Turbozespół dużej mocy w
elektrowni
,
od lewej:
srebrna turbina wysokoprężna
srebrna turbina średnioprężna
3 żółte kadłuby turbiny niskoprężnej
po prawej czerwony turbogenerator
Turbogenerator –
generator synchroniczny
prądu elektrycznego
przeznaczony do pracy z
turbiną parową
lub
gazową
. Wykorzystywany w
elektrowniach
jako przetwornik energii. Razem z turbiną nazywany turbozespołem.
Maszyny z biegunami utajonymi to maszyny pracujące z dużymi
prędkościami obrotowymi
, najczęściej jako generatory napędzane turbinami parowymi, stąd ich nazwa turbogeneratory. Ich prędkość wynosi zazwyczaj 3000 obr./min (1500 obr./min - duże jednostki czterobiegunowe), aby więc uzyskać częstotliwość napięcia 50 Hz należy zastosować uzwojenie dwubiegunowe.
Prawie wszystkie turbogeneratory pracują z wałem w położeniu poziomym. Maszyny o takiej budowie są odwracalne, tzn. mogą również pracować jako
silniki
, jednak ze względu na zagrożenia dla turbiny napędzającej maszynę, praca silnikowa turbozespołu jest niedopuszczalna.
Budowa
Wirnik
turbogeneratora jest wykonany z odkuwki łącznie z wałem z wysokowytrzymałościowej
stali magnetycznej
.
Uzwojenie
wzbudzające jest umieszczone w wyfrezowanych żłobkach. Żłobek jest wyłożony odpowiednią
izolacją
, a poszczególne pręty uzwojenia wzbudzającego są izolowane między sobą. W celu zabezpieczenia uzwojeń przed wypadnięciem, żłobki są zaklinowane klinami z metali niemagnetycznych, np. z
mosiądzu
, twardych stopów
aluminiowych
. Połączenia czołowe uzwojeń, leżące poza żłobkami, są zabezpieczone przed działaniem
sił odśrodkowych
za pomocą cylindrycznych osłon, tzw.
kołpaków
. Kołpaki są elementem podlegającym największym naprężeniom w turbogeneratorze, dlatego też wykonuje się je z wysokogatunkowej stali o dużej wytrzymałości. Końcówki uzwojenia wzbudzającego są wyprowadzone do pierścieni ślizgowych przez odpowiednie otwory w wale. Po pierścieniach ślizgają się szczotki umieszczone w trzymadłach szczotkowych.
Ze względu na duże prędkości obrotowe i związane z tym duże siły odśrodkowe, średnice wirników turbogeneratorów są niewielkie i przy największych mocach sięgają około 1,3 m. W celu zwiększenia długości czynnej uzwojenia długość wirnika jest duża, kilkakrotnie większa od średnicy i wynosi do 13 m. Odprowadzenie ciepła z uzwojeń wirnika umożliwiają znajdujące się na wirniku promieniowe lub osiowe otwory wentylacyjne.
Rdzeń
stojana
jest wykonany z pakietów izolowanych blach elektromagnetycznych małej stratności. Grubość pakietu wynosi 4-5 cm. Znajdujące się między pakietami blach rozpórki tworzą promieniowe kanały wentylacyjne o grubości kilku milimetrów. Rdzeń znajduje się w zespawanym korpusie, który spełnia rolę konstrukcji nośnej, a jednocześnie – dzięki odpowiednim komorom - ukierunkowuje przepływ czynnika chłodzącego.
W żłobkach stojana jest umieszczone dwuwarstwowe uzwojenie twornika. W celu zabezpieczenia przed skutkami bardzo dużych sił przy zwarciach, połączenia czołowe są mocowane do odpowiednich wsporników na obwodzie. W bardzo dużych generatorach uzwojenia tworników są uzwojeniami jednozwojowymi, przy czym pręt zwoju jest wykonany z wielu izolowanych od siebie elementarnych prętów. Pręty są połączone równolegle i odpowiednio przeplecione, aby zmniejszyć w ten sposób straty dodatkowe wynikające z niejednakowej gęstości prądu w przekroju pręta.
Maksymalne napięcie znamionowe, na jakie są wykonywane turbogeneratory, to 28 kV. Tak wysokie napięcie wymaga szczególnej izolacji, którą stanowi taśma z samiki, a czynnikiem wiążącym są
żywice sztuczne
, termoutwardzalne, np.
epoksydowe
. Izolację wykonuje się na prętach poza maszyną, a następnie gotowe zaizolowane i sprasowane do odpowiednich wymiarów pręty są układane w żłobkach.
W współczesnych konstrukcjach turbogeneratorów najczęściej stosuje się chłodzenie powietrzne pośrednie w obiegu zamkniętym. Popularne jest również stosowanie bezpośredniego chłodzenia wodorowego uzwojeń wirnika i pośrednie chłodzenie wodorowe uzwojeń stojana przy mocach do 500 MW. W turbogeneratorach o mocach powyżej 500 MW w uzwojeniu stojana musi być zastosowane chłodzenie bezpośrednie, do którego używa się odpowiednio uzdatnioną wodę.
Linki zewnętrzne