Тема 2.1 Эксплуатация генераторов и синхронных компенсаторов

«Особенности конструктивного выполнения турбогенераторов»

В турбогенераторах с водородным охлаждением корпус газоплотный и должен выдерживать гидравлическое испытание давлением воды, превышающим номинальное давление водорода в генераторе на 0,5 МПа в течении 30 минут. Его торцевые щиты должны быть не только газоплотными, но и иметь достаточную жесткость. У машин мощно­стью 300 МВт и выше корпус разъемный. Характерный, хотя и не ча­стый вид повреждения корпуса — появление трещин в сварных швах в результате усталости металла от длительной вибрации. В генерато­рах с водородным охлаждением трещины вызовут утечку водорода.

Сердечник турбогенераторов, гидрогенераторов и компенсаторов собирается из листов высоколегированной горячекатаной стали марок 1513, 1514 и холоднокатаной марки 3413 и др. толщиной 0,5 мм. При мощности генераторов выше 100 МВт применяется холоднокатаная сталь, листы

которой располагаются так, чтобы направление магнит­ного потока в спинке сердечника совпадало с направлением прокатки стали. Из листов стали набираются пакеты, а из пакетов — сегменты сердечника. Вентиляционные каналы между пакетами выполняются при помощи распорок (тавриков) из немагнитной стали.

1 — клин; 2 — корпусная изоляция стержня; 3 — сплошной элементарный провод­ник; 4 — полый элементарный проводник; 5 — трубка для газа

Рисунок 17 Сечение стержня статора с косвенным охлаждением (а), с непосредственным охлаждением водородом (б) и непосредственным охлаждением водой (в)

По мере сборки сердечника ведется его опрессовка с созданием давления 1,0—1,7 МПа. Окончательно опрессованный сердечник за­крепляется нажимными кольцами из немагнитной стали и стяжными болтами, пропускаемыми за спинкой сердечника. Под нажимные коль­ца устанавливаются нажимные пальцы из немагнитной стали, создаю­щие опрессовку крайних пакетов в зоне зубцов.

Ослабление прессовки сердечника вызовет вибрацию листов ак­тивной стали, что может привести к повреждению изоляции между ни­ми и появлению вихревых токов, создающих дополнительный нагрев стали. Вибрация листов стали в зубцовой зоне может вызвать истира­ние изоляции стержней обмотки статора или поломку листов и прорезание изоляции отломившейся частью листа. Признаком ослабления прессовки стали является появление на поверхности спинки или в рас­точке сердечника налета ржавчины от контактной коррозии в месте соприкосновения вибрирующих листов.

Обмотки статора выполняются двухслойными корзиночного типа. В каждом пазу укладываются два стержня, принадлежащих двум раз­ным секциям. В этих обмотках применяется непрерывная изоляция прямого участка и лобовых частей стержня наложением микаленты, изготовляемой на асфальтовом масляном лаке. При изолировании стер­жень подвергается многократной компаундировке, заключающейся в сушке его в вакууме при температуре 150—160 °С после наложения нескольких слоев микаленты, и последующей пропитке под давлением компаундом, состоящим почти из чистого битума. При сушке из изо­ляции стержней удаляются влага, Воздух и летучие составляющие ла­ка, а при пропитке под давлением заполняются все поры, что препят­ствует затем проникновению в изоляцию влаги и воздуха.

Микалентная изоляция длительное время являлась основным ви­дом изоляции статорной обмотки турбо- и гидрогенераторов. Однако в связи с ростом единичных мощностей генераторов и увеличением в 1,5—2 раза удельных токовых нагрузок в обмотках стала сказываться ее недостаточная механическая прочность в нагретом состоянии. Поэ­тому в настоящее время для мощных генераторов применяют терморе­активную изоляцию.

В термореактивной изоляции основным изолирующим материалом является стекломикалента, изготовленная из лепестков слюды и под-

ложки из стеклоткани. Связующим элементом служит искусственная термореактивная смола (главным образом эпоксидная), затвердеваю­щая при температуре 150—160° С и не размягчающаяся при повтор­ных нагреваниях. Термореактивная изоляция имеет лучшие электриче­ские характеристики. Механическая прочность новой изоляции зна­чительно выше, что позволяет выполнить более плотную обтяжку стер­жней лентой. Для исключения вредного влияния ионизации между стержнем и пазом поверх изоляции стержни покрываются полупрово­дящей асбестовой лентой.

На рис. 17 показаны сечения стержня статора для различных си­стем охлаждения. Непосредственное охлаждение обмотки статора в генераторах серии ТГВ выполняется путем циркуляции водорода по трубкам из нержавеющей стали, уложенным между двумя рядами элементарных проводников стержня, а в генераторах серии ТВВ — за счет циркуляции воды (дистиллята) по полым проводникам стержня, уложенным вперемежку со сплошными элементарными проводниками. Подвод и отвод воды к стержням статора от кольцеобразных коллек­торов генератора выполняются при помощи эластичных шлангов из фторопласта, обладающих высокой электрической прочностью. В пазах стержни плотно закрепляются клиньями из гетинакса или волокнита.

В крупных генераторах (мощностью 150 МВт и более) соединения стержней выполняются твердым припоем ПСр-15 (15% серебра). Твердая пайка обеспечивает хороший электрический контакт, если даже пропаялось только 50 % контактной поверхности.

Ротор крупного турбогенератора выполняется из цельной поковки хромоникельмолибденовой или хромоникельмолибденованадиевой ста­ли, обладающей весьма высокими механическими свойствами. Ротор турбогенератора меньшей мощности изготовляется из углеродистой стали повышенного качества.

Для укладки обмотки на бочке ротора профрезовываются пазы. По оси полюсов, где пазы отсутствуют, остаются большие зубцы. Жесткость ротора по оси зубцов значительно выше, чем по оси, пер­пендикулярной к ним. Для уменьшения вибрации ротора, возникающей вследствие неодинаковой его жесткости, в больших зубцах выполня­ются продольные пазы, заполняемые магнитными клиньями (генерато­ры серии ТГВ), или поперечные пазы (генераторы серии ТВВ).

Ротор турбогенератора кроме воздействия центробежных сил ис­пытывает большие напряжения от знакопеременных изгибающих сил, так как, несмотря на его вращение, он остается прогнутым вниз. Вы­сока и его тепловая нагрузка. В турбогенераторах 100—150 МВт с по­верхностным охлаждением потери в роторе на 1 м³ активного объема в 1,4—1,5 раза выше соответствующих потерь в статоре. Чтобы выдер­жать большие механические нагрузки, изоляция обмотки ротора долж­на иметь высокую механическую прочность, сохраняющуюся при тем­пературе 130—150 °С.

Для предотвращения деформации от центробежных сил лобовые части обмотки ротора закрепляются роторными бандажами (рис. 18), состоящими из бандажного и центрирующего колец. Бандажное кольцо представляет собой наиболее напряженно работающий узел ротора, так как оно испытывает центробежные усилия не только от собствен­ной массы (около 60 % всей нагрузки), но и от лобовых частей об­мотки ротора, а также усилия, вызванные посадкой с натягом. Поэто­му материал, из которого изготовляются бандажные кольца, должен иметь очень высокие прочностные и пластические свойства. В генера­торах 30 МВт и выше бандажные кольца изготовляются из немагнит­ной высокопрочной хромоникельмарганцевой стали, подвергающейся сложной обработке.

а- жесткая посадка на бочку и вал (две посадки);б—посадка на
полуэластичное центрирующее кольцо и на бочку ротора; в — по­садка только на бочку ротора (консольная)

Рисунок 18 Конструкция ротор­ных бандажей

Роторные бандажи подразделяются на двухпосадочные и однопо-садочные. В бандажах с двумя жесткими посадками на рис. 18, а (од­на — на бочку ротора и вторая — через центрирующее кольцо на вал ротора) носик бандажного кольца из-за прогиба вала ротора при его вращении стремится переместиться относительно бочки ротора. Такие бандажи работают удовлетворительно только в турбогенераторах мощ­ностью не выше 30 МВт, имеющих сравнительно короткие роторы.

В турбогенераторах 50 МВт и выше из-за увеличения длины и прогиба ротора знакопеременные силы, вызывающие перемещение но­сика бандажного кольца, настолько возрастают, что от их длительного воздействия появляются наклепы, трещины и сколы на посадочных ме­стах зубцов бочки ротора и кромок бандажей, ослабляется натяг в посадке, в результате чего в тех же местах появляются ожоги от на­грева токами, возникающими в роторе при несимметричных режимах. В целях уменьшения усилий, действующих на носик бандажа, приме­няют полуэластичные центрирующие кольца с зигзагообразной выточ­кой (рис. 18, б) или с более надежной выточкой в виде диафрагмы. Надежность работы двухпосадочных бандажей повышается установ­кой под носик бандажа изоляционной прокладки из стеклотекстолита.

Посадка с эластичным центрирующим кольцом и изоляционной прокладкой под носиком бандажа, применяемая в турбогенераторах серии ТВФ, обеспечивает надежную работу бандажного узла в роторах, масса которых не превышает 50 т.

В турбогенераторах серии ТГВ применяются бандажи с одной по­садкой на бочку ротора — консольные (рис. 18, в). Центрирующее кольцо в этом бандаже служит только для опоры обмотки ротора в осевом направлении и с валом не соприкасается, благодаря чему полностью исключаются нежелательные воздействия на посадочные места бандажа от прогиба вала ротора. От смещения в осевом направлении бандажное кольцо удерживается кольцеобразной шпонкой.

На бочке ротора бандажи удерживаются при помощи специальной гайки, навинчиваемой на кромку бандажа. На бочке ротора эта гайка закреплена при помощи кольцеобразной шпонки. При номинальной частоте вращения вит­ки обмотки ротора турбогенератора прижи­маются центробежной силой к клиньям и друг другу настолько сильно, что возникаю­щие между ними силы трения защемляют витки и не позволяют им удлиняться от на­грева при нагрузке. В результате в витках возникают силы сжатия. Если напряжение от сил сжатия превысит предел текучести меди, то после снятия нагрузки и остывания обмотки в витках появится остаточная де­формация — они укоротятся. Наибольший нагрев имеют витки, лежащие внизу паза. От многократного нагрева и остывания они и укоротятся на большую величину (рис. 19). Деформация витков мо­жет привести к их замыканию, а в худшем случае и к разрушению мели проводников. Поэтому у крупных турбогенераторов обмотка ротора из­готовляется из меди с присадкой серебра (0,07—0,15 %), обладающей повышенной прочностью.

Рисунок 19 Укорочение вит­ков в лобовой части

«Особенности конструктивного выполнения гидрогенераторов и синхронных компенсаторов»

Гидрогенераторы средней (25—125 МВт) и большой (150 МВт и более) мощности выполняются с вертикальным расположением вала, а гидрогенераторы небольшой мощности (менее 25 МВт) — с горизонтальным.

В зависимости от напора воды, определяемого высотой плотины, гидрогенераторы имеют различные частоты вращения: до 100 об/мин (тихоходные), 100—200 об/мин (среднеходные) и свыше 200 об/мин (быстроходные). Из-за сравнительно небольшой частоты вращения раз­меры и масса гидрогенераторов в несколько раз больше, чем у таких же по мощности турбогенераторов. Наивыгоднейшая номинальная мощность гидротурбин зависит от напора и расхода воды в створе ре­ки. Поэтому гидрогенераторы для каждой ГЭС выполняются по инди­видуальному заказу.

Вал ротора вертикального гидрогенератора вращается в направля­ющих подшипниках и, кроме того, опирается на упорный подшипник, называемый подпятником. Подпятник воспринимает осевую нагрузку, достигающую в мощных машинах нескольких тысяч тонн, от массы ро­торов генератора и гидротурбины, а также от реакции воды, проходя­щей через рабочее колесо турбины. Если подпятник установлен на верхней крестовине генератора, то исполнение гидрогенератора назы­вается подвесным (рис. 20, а), а если на нижней крестовине, то зон­тичным (рис. 20, б). Для мощных гидрогенераторов применяется зон­тичное исполнение, позволяющее снизить массу и высоту агрегата и высоту ГЭС.

а — подвесное; б — зонтичное; 1 — возбудитель; 2 — верхний направляющий под­шипник; 3 — подпятник; 4 — верхняя крестовина; 5 — ротор; 6 — нижний направ­ляющий подшипник; 7 — нижняя крестовина

Рисунок 20 Исполнение гидрогенераторов

Статор гидрогенератора. При наружном диаметре гидрогенератора более 4 м его корпус и сердечник статора по условию перевозки вы­полняют разъемными (из отдельных сегментов). Обмотка статора крупных гидрогенераторов — двухслойная, стержневая, а у небольших — катушечная. При водяном охлаждении целесообразно применение однослойной обмотки статора. При этом за счет исключения изоляции между верхним и нижним стержнями уменьшается на 20 % высота па­за, повышается стойкость обмотки к воздействию токов КЗ и сокра­щается число выводов для подачи и отвода воды. Сердечник и изоля­ция статорной обмотки для гидрогенераторов и турбогенераторов оди­наковы.

Ротор гидрогенератора в отличие от ротора турбогенератора явно-полюсный (рис. 21). Он состоит из пустотелого вала 1, дискового или спицевого остова 2 и сборного обода 3 с укрепленными на нем полю­сами и катушками обмотки возбуждения 4, Остовы при диаметрах ро­тора до 4 м — дисковые неразъемные, 4—8 м — дисковые разъемные

и свыше 8м- спицевые разборные. Обод, являющийся частью сердечника, набран из стальных пластин, скрепленных большим числом стяжных шпилек. Для обеспечения жесткости обод насаживается на остов в нагретом состоянии и расклинивается шпонками

Рисунок 21 Ротор гидрогене­ратора со спицевым осто­вом

Сердечники полюсов набраны из стальных пластин, уложенных между двумя коваными башмаками и опрессованных стяжными шпильками, или выполнены массивными из стальных поковок. К ободу они крепятся при помощи Т-образных хвостов с дополнительной раскли-новкой стальными клиньями. Катушки обмотки возбуждения выполня­ются из полосовой меди. Витковая изоляция катушек обмотки возбуж­дения выполняется из миканита (изоляция класса В), а главная (кор­пусная) — из асбеста и микафолия. В крупных гидрогенераторах витки катушек изолируются термореактивной изоляцией, а корпусная изоля­ция выполняется из асботекстолита.

В наконечниках полюсов большинства гидрогенераторов уклады­вается успокоительная обмотка из латунных стержней, соединенных между собой накоротко медными или латунными шинами.

Синхронные компенсаторы изготовляются с явнополюсными рото­рами на 1000 и 750 об/мин с номинальными мощностями 10—160 MB-А. Компенсаторы с неявнополюсными роторами из-за большей сто­имости и больших потерь не получили распространения. Расположение роторов у всех синхронных компенсаторов горизонтальное.

Синхронные компенсаторы имеют пусковую обмотку из стержней, уложенных в полузакрытые пазы на полюсах ротора (рис. 22) и зам­кнутых по торцам полюсов накоротко латунными или медными сегментами. Сегменты соседних полюсов соединяются шинами и образуют общее короткозамыкающее кольцо.

а- внешний вид ротора; б - разрез по­люса ротора; 1-сердечник; 2 - катушка обмотки возбуждения; 3 — пусковая об­мотка

Рисунок 22 Ротор синхронного компен­сатора КСВ

«Системы охлаждения»

Системы охлаждения, применяемые в электрических ма­шинах для поддержания температуры меди обмоток и ак­тивной стали в допустимых пределах, подразделяются на косвенные (или поверхностные) и непосредственные (или внутрипроводниковые). Некоторые машины имеют смешан­ную систему охлаждения.

По конструктивному исполнению системы охлаждения подразделяются в свою очередь на радиально-многоструй-ные, радиально-вытяжные (одноструйные), аксиальные и аксиально-радиальные.

При любой системе охлаждения температура активных частей машины превышает температуру охлаждающей сре­ды. Но чем эффективнее система охлаждения, тем это пре­вышение меньше и тем большую нагрузку может допустить машина при тех же размерах без превышения предельно допустимой температуры активных частей.

При косвенной системе охлаждения теплота от меди об­моток отдается охлаждающей среде не непосредственно, а через изоляцию обмоток и активную сталь. Косвенная си­стема охлаждения характеризуется сравнительно высоки­ми значениями превышения температуры меди над темпе­ратурой охлаждающей среды, так как теплопередача про­исходит последовательно от меди к изоляции, от изоляции к активной стали, от стали к охлаждающей среде. В кос­венных системах в качестве охлаждающей среды использу­ется воздух или водород.

Косвенные воздушные системы охлаждения делятся на проточные и замкнутые. В проточной системе охлаждающий воздух, забираемый в машину из помещения или извне, проходит через машину и выбрасывается наружу.

В турбогенераторах мощностью более 2,5 МВт и в гид­рогенераторах мощностью более 10—12 МВт воздушное ох­лаждение выполняется по замкнутой системе. При этой си­стеме воздух, отобравший теплоту от обмоток и других элементов, поступает в воздухоохладитель, где отдает теп­лоту воде, проходящей по трубкам, и затем, охлажденный, вновь направляется в машину. С воздушным охлаждением изготовляются, как правило, турбогенераторы мощностью до 12 МВт, а синхронные компенсаторы— до 15 MB-А включительно.

Начиная с мощности 30 МВт для турбогенераторов и 37,5 MB-А для синхронных компенсаторов применяется косвенная водородная система охлаждения. В гидрогенера­торах ввиду сложности создания надежного уплотнения машины из-за больших радиальных размеров водород для охлаждения не применяется. Водородное охлаждение по сравнению с воздушным имеет ряд преимуществ. Допусти­мая мощность при тех же размерах турбогенератора и дав­лении водорода в корпусе 0,005 МПа (здесь и далее — из­быточном) повышается на 15—20 %, а при давлении 0,2 МПа даже на 35 % и для синхронных компенсаторов на 30%, так как коэффициент теплоотдачи от поверхности к газу выше, чем для воздуха: для водорода в 1,51 раза, а для его смеси с 3% воздуха — в 1,35 раза. Теплопровод­ность водорода в 7 раз превышает теплопроводность возду­ха. При сохранении мощности на прежнем уровне эконо­мится 15—30% активных материалов, необходимых для изготовления машины. Потери в машине на вентиляцию и трение ротора о газ уменьшаются в 10 раз, так как плот­ность чистого водорода в 14,3 раза, а в смеси с 3 % возду­ха (при давлении 0,005 МПа) — в 10 раз меньше плотности воздуха. Это позволяет повысить КПД машины примерно на 0,7—1 %. Кроме того, в среде водорода изоляция обмо­ток работает более надежно и долговечно. Уменьшается опасность развития пожара в машине при ее повреждении, так как водород не поддерживает горения.

Вместе с тем водородное охлаждение в обслуживании сложнее, чем воздушное. При содержании водорода в сме­си с воздухом от 4 до 75 % (по объему), а в присутствии масляных паров от 3,3 до 81,5 % образуется взрывоопасная смесь. Поэтому во избежание попадания воздуха в маши­ну и образования взрывоопасной смеси давление водорода в ней приходится постоянно поддерживать выше атмосфер­ного. Следовательно, корпус машины должен быть газо­плотным. Приходится устанавливать уплотнения для пре­дотвращения утечки водорода в местах прохода вала рото­ра через торцевые щиты и маслосистему для них.

При косвенной системе охлаждения допустимая по на­греву мощность турбогенератора заметно увеличивается при повышении давления водорода до 0,2 МПа. Повышение давления водорода сверх 0,2 МПа при этом малоэффектив­но, так как 50—60 % перепада температуры между медью и газом приходится на изоляцию, а тепловое сопротивле­ние ее при повышении давления водорода сверх 0,2 МПа практически не снижается.

При непосредственной системе охлаждения теплота от меди обмоток отбирается охлаждающей средой, непосред­ственно соприкасающейся с медью.

В качестве охлаждающей среды используется водород, вода или масло, а в некоторых случаях и воздух. Превышение температуры меди над температурой охлаждающей среды получается минимальным. В сравнении с воздушным охлаждением при одних и тех же габаритах генераторов их мощность увеличивается при непосредственном охлажде­нии: обмоток статора и ротора водородом — в 2,7 раза; об­мотки статора маслом и обмотки ротора водой — в 3,6 ра­за, обмоток статора и ротора водой — в 4 раза.

Поскольку при непосредственном охлаждении превыше­ние температуры меди обмоток состоит лишь из двух со­ставляющих — превышения между поверхностью меди и ох­лаждающей средой и превышения в охлаждающей среде, а значение этих превышений с увеличением давления водо­рода понижается, то в машинах с непосредственным водо­родным охлаждением оказывается целесообразным иметь давление водорода равным 0,3—0,4 МПа.

Непосредственное водородное охлаждение обмотки ро­тора осуществляется по аксиальной или многоструйной ра­диальной системе, а охлаждение обмотки статора — только по аксиальной системе. Для охлаждения активной стали статора применяется радиально-вытяжная или аксиальная системы или сочетание той и другой.

Недостатком аксиальной водородной системы охлажде­ния является значительная неравномерность нагрева обмот­ки по длине стержней и необходимость иметь высоконапор­ный компрессор, усложняющий конструкцию и снижающий КПД машины из-за повышенного расхода энергии на вен­тиляцию.

Для непосредственного масляного охлаждения приме­няется трансформаторное масло. Оно обладает высокими изолирующими свойствами и поэтому позволяет выполнить обмотку статора с дешевой бумажной изоляцией. Для по­лучения необходимой скорости движения масла, при кото­рой обеспечивается эффективная теплоотдача с поверхнос­ти, из-за сравнительно высокой вязкости масла приходит­ся устанавливать насосы с большим давлением и с повышенным расходом энергии.

В генераторах серии ТВМ сердечник и обмотка статора, отделенные от ротора изоляционным цилиндром, находят­ся в масле. Холодное масло подается насосами в камеру лобовых соединений и затем в аксиальные каналы обмотки статора и сердечника. Охладив обмотку и сердечник, оно выходит из аксиальных каналов на другой стороне маши­ны и направляется в маслоохладители, после которых на­сосами вновь нагнетается в машину.

Основные серии турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток статора и ротора приведены в табл. 5

Таблица 5 Турбогенераторы с непосредственным охлаждением обмоток

Серия турбо- генератора Мощность, МВт Охлаждающая среда     ротора статора сердечника ТВФ* ТГВ ТВВ ТГВ ТЗВ ТВМ 60, 100 200, 300 200, 500, 800 500, 800 63, 800 300, 500 Водород » » Вода » » Водород » Вода » » Масло Водород » » » Вода Масло

* Обмотка статора генераторов серии ТВФ имеет косвенное охлаждение.

Непосредственное охлаждение обмоток статора и рото­ра водой с успехом применяется также и в крупных гидро­генераторах.

«Масляные уплотнения»

Для предотвращения утечки водорода из корпуса гене­ратора или компенсатора в местах прохода вала ротора через торцевые крышки применяются масляные уплотнения кольцевого или торцевого типа.

Рисунок 23 Кольцевое уплотнение

Кольцевое уплотнение (рис. 23) состоит из вкладыша 2, охватывающего вал 1, и корпуса 3. Масло поступает в за­зор между вкладышем и валом и разделяется на две части: в сторону водорода и в сторону воздуха.

Масло, идущее в сторону водорода, предотвращает утеч­ку водорода из корпуса машины через зазор между валом и вкладышем.

Основное достоинство кольцевых уплотнений заключает­ся в том, что при кратковременном прекращении подачи масла они, как правило, не повреждаются. Подплавление их вкладышей, если оно и случится, обычно не вызывает повреждения рабочей поверхности вала. Но из-за большо­го зазора между вкладышем и валом (0,3—0,4 мм) в ранее выпускавшихся конструкциях расход масла в сторону во­дорода достигал 40—60 л/мин. Из масла выделялся имев­шийся в нем воздух, снижавший чистоту водорода. Это вы­зывало необходимость иметь вакуумную установку для очистки от воздуха масла, поступающего на уплотнения.

1 — диск на валу ротора; 2 — вкладыш; 3 —пружина; 4 — корпус; 5 — кольце­вая канавка

Рисунок 24 Торцевое уплотнение

Торцевое уплотнение (рис. 24) имеет вкладыш 2, при­жимаемый к упорному диску 1 на валу ротора. Как и в кольцевом уплотнении, масло, поступающее в кольцевую канавку на рабочей поверхности вкладыша, разделяется на две части. Большая часть направляется в сторону воздуха, обеспечивая смазку трущихся поверхностей, меньшая —в сторону водорода, предотвращая выход водорода через за­зор между вкладышем и диском, поскольку давление мас­ла в кольцевой канавке больше давления водорода в ста­торе на 0,03—0,09 МПа. Меньшая часть масла обеспечива­ет также смазку внутреннего запорного пояска вкладыша. Расход масла в сторону водорода ввиду малого зазора между вкладышем и диском, определяемого только толщи­ной масляной пленки, невелик (3—5 л/мин). Это является основным преимуществом торцевого уплотнения по сравне­нию с кольцевым, позволяющим отказаться от маслоочистительной установки.

Торцевые уплотнения разделяются на типы в зависимос­ти от способа создания усилий, прижимающих вкладыш к диску, а также по количеству автономных камер для масла.

По способу создания усилий, прижимающих вкладыш к диску, все торцевые уплотнения в основном можно разбить на четыре типа (рис. 25).

Рисунок 25 Торцевые уплотнения

В табл. 6 приведены способы создания усилий, прижимающих вкладыш к упорному дис­ку, и указано, в каком турбогенераторе применяется каж­дый из четырех типов уплотнений.

Таблица 6

Способы усилий на вкладыш

Тип уплотнения по рис. 25	Способ создания усилия, прижимающего вкладыш к упорному диску	В каких турбогенераторах применяется
I	Давлением газа и пружин	ТГВ-200, ТГВ-200М, ТГВ-300, ТВФ-60-2, ТВФ-120-2, ТВФ-100-2 поздних выпусков
II	Давлением газа, пружин и уплотняющего масла	ТВВ-165-2, ТВВ-200-2
III	Давлением газа и пружин. Уплотняющее масло отжимает вкладыш от диска	ТВФ-60-2, ТВФ-100-2 ранних выпусков
ТВВ-200-2, ТВВ-200-2А, ТВВ-320-2
IV	Давлением газа и прижимающего масла

Таблица 3.2. Способы создания усилий на вкладыш

На надежность уплотнений большое влияние оказывает характер изменения усилия, прижимающего вкладыш к дис­ку, в зависимости от снижения давления масла, когда из-за ухудшения смазки резко повышается напряженность ра­боты уплотнения. В уплотнениях типа I при аварийном снижении давления масла усилие, прижимающее вкладыш, сохраняется на прежнем высоком уровне, а в уплотнениях типа III оно даже повышается. Характер изменения усилия на вкладыш определяет требования к надежности схемы маслоснабжения и, в частности, допустимую длительность перебоя в снабжении маслом.

По количеству автономных камер для масла уплотне­ния делятся на однокамерные, или однопоточные, и двух­камерные, или двухпоточные. В однопоточном уплотнении, одна из конструкций которого показана на рис. 26, вкла­дыш прижимается к диску пружинами и давлением водо­рода на его тыльную сторону. Давление уплотняющего мас­ла на прижимающее усилие влияния не оказывает. Камера уплотняющего масла между корпусом и вкладышем уплотняется шнуром из маслостойкой резины.

1-корпус уплотнения; 2 -камера уплотняющего масла; 3 - корпус опорного подшипника; 4- пластикатовая диафрагма; 5 - упорный диск на валу ротора; 6 -регулировочный винт; 7 - вкладыш; 8 — пружина; 9 — уплотняющий резиновый шнур

Рисунок 26 Однопоточное уплотнение

В двухпоточных уплотнениях (рис. 27) вкладыш при­жимается к диску не пружинами, которые в этом уплотнении отсутствуют, а усилием от давления прижимающего масла в камере 7 и от дав­ления водорода в генерато­ре на тыльную сторону вкладыша. Уплотняющее масло поступает на рабо­чую поверхность вклады­ша через камеру 8. Досто­инство двухпоточных уплотнений состоит в возможнос­ти регулирования усилия, прижимающего вкладыш к диску, изменением давле­ния прижимающего масла, т. е. без разборки уплотнения.

1 — корпус; 2— вкладыш; 3 — маслоуловители; 4 — упорный диск на валу ротора; 5 — уплотняющие кольца из резины; 6 — резиновая прокладка; 7 — камера прижимающего масла; 8 — камера уплотняющего масла

Рисунок 27 Двухпоточное уплотнение

Рабочая поверхность торцевого вкладыша (рис. 28), выполняемая из баббита, имеет клиновые поверхности 1, поверхности без уклона 2, внутренний запорный поясок 3, внешний поясок 4, радиальные канавки 5, кольцевую ка­навку 6 и маслоподводящие отверстия 7. При малой часто­те вращения давление в масляных клиньях не создается.

Рисунок 28 Разделка рабочей по­верхности торцевого вкладыша

Все усилия, прижимающие вкладыш к диску, восприни­маются при этом поверхностями без уклонов и поясками. Только при частоте вращения выше 2000 об/мин прижи­мающее усилие воспринимается всей несущей поверхностью, причем при номинальной частоте вращения большая часть этого усилия воспринимается клиновыми поверхностями. Таким образом, наиболее напряженно вкладыш работает при частоте вращения ниже 2000 об/мин и особенно при 400—500 об/мин. Это требует при остановке и особенно при пуске машины повышенного внимания к работе уплотнений: необходимо следить за температурой, давлением масла и водорода, не допускать перебоя в подаче масла.

«Схемы маслоснабжения уплотнений»

В схеме маслоснабжения однопоточных торцевых уплот­нений (рис. 29) основным источником масла является ин­жектор 1, в сопло которого поступает масло из системы ре­гулирования турбины. Под действием струи этого масла в инжектор засасывается более холодное масло из системы смазки подшипников, что позволяет получить температуру масла после инжектора на 4—6°С ниже, чем температура масла в системе регулирования. Маслонасосы с двигателя­ми переменного 2 и постоянного 3 тока являются резервным источником маслоснабжения. Нормально оба насоса стоят в автоматическом резерве. При снижении давления масла в системе первым автоматически включается маслонасос переменного тока. Если по каким-либо причинам давление масла не восстановится, то с выдержкой времени 0,5—0,7 с включится маслонасос постоянного тока. На остановленном генераторе, когда давление масла в системе регулирования равно нулю, в работе находится маслонасос переменного тока, а маслонасос постоянного тока — в автоматическом резерве.

Из напорного коллектора после инжектора и маслонасосов масло поступает в маслоохладитель 4, где оно охлаж­дается на 6—10 °С, и затем через один из фильтров 5, расширительный бак 7 и регулятор давления масла 6 подает­ся на уплотнение. Масло, сливаемое из уплотнений в сто­рону водорода, попадает в поплавковый гидрозатвор 10 и из него в маслобак турбины. Гидрозатвор предотвращает выход из машины вместе с маслом водорода.

1— инжектор; 2—насос с двигате­лем переменного тока; 3—насос с двигателем постоянного тока; 4— маслоохладитель; 5 — фильтр; 6— регулятор давления масла; 7 — демпферный бак; 8 — сигнализатор уровня масла; 9 — смотровой фла­нец; 10 — поплавковый гидрозатвор

Рисунок 29 Схема маслоснабжения однопоточных уплотнений

Расширительный бак, устанавливаемый на генераторах 60 МВт и выше, играет большую роль в повышении их на­дежности. Он обеспечивает уплотнения маслом в течение нескольких минут, а на останавливающихся машинах —до их полной остановки, если оно перестанет поступать от ре­гулятора давления масла из-за его неисправности или нару­шения работы источников маслоснабжения.

Регулятор давления масла 6 поддерживает давление масла, поступающего из уплотнения, таким, чтобы оно во всех случаях превышало давление водорода в машине. При этом превышение (перепад) давления масла над давлени­ем водорода должно оставаться постоянным при изменении расхода масла на уплотнения, давления водорода, давле­ния масла перед регулятором. Если давление масла после регулятора превысит допустимое, то масло может попасть в машину. Если же давление масла станет ниже допусти­мого, то водород прорвется через уплотнения и, попав в камеры опорных подшипников генератора, начнет вместе с маслом выбрасываться наружу через зазор между валом и маслоуловителями. При этом создается большая опас­ность воспламенения водорода и масла от искрения на ще­точном аппарате ротора. При глубоком снижении давления масла и тем более при полном прекращении поступления его на уплотнения произойдет подплавление вкладышей. Поэтому регуляторы давления масла должны быть очень надежными.

Таким требованиям отвечает, например, дифференци­альный регулятор прямого действия типа ДРДМ-12С с вра­щающимся золотником. Его надежность обусловлена тем, что механические чистицы, попавшие в зазор между золот­ником и цилиндром, в большинстве случаев за счет вра­щения золотника и грузовых шайб со сравнительно боль­шой силой инерции, успевают проскочить через зазор, не вызывая заедания регулятора. Если же заедание все же произойдет, то дежурный персонал при обходе легко обна­ружит неисправность по прекращению вращения золотни­ка и своевременно примет меры к ее устранению.

Схема маслоснабжения двухпоточных уплотнений отли­чается от рассмотренной только наличием второго регуля­тора. В схемах генераторов ТГВ-200, ТГВ-300, ТВВ-320-2, кроме того, отсутствует инжектор, зато установлены три маслонасоса, два из них — с двигателями переменного тока.

Масло, идущее через уплотнение в сторону водорода, захватывает с собой водород, который частично выделяет­ся в гидрозатворе, и возвращается в машину, а частично поступает в сливной маслопровод и маслобак турбины. Для удаления водорода из маслосистемы применяется вентиля­тор (эксгаустер), который должен работать непрерывно. Его колесо для исключения искрообразования выполняется из латуни.

«Газовая схема генераторов и синхронных компенсаторов»

Газовая схема (рис. 30) состоит из верхнего коллекто­ра 1, соединенного с водородной рампой 3, нижнего коллек­тора 2, соединенного с рампой двуокиси углерода (углекис­лого газа) 4, осушителя 5 и панели управления газовой системой 6 с приемником автоматического газоанализатора 7. К нижней точке коллектора двуокиси углерода присоеди­нен указатель жидкости 9 в машине. Частично к газовой схеме относятся бачок продувки 10 и поплавковый гидро­затвор Для контроля за давлением водорода в генера­торе (перед вентилятором) имеются манометры 12 на па­нели газового управления и у водородной рампы. В схему, входят клапан 13 и регулятор 14, а также блок регулиро­вания газовой смеси 8.

Ввод в генератор и вытеснение из генератора водорода и воздуха производятся через верхний коллектор. Водород в генератор подается от ц<