Устройство жидкостного охлаждения ротора турбогенератора Советский патент 1982 года по МПК H02K9/19 

(54) УСТРОЙСТВО ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА

1

Изобретение относится к крупному машиностроению, касается роторов генераторов с непосредственным жидкостным охлаждением, и может быть использовано на предприятиях проектирующих и изготавливающих турбогенераторы.

Известно, что с ростом единичной мощ- , ности генератора все острее становится проблема отвода тепла от обмотки и других объектов охлаждения ротора, вызыва- ... ющая необходимость применения все более эффективных систем охлаждения.

Для сверхмощных генераторов наиболее перспективной системой охлаждения ротора является система непосредственного жидкостного, например, водяного охлаждения (включая и такую его разновидность как испарительная система).

Все известные конструкции роторов генераторов с водяным охлаждением имеют 20 устройство для подачи воды, установленное с торца ротора на стороне возбудителя, через которое вода подается в аксиальный канал, выполненный в валу генератора на стороне возбудителя и в са- мом возбудителе, если таковой сопряжен с генератором. Из напорного канала вода через каналы в радиальных водоводах подается в камеры. напорного коллектора и далее в объекты охлаждения (обмотку возбуждения, демпферную обмотку, зубцы . и т. д.). Нагретая вода из объектов охлаждения отводится в сливной коллектор, из него гго радиальным водоводам - в сливной аксиальный канал и далее в устройство слива, установленное отдельно на валу ротора генератора QO стороны возбудителя или совмещенное с устройством подачи. Все указанные каналы предста&ляют собою специальные конструкции из нержавеющих материалов (нержавеющей стали), встроенные в соответствуклцих отверстиях ротора.

Наружная система водоснабжения ротора (неподвижная) выполняется как негерметичного (сообщающегося-с наружным воздухом), так и герметичного испопнения. Герметичная система более предпо

395

чтительна, так как предотвращает попадание кислорода и углекислоты воздуха в охлаждающую воду, чем уменьшается эрозия меди проводников.

Температура сливаемой из ротора воды выбирается из условий предотвращения возможности ее закипания в сливном устройстве и согласно существующим нормам не превыщает 80-9О С, что 3Fjaчительно снижает эффективность водяного охлаждения роторов, так как по классу на,гревостойкости изоляции- обмоток роторов эту температуру можно поднять До 13О-15О°С.

Известно устройство жидкостного охлаждения, по которому во внутреннем сливном тракте ротора, где перегретая вода находится под большим давлением, обусловленным действием центробежных сип, происходит ее смешивание с хоподной водой из подающих секций коллектора в результате чего вода из ротора спивается с температурой не превышающей 85 С, В этом случае возможно применение как негерметизированных сливных устройств, так и герметизированных указанных указанного выше типа 1.

Однако расход воды в данном случае значительно (примерно в 2 раза) возрастает, а внутреннее пространство в вапах роторов генератора и особенно В(Эзбуди- теля весьма ограничено, что, в свою очередь, ограничивает размеры внутренних каналов и количество передаваемой через них воды, а, в конечном итоге, ограничивает рост единичной мощности генератора

Известно также стройство жидкостного охлаждения, по которому внутренний аксиальный сливной канал выполнен в валу ротора генератора со стороны турбины на участке от побовыХ частей обмотки до полумуфты, а устройство слива расположено на валу 1енератора между узпом подщипника и полумуфтой Si.

Однако герметизация такого устройства слива настолько сложна, что необходимо применить негерметизированное сливное устройство, а температуру сливаемой воды около ,

Цель изобретения - повышение эффективности жидкостного охлаждения ротора сверхмощного турбогенератора при одновременном достижении герметизации всей внещной системы охлаждения и рационального исполь о1 анпя внутреннего пространства в валал .оторов генератора и возбудителя.

Цель досг 1гается тем, что в роторе г-енераторл, го/и ржащем несколько или.

по крайней мере, один выполненный в его валу аксиалыпз1Й канал отвода нагретой жидкости, направленный от сливного коллектора и хвостовой части ротора со

5 стороньЕ 1урбины, упомянутый канал выполнен до торца ротора, а в валу турбины выполнен герметично соединенный с последним аналогичный аксиальный канал, а также сопряженные с ним радиальные

0 каналы соединенные с паровым пространством турбины, через которые нагретая жидкость или пар выбрасывается в это паровое пространство. Хотя давление в этой части турбины может быть да5 же ниже атмосферного, закипание воды на выходе из ротора генератора не представляет опасности, так как количество образующегося при этом пара при любых возможных режимах работы мало по сравнеQ нию с количество рабочего пара турбины. На череже изображен турбогенератор, продольный разрез.

Устройство содержит ротор генератора 1,устройство подачи охлаждающей жидкости

5 в ротор генератора 2, коллектор 3 слива охлаждающей жидкости, сливной патрубок 4, радиальные каналы 5 слива в роторах генератора и турбины, аксиальные каналы 6 слива в роторах генератора и турбины,

Q сливная камера 7 в паровом пространстве турбины турбина 8, паровое уплотнение турбины 9, гидроплотное уплотнение 10 каналов слива на торцах полумуфт генератора и турбины, дополнительная рабочая ступень 11 на валу турбинь.

Охлаждающая жидкость, например вода, подается в ротор генератора 1 при помощи известного подающего устройства 2 с торца, противоположного турбине. В зависимости от принятой системы возбуждеЕшя устройство 2 может быть установленокак непосредственно у торца ротора генератора, так и у свободного торца ротора возбудителя. Из вала ротора охлаждающая вода подается любым известным способом в объекты охлаждения ротора, проходит через ротор,как указано стрелками, а перегретая вода поступает в сливной коллектор 3, откуда через сливные патрубки 4 и систему выполненных в валах роторов генератора и турбины радиальных 5 и сопряженных с ними аксиапьных 6 каналов поступает в камеру 7 парового пространства турбины 8 за ее паровым уплотнением 9. В месте . сопряже ния роторов турбины и генератора отверстия в валах соединяются гидроплотно . любым известным способом, например, при помощи уплотнений 10. 5 9 Возмож«а также установка на вапу ротора турбины дополнительной рабочей ступени 11, позволяющей преобразовать энер гию истечения охлаждающего агента из обмотки ротора генератора, т.е. энергию потерь в обмотке ротора, в энергию вращения вала турбины. В простейшем случае это может быть- реактивное колесо. Аксиальные сливные каналы 6 можно выполнить в центральных отверстиях валов роторов, что упрощает конструкцию и технологию изготовления, расширяет возможности применения предложенной конструкции, так как позволяет расположить сливной коллектор 3 и со стороны противоположной турбине, В описанной конструкции сама турбина используется как герметичное спивное уст ройство, а внешняя система жидкостного охлаждения ротора объединена с конденсатной системой турбиньи Охлаждающей средой для обмотки ротора в этом случае служит рабочее тело турбины. Так в наиболее распространённом случае это будет вода, при использовании фреонового циклафреон и т.д. Предложенное решение может быть успешно применено также при испарительном охлаждении, когда охлаждающая среда кипит внутри проводников и уходит из ротора в виде пара. Одна из основных трудностей, стоящих на пути реализации этой системы охлаждения - отвод больших количеств пара из ротора, здесь успешно решается. Становится возможным также применение комбинированных систем охлаждения, когда обмотка охлаладает ся по испарительному принципу, а зубцыпо жидкостному и т.п. В результате внедрения предлагаемого устройства достигаются следующие преимущества, повышается мощность генератора за счет повышения эффективности ох лаждения обмотки ротора; повышается КПД агрегата; отпадает необходимость в установке сложного герметичного устройства для слива перегретой воды из ро тора; повышается безопасность обслуживания и надежность работы агрегата; решается проблема отвода пара при испари- тельном охлаждении; становится возможным применение комбинированной испарительно-жидкостной системы охлаждения. Повышение эффективности водяного охлаждения согласно предлагаемому изобретению позволяет ювысить токвозбуждения и, соответственно, единичную мощность генератора без увеличения его ос- новных pa3NiepoB при одновременном уп69. рошении и удешевлении внешних систем генератора и повышении надежности их работы. Предлагаемое нами решение позволяет повысить перегрев сливаемой из ротора воды до / , вместо - 4ОС имеющихся в настоящее время, что позво- пяет повысить ток возбуждения и намагничивающую силу ротора в| за, а единичную мсндность генератора практически в тех же габаритах в ,2 . раза или соответственно уменьшить габариты, расход материалов и стоимость генератора при неизменной мощности. Для генератора мощностью 500МВт на 15ОО об/мин стоимостью 2500000 руб экономический эффект от внедрения изобретения составит, таким образом, ориентировочно 420ОООр. без учета снижения стоимости генератора от упрощения его конструкции и без учета повышения КПД и надежности работы турбогенератора. Для генераторов большей единичной мощности ожидаемый суммарный экономический эффект будет соответственно выше. Формула и.3 обретения 1, Устройство жидкостного охлаждения ротора турбогенератора, содержащее сливной коллектор, вал ротора, имеющий, по меньшей мере, один аксиальный канап, направленный от сливного коллектора к хвостовой части ротора, обращенной к турбине, имеющей вал и паровую зону, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, вал турбины выполнен с аналогичным упомянутому аксиальным каналом, соединениым герметично с аксиальным каналом вала ротора, и с радиальными каналами, соединяющими аксиальные каналы с napo-i вой зоной турбины, 2. Устройство поп, 1,отличающее с я тем, что, с целью повышения КПД, на валу рртора турбины в месте соединения радиальнь1Х каналов с паровой зоной установлена допопнительная рабочая ступень, преобразующая энергию истечения охлаждающей среДы в энергию вращения вала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Швейцарии № 573183, кл. Н О2 К 9/19, 1975, 2.Отчет ВНИИэлектромаш патентноинформационный обзор по конструкции роторов турбогенераторов с водяным охпаж дением, Д., 1979.