ซิงโครนัสเทอร์โบและไฮโดรเจเนอเรเตอร์มีการจัดเรียงอย่างไร?

ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกขับเคลื่อนโดยกังหันน้ำที่หมุนด้วยความเร็ว 68 ถึง 250 รอบต่อนาที ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนพลังงานไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยหน่วยกังหันซึ่งประกอบด้วยกังหันไอน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหัน เพื่อการใช้พลังงานไอน้ำที่ดีขึ้นกังหันถูกสร้างขึ้นเป็นกังหันความเร็วสูงที่มีความเร็วรอบ 3000 รอบต่อนาที โรงไฟฟ้าพลังความร้อนยังมีอยู่ในองค์กรอุตสาหกรรมขนาดใหญ่อีกด้วย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมีการออกแบบที่เรียบง่ายกว่าและสามารถสร้างด้วยกำลังไฟที่มากกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

เครื่องซิงโครนัสส่วนใหญ่ใช้การออกแบบกลับด้านเมื่อเทียบกับ เครื่องดีซี, เช่น. ระบบกระตุ้นตั้งอยู่บนโรเตอร์และกระดองที่คดเคี้ยวบนสเตเตอร์ นี่เป็นเพราะการจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำให้กับคอยล์กระตุ้นผ่านหน้าสัมผัสแบบเลื่อนทำได้ง่ายกว่าการจ่ายกระแสให้กับคอยล์ปฏิบัติการ ระบบแม่เหล็กของเครื่องซิงโครนัสแสดงในรูปที่ 1.

ขั้วกระตุ้นของเครื่องซิงโครนัสจะอยู่ที่โรเตอร์แกนขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้าทำขึ้นในลักษณะเดียวกับเครื่องไฟฟ้ากระแสตรง ในส่วนที่อยู่กับที่สเตเตอร์มีแกน 2 ทำจากแผ่นเหล็กหุ้มฉนวนในช่องที่มีขดลวดทำงานสำหรับกระแสสลับ - โดยปกติจะเป็นสามเฟส

ข้าว. 1. ระบบแม่เหล็กของเครื่องซิงโครนัส

เมื่อโรเตอร์หมุน จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าสลับในขดลวดกระดอง ซึ่งความถี่จะแปรผันโดยตรงกับความเร็วของโรเตอร์ กระแสสลับที่ไหลผ่านขดลวดทำงานจะสร้างสนามแม่เหล็กของมันเอง โรเตอร์และสนามของขดลวดทำงานหมุนด้วยความถี่เดียวกัน — พร้อมกัน… ในโหมดมอเตอร์ ช่องการทำงานแบบหมุนจะมีแม่เหล็กของระบบกระตุ้น และในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในทางกลับกัน

ดูที่นี่สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม: วัตถุประสงค์และการจัดวางเครื่องซิงโครนัส

พิจารณาออกแบบเครื่องจักรที่ทรงพลังที่สุด — เทอร์โบและเครื่องกำเนิดไฮโดรเจน... เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน้ำ ซึ่งประหยัดที่สุดด้วยความเร็วสูง ดังนั้นเครื่องกำเนิดกังหันจึงถูกสร้างขึ้นด้วยจำนวนขั้วขั้นต่ำของระบบกระตุ้น - สองอันซึ่งสอดคล้องกับความเร็วการหมุนสูงสุด 3,000 รอบต่อนาทีที่ความถี่อุตสาหกรรม 50 Hz

ปัญหาหลักของวิศวกรรมเครื่องกำเนิดเทอร์โบคือการสร้างเครื่องจักรที่เชื่อถือได้โดยมีค่าขีดจำกัดของโหลดไฟฟ้า แม่เหล็ก เชิงกล และความร้อน ข้อกำหนดเหล่านี้ทิ้งร่องรอยไว้ในการออกแบบทั้งหมดของเครื่องจักร (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. มุมมองทั่วไปของเครื่องกำเนิดกังหัน: 1 - แหวนสลิปและอุปกรณ์แปรง, 2 - ตลับลูกปืน, 3 - โรเตอร์, 4 - แถบโรเตอร์, 5 - ขดลวดสเตเตอร์, 6 - สเตเตอร์, 7 - ขดลวดสเตเตอร์, 8 - พัดลม

โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันผลิตขึ้นในรูปแบบของการตีขึ้นรูปแข็งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 1.25 ม. ความยาวสูงสุด 7 ม. (ส่วนการทำงาน) ความยาวรวมของการปลอมโดยคำนึงถึงเพลาคือ 12 - 15 ม. ช่องจะถูกบดในส่วนการทำงานซึ่งวางขดลวดกระตุ้นไว้ ดังนั้นจึงได้แม่เหล็กไฟฟ้าสองขั้วทรงกระบอกที่ไม่มีขั้วที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน

ในการผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันใช้วัสดุและการออกแบบล่าสุดโดยเฉพาะอย่างยิ่งการระบายความร้อนโดยตรงของชิ้นส่วนที่ใช้งานโดยไอพ่นของสารทำความเย็น - ไฮโดรเจนหรือของเหลว เพื่อให้ได้พลังงานสูงจำเป็นต้องเพิ่มความยาว ของเครื่องซึ่งทำให้ดูพิเศษมาก

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำ (รูปที่ 3) มีความแตกต่างอย่างมากในการก่อสร้างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหัน ประสิทธิภาพของการทำงานของกังหันไฮดรอลิกขึ้นอยู่กับความเร็วของการไหลของน้ำเช่น ความพยายาม. เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างแรงดันสูงในแม่น้ำที่ราบเรียบ ดังนั้นความเร็วรอบของกังหันจึงต่ำมาก — จากสิบถึงร้อยรอบต่อนาที

เพื่อให้ได้ความถี่อุตสาหกรรม 50 Hz เครื่องจักรความเร็วต่ำดังกล่าวต้องทำด้วยเสาจำนวนมาก เพื่อรองรับเสาจำนวนมากจำเป็นต้องเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์ของไฮโดรเจนซึ่งบางครั้งก็สูงถึง 10-11 ม.

ข้าว. 3. ส่วนตามยาวของเครื่องกำเนิดไฮโดรเจนในร่ม: 1 - ดุมล้อโรเตอร์, 2 - ขอบโรเตอร์, 3 - เสาโรเตอร์, 4 - แกนสเตเตอร์, 5 - ขดลวดสเตเตอร์, 6 - คานขวาง, 7 - เบรค, 8 - ตลับลูกปืนกันรุน, 9 - ปลอกโรเตอร์

การสร้างเทอร์โบทรงพลังและเครื่องกำเนิดพลังน้ำเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมจำเป็นต้องแก้ปัญหาต่างๆ ของการคำนวณทางกล แม่เหล็กไฟฟ้า ความร้อน และการระบายอากาศ และเพื่อให้มั่นใจในความสามารถในการผลิตของโครงสร้างในการผลิต เฉพาะทีมออกแบบและการผลิตที่ทรงพลังและบริษัทต่างๆ เท่านั้นที่สามารถจัดการงานเหล่านี้ได้

โครงสร้างประเภทต่าง ๆ นั้นน่าสนใจมาก ไมโครแมชชีนแบบซิงโครนัสซึ่งระบบแม่เหล็กถาวรและระบบปฏิกิริยาใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น ระบบที่สนามแม่เหล็กที่ใช้งานไม่ได้โต้ตอบกับสนามแม่เหล็กกระตุ้น แต่กับขั้วแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกของโรเตอร์ซึ่งไม่มีขดลวด

พื้นที่ทางเทคโนโลยีหลักที่เครื่องซิงโครนัสไม่มีคู่แข่งในปัจจุบันคือพลังงาน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดในโรงไฟฟ้าตั้งแต่เครื่องที่ทรงพลังที่สุดไปจนถึงเครื่องเคลื่อนที่นั้นใช้เครื่องซิงโครนัส

ส่วน มอเตอร์ซิงโครนัสจากนั้นจุดอ่อนของพวกเขาคือปัญหาการเริ่มต้น โดยตัวมันเอง มอเตอร์แบบซิงโครนัสมักจะไม่สามารถเร่งความเร็วได้ ในการทำเช่นนี้มีการติดตั้งคอยล์เริ่มต้นพิเศษที่ทำงานบนหลักการของเครื่องอะซิงโครนัสซึ่งทำให้การออกแบบและกระบวนการเริ่มต้นซับซ้อนขึ้น มอเตอร์ซิงโครนัสจึงมีให้เลือกใช้ในระดับกำลังปานกลางถึงสูง

รูปด้านล่างแสดงการสร้างเครื่องกำเนิดกังหัน

โรเตอร์ 1 ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำจากเหล็กตีขึ้นรูป ซึ่งมีการบดร่องสำหรับขดลวดกระตุ้น ซึ่งขับเคลื่อนด้วยเครื่อง DC พิเศษ 10 ที่เรียกว่าเครื่องกระตุ้น กระแสไปยังขดลวดของโรเตอร์นั้นจ่ายผ่านวงแหวนสลิปที่ปิดโดยตัวเรือน 9 สายไฟของขดลวดของโรเตอร์นั้นเชื่อมต่อกับพวกมัน

เมื่อหมุน โรเตอร์จะสร้างแรงเหวี่ยงขนาดใหญ่ในร่องของโรเตอร์นั้นขดลวดจะถูกยึดด้วยลิ่มโลหะและกดวงแหวนยึดเหล็ก 7 เข้ากับส่วนหน้า

สเตเตอร์ประกอบขึ้นจากแผ่นเหล็กไฟฟ้าพิเศษ 2 แผ่นที่ประทับตราซึ่งเสริมในโครง 3 ที่เชื่อมจากแผ่นเหล็ก ใบสเตเตอร์แต่ละใบประกอบด้วยหลายส่วน เรียกว่า เซ็กเมนต์ ซึ่งยึดด้วยสลักเกลียว 4 ตัว

ในช่องของสเตเตอร์จะมีการวางขดลวด 6 ในสายไฟซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเมื่อโรเตอร์หมุน แรงเคลื่อนไฟฟ้าของสายขดลวดที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมเพิ่มขึ้น และสร้างแรงดันไฟฟ้าหลายพันโวลต์ที่ขั้ว 12 เมื่อกระแสไหลระหว่างขดลวด แรงขนาดใหญ่จะถูกสร้างขึ้น ดังนั้นส่วนหน้าของขดลวดสเตเตอร์จึงเชื่อมต่อกันด้วยวงแหวน 5

โรเตอร์หมุนในตลับลูกปืน 8. ระหว่างตลับลูกปืนและแผ่นฐานมีฉนวนตัดวงจรวางอยู่ซึ่งสามารถปิดกระแสตลับลูกปืนได้ แบริ่งที่สองถูกสร้างขึ้นพร้อมกับกังหันไอน้ำ

ในการทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเย็นลง สเตเตอร์จะถูกแบ่งออกเป็นแพ็คเกจแยกกันซึ่งมีท่อระบายอากาศตั้งอยู่ อากาศขับเคลื่อนด้วยพัดลม 11 ที่ติดตั้งอยู่บนโรเตอร์

ในการทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทรงพลังเย็นลงนั้น จำเป็นต้องดันอากาศจำนวนมากผ่านเครื่องเหล่านั้น ถึงหลายสิบลูกบาศก์เมตรต่อวินาที

หากอากาศเย็นถูกนำมาจากสถานที่ของสถานีด้วยปริมาณฝุ่นที่น้อยที่สุด (ไม่กี่มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะปนเปื้อนด้วยฝุ่นในเวลาอันสั้น ดังนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันจึงถูกสร้างขึ้นด้วยระบบระบายอากาศแบบปิด

อากาศที่ได้รับความร้อนเมื่อผ่านช่องระบายอากาศของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเข้าสู่เครื่องทำความเย็นแบบพิเศษที่อยู่ใต้ท่อเครื่องกำเนิดกังหัน

ที่นั่นอากาศร้อนจะผ่านระหว่างท่อครีบของเครื่องทำความเย็นซึ่งน้ำไหลผ่านและถูกทำให้เย็นลง จากนั้นอากาศจะถูกส่งกลับไปยังพัดลมซึ่งขับเคลื่อนผ่านท่อระบายอากาศ ด้วยวิธีนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกทำให้เย็นลงอย่างต่อเนื่องด้วยอากาศเดิม และฝุ่นไม่สามารถเข้าไปในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้

ความเร็วรอบโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันเกิน 150 m / s ที่ความเร็วนี้ พลังงานจำนวนมากถูกใช้ไปกับแรงเสียดทานของโรเตอร์ในอากาศ ตัวอย่างเช่น ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันที่มีกำลัง 50,000 kWVt การสูญเสียพลังงานเนื่องจากแรงเสียดทานของอากาศคือ 53% ของผลรวมของการสูญเสียทั้งหมด

เพื่อลดการสูญเสียเหล่านี้ พื้นที่ภายในของเครื่องกำเนิดกังหันอันทรงพลังไม่ได้ถูกเติมด้วยอากาศ แต่เต็มไปด้วยไฮโดรเจน ไฮโดรเจนเบากว่าอากาศ 14 เท่า นั่นคือมีความหนาแน่นต่ำกว่าใกล้เคียงกัน เนื่องจากการสูญเสียแรงเสียดทานของโรเตอร์ลดลงอย่างมาก

เพื่อป้องกันการระเบิดของก๊าซออกซีไฮโดรเจนซึ่งเกิดจากส่วนผสมของไฮโดรเจนและออกซิเจนในอากาศ จึงมีการตั้งค่าความดันบรรยากาศภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้สูงกว่าความดันบรรยากาศ ดังนั้นออกซิเจนในบรรยากาศจึงไม่สามารถทะลุผ่านเครื่องกำเนิดได้

แบบจำลอง 3 มิติของเครื่องกำเนิดกังหันไอน้ำ:

เทปการศึกษาที่สร้างโดยโรงงานผลิตอุปกรณ์การเรียนในปี 1965:
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส