопротивление обмотки возбуждения на длине двух смежных отсеков:
Потери в пазу обмотки возбуждения на длине двух смежных отсеков:
Нагрев газа внутри обмотки:
Коэффициент теплоотдачи в канале:
Площадь поверхности охлаждения каналов в пределах двух смежных отсеков:
Температурный перепад между медью и газом в канале:
Среднее превышение температуры меди обмотки над температурой входящего охлаждающего газа:
По результатам расчетной работы выполненной для турбогенератора ТВВ-200 были получены следующие параметры и величины:
основные размеры: D1=1190 мм D2=1000 мм Dа=2468.2 мм l1=4524.8 мм
А1=1384.5 Ам Bd = 0.86 Тл.
по результатам расчета были найдены следующие номинальные значения двигателя: Sн=235.3 МВ×А Iн=8625.4 А i0=3200 А Mн=0.75×106 Н×м о.к.з.=0.667 h=98.57% при допустимом перегреве 72.3°С.
После выполнения всех необходимых расчетов был выполнен габаритный чертеж двигателя который приложен к данной пояснительной записке.
Характеристика холостого хода диаграмма Потье регулировочная характеристика и зависимость к.п.д. от коэффициента нагрузки турбогенератора представлены на соответствующих графиках.
По результатам расчетов можно сделать вывод что параметры и показатели данного двигателя не хуже чем у его аналога.