Турбогенератор
Турбогенератор, генератор электрической энергии, приводимый во вращение паровой или газовой турбиной. Обычно Т. - это синхронный генератор, непосредственно соединённый с турбиной тепловой электростанции (ТЭС). Так как турбины, используемые на ТЭС, работающих на органическом топливе, имеют наилучшие технико-экономические показатели при больших частотах вращения, то Т., находящиеся на одном валу с турбинами, должны быть быстроходными. Частота вращения n Т. определяется из условия f = р (n) где f - частота переменного тока, р - число пар полюсов Т. В СССР промышленная частота тока f = 50 гц, поэтому наивысшая частота вращения Т. составляет 50 сек- =1 (при р = 1).
Т. - электромашина горизонтального исполнения (рис.). Обмотка возбуждения Т. расположена на роторе с неявно выраженными полюсами, трёхфазная рабочая обмотка - на статоре. Ротор, испытывающий наиболее сильные механические напряжения, выполняют из целых поковок высококачественных сталей. По условиям прочности линейная скорость точек ротора v не должна превышать 170-190 м/сек, что ограничивает его диаметр при n = 50 сек =1 величиной D = v/pn = 1,2-1,3 м. Относительно малый диаметр ротора обусловливает его сравнительно большую длину, которая, однако, ограничена допустимым прогибом вала и не превышает 7,5-8,5 м. На поверхности ротора профрезерованы продольные пазы, в которые укладывают витки обмотки возбуждения. Обмотку крепят клиньями, закрывающими пазы, и массивными бандажами из немагнитной стали, охватывающими лобовые (торцевые) части обмотки. Питается обмотка от возбудителя электрических машин.
Статор Т. состоит из корпуса и сердечника с пазами для обмотки. Сердечник изготовляют из нескольких пакетов, набираемых из листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм, покрытых слоем лака. Между отдельными пакетами оставляют вентиляционные каналы шириной 5-10 мм. В пазах обмотку крепят клиньями, а её лобовые части укрепляют на специальных кольцах, расположенных в торцевой части статора. Сердечник помещают в стальной сварной корпус, закрываемый с торцов щитами.
Т. атомных электростанций обладают некоторыми особенностями, связанными с тем, что пар, вырабатываемый в ядерном реакторе, имеет относительно низкие параметры, обусловливающие экономическую целесообразность применения турбин с частотой вращения 25 сек =1. Такая частота требует наличия двух пар полюсов на роторе Т. и позволяет выполнять сам ротор с большим диаметром (до 1,8 м). При этом размер поковки ротора ограничивается технологическими возможностями её изготовления (максимальная масса поковки достигает 140-180 т).
Т. мощностью до 30 Мвт имеют замкнутую систему воздушного охлаждения; при мощности свыше 30 Мвт воздушную среду заменяют водородной (с избыточным давлением около 5 кн/м2). Использование водорода в качестве теплоносителя позволяет увеличить съём тепла с охлаждаемых поверхностей (так как теплоёмкость водорода в несколько раз превышает теплоёмкость воздуха) и соответственно повысить мощность Т. при заданных размерах. Циркуляция теплоносителя обеспечивается вентиляторами, расположенными на одном валу с Т. Тепло снимается с поверхностей изолированных проводников и стальных сердечников. Нагревшийся теплоноситель поступает в специальный охладитель (при водородном охлаждении он встраивается в Т. и вся система охлаждения тщательно герметизируется). Для интенсификации охлаждения при мощности Т. свыше 150 Мвт давление водорода в системе повышают до 300-500 кн/м2, а при мощности свыше 300 Мвт используют внутреннее охлаждение проводников обмотки водородом или дистиллированной водой. При водородном охлаждении проводники обмотки делают с боковыми вырезами-каналами, а при водяном охлаждении применяют полые проводники. В крупных Т. охлаждение обычно комбинированное: например, обмотки статора и ротора охлаждаются водой, а сердечник статора - водородом.
Повышение мощности Т. приводит к снижению удельного расхода материалов и в конечном счёте к снижению затрат на его изготовление (в расчёте на квт мощности). Так, у Т. мощностью 30 Мвт расход материала на каждый квт мощности составляет 2,75 кг, а у Т. мощностью 200, 500, 800 и 1200 Мвм - соответственно 1,53, 0,69, 0,58 и 0,457 кг. Таблица иллюстрирует рост мощности Т., выпускаемых в СССР
Рост максимальной мощности турбогенераторов, производимых в СССР.
Мощность, Мвт 1925 1931 1937 1945 1964 1969 1975 5 24 100 200 500 800 1200
Кпд Т. 98-99%, напряжение на зажимах - до нескольких десятков кв.? Лит.: Вольдек А. И., Электрические машины, Л., 1974.
М. Д. Находкин.