Расчет турбогенератора Т-12 с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Ивановский Государственный Энергетический Университет

Кафедра электрических машин и аппаратов

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту :

“Расчет турбогенератора Т-12 с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора”

Выполнил: ст. гр. 3-22

Лесько А.К.

Проверил: преподаватель

Громов А.К.

Иваново 2011

Введение

Турбогенераторами (ТГ) называют синхронные генераторы трехфазного тока, приводимые во вращение паровой или газовой турбиной. В ТГ, как и в любой другой электрической машине, различают активные и конструктивные части. Активные части - сердечник статора с трехфазной обмоткой и ротор с обмоткой возбуждения - непосредственно участвуют в процессе преобразования механической энергии в электрическую. К конструктивным частям относят корпус статора, наружные и внутренние щиты с уплотнениями, бандажный узел ротора, вентиляторы, газоохладители и др. Они обеспечивают надежную работу активных частей.

Главным фактором, определяющим особенности конструкции ТГ, является высокая частота вращения, вызывающая большие механические напряжения в роторе. Поэтому ротор выполняется цельнокованым из высоколегированной стали. Из-за отсутствия на роторе явновыраженных полюсов ТГ относят к неявнополюсным машинам. Обмотка возбуждения расположена в радиальных пазах ротора. Лобовые части обмотки возбуждения удерживаются от перемещения под действием центробежных сил бандажным кольцом из высокопрочной стали. Бандаж ротора - самый напряженный в механическом отношении узел ТГ.

По принципу охлаждения все ТГ можно подразделить на генераторы с косвенным (поверхностным) охлаждением, непосредственным охлаждением проводников обмоток статора и ротора, со смешанным охлаждением.

В данном курсовом проекте представлен турбогенератор с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора и обмотки ротора.

Задание на проектирование

Тип турбогенератора Т-12

Номинальная мощность P_H = 9 МВт

Номинальное напряжение (линейное) U_H = 6.3 кВ

Номинальная частота ЭДС f = 50 Гц

Номинальный коэффициент мощности cosц_H = 0.8

Число фаз обмотки статора m = 3

Синхронное индуктивное сопротивление x_d = 1.5 о.е.

обмотки статора по продольной оси

Схема соединения обмотки статора Звезда

Частота вращения n = 3000 об/мин

Охлаждение:

обмотки статора косвенное воздушное

обмотки ротора косвенное воздушное

сердечника статора непосредственное воздушное

Выбор главных размеров

Полная номинальная мощность:

м.

Для заданного типа охлаждения и номинальной полной мощности выбираем линейную нагрузку A и магнитную индукцию при холостом ходе В_д (ориентировочные значения):

А

Отношение короткого замыкания:

,

где - коэффициент насыщения для Т-12.

Немагнитный зазор (предварительно):

Предварительно определяем внутренний диаметр статора:

; В_д Тл.

м,

где д округляем с точностью до 0.005 м.

Диаметр бочки ротора (предварительно):

м.

Выбираем диаметр бочки ротора из нормализованного ряда роторов:

м.

Уточняем внутренний диаметр статора:

м.

Определяем предварительно длину магнитопровода (сердечника) статора: здесь обмоточный коэффициент принят к₀₁=0,68 ( т.к. обмотка катушечная), угловая скорость:

рад/с,

м.

Определяем длину бочки ротора (предварительно):

м.

Проверяем отношения:

; .

Отношение находится в допустимых пределах (от 2 до 6).

Статор, зубцовая зона и ярмо ротора

Номинальное фазное напряжение при соединении обмотки в звезду:

В.

Номинальный ток фазы статора:

А.

Принимаем число параллельных ветвей обмотки статора (см. табл. 8.1):

а = 1.

Число эффективных проводов (стержней) в пазу (по высоте):

U_п1 = 2

Объем тока в пазу статора :

А.

Пазовое зубцовое деление статора предварительно (t₁ = 0,04-0,07м):

м.

Число пазов (зубцов) статора предварительно:

.

).

Принимаем Z₁ = 60, тогда

Уточняем пазовое деление статора:

м.

Проверяем отношение:

1 > 0.5

Число последовательно соединенных витков фазы статора:

Полюсное деление, выраженное числом пазовых делений:

Принимаем укорочение шага (для катушечной обмотки). Шаг обмотки по пазам

пазовых делений (целое число).

( = 0.5-0,6 ).

Действительное значение

Коэффициент укорочения обмотки:

.

Коэффициент распределения обмотки:

( 0.955 < < 1 )

Обмоточный коэффициент статора:

^.

Уточняем линейную нагрузку:

А/м.

Полученное значение A близко к выбранному.

Магнитный поток основной гармонической при холостом ходе:

Вб.

Уточняем предварительную длину сердечника статора:

м.

Принимаем м, что близко к полученному.

Принимаем длину одного пакета стали статора м, длину вентиляционного канала между пакетами м.

Число пакетов в сердечнике статора:

.

Принимаем n_п .

Длина стали сердечника статора (без каналов):

м,

Длину крайнего пакета приняли м.

Полная длина сердечника статора:

м.

Сердечник статора выполняем из холоднокатаной стали. Ориентируем направление прокатки поперек зубца (вдоль спинки). Принимаем магнитную индукцию в коронке зубца при холостом ходе Тл.

Определяем предварительно ширину коронки зубца:

м,

где при толщине листа 0.5 мм.

Ширина паза статора (предварительно):

м.

Общий размер толщины изоляции в пазу по ширине паза с учетом прокладок и зазора на укладку для напряжения 6,3 кВ, найденный по табл. 14-9 (П. С. Сергеев, стр. 512):

м.

Ширина изолированного элементарного проводника (предварительно) (при двух столбцах элементарных проводников в пазу):

м.

Ширина голого элементарного проводника (предварительно):

м,

где м - двусторонняя толщина изоляции ПСД по меньшей стороне а э элементарного проводника.

Стержень обмотки статора при косвенном воздушном охлаждении состоит из сплошных проводников. Выбираем размеры голых элементарных проводников:

м.

Уточняем ширину паза по большему выбранному по таблицам размеру b э элементарных проводников:

м.

Уточняем ширину коронки зубца и магнитную индукцию в коронках зубцов:

м,

Тл.

Магнитная индукция находится в пределах значений, рекомендуемых в табл. 8.3 (стр.273, В. И. Извеков).

Плотность тока при косвенном воздушном охлаждении предварительно определяем по ((8.36) стр.278, В. И. Извеков ):

oC - допустимый перепад температур в пазовой изоляции;

А/м², где

1/(Ом м) - удельная электропроводность меди при расчетной температуре 75 oC;

Вт/(м oC); ; м.

А²/м³.

Плотность тока находится в пределах значения, рекомендуемых в табл. 8.4.

А²/м³.

А/м²,

Площадь сечения меди эффективного проводника (стержня) (предварительно):

м².

м,

Определяем размеры сплошного проводника:

м,

м².

Число элементарных проводников в стержне:

округляем (до ближайшего целого четного числа).

Уточняем площадь сечения меди стержня:

м².

Уточняем плотность тока в стержне обмотки статора:

А/м².

Уточняем коэффициент вытеснения тока (k_ф не более 1.2-1.33):

Высота изолированного сплошного элементарного проводника:

м.

Высота изолированных элементарных проводников одного стержня:

м,

число элементарных проводников по высоте одного стержня.

м.

Высота паза статора при двух одинаковых стержнях, размещенных в пазу:

м.

м.

(5-9);

(0.16-0.21);

Проверяем соотношения (в скобках рекомендуемые значения):

Они находятся в необходимых пределах.

Магнитопровод (сердечник) статора выполнен из листовой электротехнической стали марки 3413 толщиной 0,5 мм. Направление прокатки совпадает с направлением магнитного потока в ярме (спинке) сегментов сердечника статора (поперек зубцов).

Высота ярма статора:

м, Тл.

Внешний диаметр сердечника статора:

м,

Округляем внешний диаметр до м и уточняем высоту ярма статора:

м.

находится в пределах, указанных в формуле (8.66): от 2 до 2.1.

Длина витка обмотки статора:

м,

м.

Активное сопротивление фазы обмотки статора постоянному току при температуре 75°С:

Ом.

В относительных единицах находится в пределах указанных в формуле.

Индуктивное сопротивление пазового рассеяния с учетом рассеяния по коронкам зубцов (о. е.):

,

м.

;

м;

Размеры, взятые по рисунку паза статора:

м;

м.

k_в при в? (в) стр. 526 (П. С. Сергеев).

Индуктивное сопротивление рассеяния лобовых частей обмотки (о. е.) при немагнитных бандажах ротора:

.

Индуктивное сопротивление взаимной индукции (о. е.):

,

полюсное деление;

коэффициент воздушного зазора.

Индуктивное сопротивление дифференциального рассеяния обмотки статора (о. е.):

.

Индуктивное сопротивление рассеяния (о. е.):

.

Найдем длину бочки ротора:

м.

Возможное число пазовых делений:

= (45-55)D 2 ;

;

Принимаем .

Число реальных (обмотанных) пазов и отношение г:

= = (0.667 - 0.75 )Z' 2 = (0.667 - 0.75 ) .

Для принимаем ;

.

;

.

м.

Определяем глубину паза ротора (предварительно):

м.

Пазовое деление в основании зубцов ротора:

Выбираем паз ротора с параллельными стенками. Предварительную ширину паза определяем из следующих соотношений:

; м;

м.

отсюда ширина паза ротора

Ширина зубца в наиболее узком месте (в основании):

м,

что допустимо по условию (8.91), ( ? 6 8 мм ).

м,

Ориентировочная ширина проводника обмотки возбуждения:

м.

м.

Уточняем ширину паза ротора:

м.

м.

Проверяем ширину зубца в наиболее узком месте:

Условие выполняется.

Электромагнитный расчёт

Расчетные площади сечений зубцов ротора на высоте 0,2h_п2 и 0,7h_п2 от их основания:

м²;

м²;

м;

м;

.

Паз имеет параллельные стенки, поэтому

м.

Ширина зубца статора в расчетном сечении:

м,

м.

Расчетная площадь сечения стали зубцов статора на полюсном делении эквивалентной явнополюсной машины:

м².

Расчетная площадь сечения немагнитного зазора на полюсном делении эквивалентной явнополюсной машины:

м²,

.

Площадь сечения стали ярма статора:

м².

Площадь сечения ярма ротора, где диаметр центрального отверстия в роторе:

м².

где диаметр центрального отверстия в роторе:

м.

После определения площадей сечений пяти участков магнитной цепи находят магнитные индукции, напряженности магнитного поля и магнитные напряжения участков при холостом ходе и номинальном напряжении

E 10 = U 1нф или Е 10* = Е 10/U 1нф =1.

Магнитный поток в немагнитном зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении:

Вб, где

.

В табл. записывают числовое значение коэффициента C 1.

Магнитная индукция в немагнитном зазоре:

Тл.

Магнитная индукция в расчетном сечении зубцов статора:

Тл.

Расчетное значение магнитной индукции в ярме статора:

Тл, где

Тл.

Напряженность магнитного поля в зубцах статора при B z1/3 ? 1.8 Тл для холоднокатаной стали с направлением потока поперек проката находят по табл. П.2.1. При B z1/3 > 1.8 Тл определяют коэффициент, учитывающий ответвление потока в паз:

.

Напряженность магнитного поля в ярме статора с направлением потока вдоль проката определяют для расчетных значений магнитных индукций в ярме.

Находим магнитное напряжение немагнитного зазора:

А, где

;

коэффициент, учитывающий зубчатость статора:

;

коэффициент, учитывающий зубчатость бочки ротора:

;

м;

коэффициент, учитывающий радиальные вентиляционные каналы сердечника статора:

;

коэффициент, учитывающий рифление поверхности ротора:

;

м, ширину канавки рифления

в соответствии с конструкцией самовентиляции ротора принимаем шаг рифления

м.

Коэффициент, учитывающий ступенчатость крайних пакетов сердечника статора:

;

коэффициент, учитывающий срезы зубцов ротора перед отверстиями в клиньях пазов для забора и выпуска газа:

;

коэффициент немагнитного зазора:

.

Магнитное напряжение зубцов статора:

А, где А/м .

Магнитное напряжение ярма статора:

,

м.

А/м;

Магнитное напряжение немагнитного зазора, зубцов и ярма статора:

A

Коэффициент магнитной проводимости для потока пазового рассеяния ротора при прямоугольном пазе :

,

м.

Принимаем = , высоту подклиновой прокладки принимаем:

м;

м.

Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по коронкам зубцов ротора:

.

Магнитный поток пазового рассеяния и по коронкам зубцов ротора:

Вб,

=.

Потоком лобового рассеяния пренебрегаем, так как бандажные кольца будут выполнены из немагнитной стали. Полный магнитный поток рассеяния ротора:

Вб.

Полный магнитный поток в роторе при холостом ходе:

Вб.

Магнитные индукции в расчетных сечениях зубцов ротора:

Тл,

Тл,

Магнитная индукция B_{z_0.2} в зубцах ротора в расчетном сечении на расстоянии 0.2h п2 от их основания не превосходит значений.

Магнитная индукция в ярме ротора:

Тл.

Магнитная индукция в ярме ротора превышает значения.

Для снижения индукции в ярме ротора центральное отверстие в роторе заполняем магнитным материалом (стальным стержнем). Находим для этого случая (D₀ = 0) площадь сечения ярма ротора:

м².

Определяем расчётную магнитную индукцию в ярме ротора:

Тл.

Полученное значение магнитной индукции записываем в табл.

Напряженности магнитных полей для значений магнитных индукций в роторе в соответствии с табл. определяют по кривой намагничивания роторных поковок турбогенераторов с D₂<0.814 м.

Для магнитных индукций в зубцах ротора, превышающих 1,8 Тл, следует учесть ответвление потока в паз с помощью коэффициентов

;

;где

м;

м.

Напряженность магнитного поля в зубцах ротора при Bz <1,8 Тл определяют по кривым намагничивания зубцов роторных поковок турбогенераторов с D2 < 0,814 м с учетом рассчитанных коэффициентов , и заносят в табл. турбогенератор напряжение холостого ход

Магнитное напряжение зубцов ротора:

A.

Магнитное напряжение ярма ротора:

A, где

м.

МДС обмотки возбуждения при холостом ходе и номинальном напряжении:

= A.

Аналогично проводят расчеты для других значений напряжения характеристики холостого хода.

МДС обмотки возбуждения (о. е.) при других значениях напряжения:

.

МДС обмотки статора на один полюс при номинальном токе якоря:

A.

Коэффициент приведения по первой гармонике магнитного поля МДС якоря к условиям обмотки возбуждения:

.

Приведенная МДС обмотки якоря при номинальной нагрузке к условиям обмотки возбуждения:

A.

в относительных единицах

.

Для определения МДС обмотки возбуждения строим векторную диаграмму при номинальной нагрузке в относительных единицах.

Строим характеристику холостого хода в относительных единицах. Определяем индуктивное сопротивление рассеяния Потье:

,

где .

Таблица. Результаты расчёта характеристики холостого хода

МДС обмотки возбуждения при номинальной нагрузке:

о.е.

в именованных единицах

А.

ЭДС обмотки статора при =:

о.е.

Изменение напряжения (%) при сбросе нагрузки от номинальной до нуля:

%

Регулировочную характеристику рекомендуется строить для точек нагрузки, соответствующих I1 / I 1н = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25. Две точки характеристики известны из предыдущего расчета. Для остальных точек характеристики следует построить векторные диаграммы (на одном рисунке) и определить для них МДС.

Таблица 2. Регулировочная характеристика

Охлаждение обмотки ротора - косвенное воздушное. За расчетную температуру обмотки ротора принимаем 130°С. Удельное сопротивление меди с присадкой серебра при температуре 15 °С.

,

при температуре 130°С

.

Для предварительного определения площади поперечного сечения эффективного проводника обмотки возбуждения требуется определить среднюю длину витка:

м,

м,

Определим среднюю длину лобовой части полувитка обмотки возбуждения:

; ;

м;

, .

Предварительную площадь поперечного сечения эффективного проводника

м²

Определяем обмотки возбуждения:

В.

м2.

м,

м²;

Площадь сечения эффективного проводника

Высота эффективного проводника

м.

Число эффективных проводников по высоте паза ротора принимаем

.

Уточняем высоту паза ротора с учетом данных:

м.

Так как окончательная высота паза ротора не больше предварительной, а ширина паза осталась неизменной, то проверку допустимой ширины зубца ротора в его основании не делаем.

Уточняем размеры:

м;

м.

Число витков обмотки возбуждения на один полюс:

Номинальный ток возбуждения:

A.

Ток возбуждения при холостом ходе:

A.

Плотность тока в пазовой части обмотки ротора при номинальном возбуждении:

А/м²,

.

где при косвенном охлаждении находится в пределах

Сопротивление обмотки возбуждения при 15, 75 и 130°С:

Ом,

Ом,

Ом.

Номинальное напряжение обмотки возбуждения:

В.

Номинальное напряжение возбудителя:

В.

Номинальная мощность возбудителя:

Вт.

Параметры и постоянные времени, статическая перегружаемость и токи короткого замыкания, потери мощности и коэффициент полезного действия.

Индуктивное сопротивление взаимной индукции по продольной оси:

где значение и берут из п.105, 106; = для E_10* = 1.

Индуктивное сопротивление взаимной индукции по поперечной оси:

Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям соответственно:

;

,

,

Коэффициент рассеяния обмотки ротора:

для прямоугольных пазов ротора

.

Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения переменному току при отсутствии короткозамкнутых обмоток или контуров на статоре и роторе:

.

.

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения

Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси:

.

Сверхпереходные индуктивные сопротивления обмотки якоря по продольной и поперечной осям:

;

.

Синхронное индуктивное сопротивление обмотки якоря для токов обратной последовательности:

.

Синхронное индуктивное сопротивление обмотки якоря токам нулевой последовательности при в= 0.524 < 2/3? рассчитываем по (10.13):

.

Постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора с учетом действия вихревых токов в массивной бочке ротора:

c,

где = 0.797.

Постоянная времени затухания переходной составляющей тока якоря при внезапном трехфазном коротком замыкании обмотки:

c.

Постоянная времени затухания сверхпереходной составляющей тока якоря при внезапном трехфазном коротком замыкании обмотки:

c.

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока якоря при внезапном трехфазном коротком замыкании (без учета насыщения):

c,

Отношение короткого замыкания:

,

где = 1.11 находим по прямолинейной части характеристики холостого хода.

Кратность установившегося тока трехфазного короткого замыкания при номинальном возбуждении:

.

Кратность установившегося тока двухфазного короткого замыкания:

при F2 = F20 = 1: ,

при F2 = F2н = 1.74: .

Кратность установившегося тока однофазного короткого замыкания:

.

При F2=F20=1, а при номинальном токе возбуждения

.

Кратность ударного тока:

.

Статическая перегружаемость:

,

что удовлетворяет требованиям ГОСТ. > 1,7,

Масса меди обмотки статора:

кг.

Найдем массу меди обмотки ротора:

кг.

Масса меди обмоток статора и ротора:

кг.

Масса стали ярма статора:

кг

Масса стали зубцов статора:

кг.

Полная масса электротехнической стали статора

кг.

Расход активных материалов

кг/(В А) для меди;

кг/(В А) для электротехнической стали.

Потери мощности при коротком замыкании

Основные электрические потери в обмотке якоря при 75 °С

Вт.

Для определения добавочных потерь в обмотке якоря следует найти коэффициент вытеснения тока :

Вт.

Добавочные потери мощности в обмотке якоря:

Добавочные потери мощности в зубцах и ярме от высших гармонических МДС обмотки возбуждения при коротком замыкании:

Вт,

Вт,

; где

;

;

; взяты со стр. 357 (В. И. Извеков).

Добавочные потери мощности в зубцах статора от зубцовых гармонических МДС обмотки возбуждения при коротком замыкании, добавочные пульсационные потери мощности в зубцах статора от зубчатости ротора при коротком замыкании следует учитывать, если

< 0.7.

Проверяем:

;

0.641 < 0.7 :

Вт, где

,

А,

Вт,

.

Добавочные потери мощности на поверхности ротора от высших гармонических МДС статора при коротком замыкании:

Вт,

.

Добавочные потери мощности на поверхности ротора от зубцовых гармонических МДС обмотки статора при коротком замыкании

Вт,

/ t 1 > l, можно не учитывать из-за их малых значений. Для рассматриваемого генератора это отношение меньше единицы.

.

Добавочные потери мощности в торцевых частях турбогенератора при коротком замыкании:

Вт.

Вт

Полные потери мощности при коротком замыкании и номинальном токе статора:

Потери мощности при холостом ходе

Потери мощности в стали ярма и зубцов статора:

Вт,

; .

Вт,

; .

Основные потери мощности в стали при холостом ходе

Вт.

Добавочные потери мощности в магнитопроводе статора от высших гармонических МДС обмотки возбуждения при холостом ходе

Вт.

Добавочные потери мощности в магнитопроводе статора от зубцовых гармонических МДС обмотки возбуждения при холостом ходе

Вт.

Добавочные пульсационные потери мощности в зубцах статора от зубчастости ротора при холостом ходе:

Вт.

Вт,

Добавочные потери мощности на поверхности ротора от зубчастости статора при холостом ходе:

,

.

Добавочные потери мощности при холостом ходе в торцевых частях:

Вт.

Сумма потерь мощности в стали при холостом ходе:

Вт.

Потери мощности на возбуждение

Потери мощности на возбуждение при номинальной нагрузке и температуре 75°С:

Вт,

- падение напряжения в щеточном контакте;

- КПД возбудителя.

Механические потери мощности

Потери мощности на трение в двух подшипниках скольжения:

Вт,

кг - масса ротора.

Диаметр и длину шейки вала (цапфы). Принимаем l_ц = 1.2d_ц ,

p_уд Па, , отсюда

м,

м.

Потери мощности на трение вращающегося ротора о воздух в корпусе:

Вт.

Потери мощности на трение двух бандажных колец о воздух:

Вт, где

м;

м,

Потери на трение торцевых поверхностей канавок рифления о воздух:

Вт,

-число канавок рифления (шаг рифления tp = 0.012м;

глубину канавок рифления принимаем

м .

Потери на трение щеток о контактные кольца:

Вт,

где s_{щ =} м² (А/м²); принимаем µ_т,

p_щ Па (стр. 366).

Потери мощности на вентиляцию

Отводимые газом потери мощности:

Вт.

Расход газа при воздушном охлаждении:

м³/с,

принимаем 0С, 0C.

Вт,

Потери мощности на вентиляцию:

- КПД вентилятора (осевого). где = (2.5 - 3.5) 103 Па,

Полные механические потери мощности, включая потери на вентиляцию и охлаждение:

Вт.

Вт.

Сумма потерь мощности при номинальной нагрузке:

Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке:

%

Зависимость КПД от нагрузки достаточно построить для, P = (0.25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25)Рн. Для определения КПД при нагрузках, отличных от номинальной, следует найти постоянные потери мощности, не зависящие от нагрузки, и переменные потери мощности, определяемые нагрузкой.

Постоянные потери мощности, не зависящие от нагрузки:

Вт.

Потери мощности короткого замыкания:

,

где значение тока I1 при постоянном напряжении и постоянном коэффициенте мощности пропорционально мощности нагрузки:

; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25.

,

здесь I2-по регулировочной характеристике для соответствующей нагрузки КПД при любой нагрузке в процентах:

.

Результаты расчета сведены в табл.3.

???f( P/Pн ).

Таблица 3. Зависимость КПД от нагрузки

Тепловой расчет

Геометрические размеры расчетного элемента:

ширина элемента на уровне ярма

м;

средняя ширина зубца

м.

Потери в расчетном элементе: потери в меди обмотки:

Вт,

31998 Вт-основные, а 350.3 Вт-добавочные потери в меди обмотки статора;

потери в стали ярма

Вт, где

Вт - полные потери в стали ярма;

потери в стали зубцов

Вт,

Вт - полные потери в стали зубцов.

Сопротивление теплопроводности пазовой изоляции обмотки статора. Пазовая изоляция компаундированная обладает удельной теплопроводностью 0,2 Вт/(м⁰С).

⁰С/ Вт,

м,

м.

Тепловые сопротивления для стали зубца. Принимаем теплопроводность вдоль листов 25 Вт/(м⁰С), поперек листов - 3.75 Вт/ (м⁰С):

⁰С/ Вт,

⁰С/ Вт.

Тепловые сопротивления для стали ярма:

⁰С/ Вт,

⁰С/ Вт,

сопротивление между ярмом и зубцом

⁰С/ Вт.

Уточняем полный расход воздуха через статор, где P = 274427,6 Вт;

с_v = 1100 Дж/ - теплоемкость воздуха при давлении 0.1 (МПа);

и₀ = 25 ⁰C - средняя температура подогрева воздуха.

м³/с.

Расход воздуха на один вентиляционный канал:

м³/с.

Скорость воздуха в зоне зубцового статора:

м/с.

Скорость воздуха в зоне ярма:

м/с.

Скорость воздуха в зоне внешней поверхности ярма принимает м/с.

Скорость воздуха в зазоре при средней максимальной скорости воздуха м/с

м/с,

м/с.

Коэффициенты теплоотдачи [Вт/ (м²⁰С)]:

в зазоре

в каналах вблизи зубцовой зоны

в каналах в зоне ярма

в зоне внешней поверхности ярма

Сопротивления теплоотдачи (⁰С/Вт): для зазора

;

c поверхности изоляции в канале

;

для зубца в канале

;

для ярма в канале

;

для внешней поверхности ярма

.

Сопротивления в схеме замещения (⁰С /Вт):

;

;

Перегрев зубцов:

⁰С,

Вт.

Перегрев меди обмотки:

⁰С.

Перегрев стали ярма:

⁰С.

Разность температур между медью и сталью зубцов статора 39.97--16.1=23.87 °С, что ниже допустимого значения (25 °С).

Окружная скорость на поверхности ротора:

м/с.

Скорость газа в каналах охлаждения ротора принимаем равной 0,4 от скорости на поверхности ротора, т. е. м/с.

Сопротивление теплоотдачи:

⁰С /Вт;

Сопротивление изоляции обмотки возбуждения

⁰С /Вт, м,

Вт/(м⁰С).

Общая площадь каналов на половине длины отсека

м²,

- коэффициент, учитывающий рифление поверхности ротора.

Тепловые нагрузки для поверхности ротора:

Вт/м²,

Вт.

Мощность потерь, выделяемых на расчетном участке длины ротора:

Вт/м².

Перегрев меди обмотки ротора:

⁰С,

⁰С - превышение температуры бочки ротора над температурой охлаждающей среды;

⁰С - перепад температуры в изоляции;

⁰С - перепад температуры по высоте зубца;

⁰С /Вт;

- удельная теплопроводность поковки ротора.

Основы механических расчетов

Угол между осями зубца и паза:

.

Диаметр по основанию клина:

м.

Диаметр по дну паза:

м.

Шаг по верху зубцов:

м.

Шаг по основанию клина:

м.

Шаг по дну паза:

м.

Размеры зубца на трех уровнях:

м,

м,

м,

м, м.

Радиусы центров тяжести:

меди и изоляции

м,

клина

м,

головки зубца

м,

зубца с головкой

м.

Массы материалов:

площадь сечения меди в пазу ротора ( 1 элементарный проводник)

м²,

масса меди в пазу

кг,

масса изоляции в пазу

кг,

масса головки зубца

кг,

масса части клина (дюралюминиевого кг/м3), соответствующей ширине паза,

кг,

масса зубца, включая головку,

кг.

Центробежные силы:

квадрат угловой скорости (разгонной) при частоте вращения 3600 об/мин

с^-2,

центробежные силы меди, изоляции и клина

Н,

сила, действующая на зубец (⁰):

Н,

сила, действующая на головку зубца:

Н,

центробежная сила зубца с головкой:

Н.

Напряжения:

в сечении зубца на уровне клина

Па,

в основании зубца

Па,

на периферии бочки ротора за счет внешней нагрузки

Па,

на периферии бочки ротора за счет собственной массы

Па,

отношение диаметра отверстия в теле бочки ротора к диаметру по дну пазов

,

коэффициенты напряжений

,

,

тангенциальные напряжения на поверхности внутреннего отверстия ротора

Па

Расчет напряжений в клине

Задаемся размерами клина по высоте:

м; м: м.

Находим :

.

По значению ₁ и углу в = 45° находим B₁ = 0.64.

Коэффициент ослабления клина:

,

где шаг вентиляционных отверстий в клине равен 0.0743 м при размере отверстий по оси ротора 0.016 м.

Максимальное напряжение в хвосте клина с учетом ослабления вентиляционными отверстиями:

Па.

Находим размер D:

м.

Напряжения в середине клина с учетом ослабления

Па.

Коэффициенты запаса:

для клина

;

для зубца

;

для бочки ротора

.

Оценка напряжений в бандаже

Размеры бандажа: внешний диаметр 0.687 м, внутренний диаметр 0.59 м, длина бандажа 0.445 м, средний вылет лобовой части обмотки возбуждения 0.22 м. Отношение внешнего диаметра к внутреннему:

.

Квадрат линейной скорости на среднем диаметре бандажа:

м²/с².

Напряжения в бандаже от собственной массы:

Па.

Площадь сечения бандажа:

м².

Средняя длина лобовой части обмотки возбуждения:

м

Масса меди лобовой части обмотки возбуждения:

кг.

Центробежная сила лобовой части:

Н.

Напряжения от давления лобовых частей:

Па.

Суммарные напряжения в бандаже:

Па.

Коэффициент запаса при пределе текучести бандажа Па:

.

Оценка критических частот

Вес ротора (из п. 182 масса ротора составляет 8391.36 кг):

Н.

Момент инерции:

м⁴, где

.

Прогиб ротора от собственного веса:

м.

здесь длина ротора между центрами подшипников l_p = 8 м.

Критическая частота вращения (первая):

об/мин.

Вторая критическая частота:

об/мин.

Обе частоты более чем на 20% отличаются от основной частоты 3000 об/мин.

Заключение

Турбогенераторы - весьма совершенные электрические машины, при проектировании и производстве которых постоянно находят применение последние достижения науки и техники.

Номинальная мощность, МВт	8
Номинальный коэффициент мощности	0.8
Номинальное линейное напряжение, кВ	6.3
Номинальная частота ЭДС, Гц	50
Частота вращения, об/мин	3000
Отношение короткого замыкания	1.1
Линейная нагрузка, А/м2	5.077 104
Плотность тока в стержне обмотки статора, А/м2	3.3 106
Магнитная индукция в немагнитном зазоре, Тл	0.755
Магнитная индукция в сечении зубцов статора, Тл	1.52
Магнитная индукция в ярме статора, Тл	1.31
Магнитная индукция в ярме ротора, Тл	1.4
Номинальный ток возбуждения, А	334.4
Номинальное напряжение обмотки возбуждения, В	122
Номинальное напряжение возбудителя, В	125
Статическая перегружаемость	2.393
Потери мощности при коротком замыкании, Вт	59854.8
Потери мощности при холостом ходе, Вт	71363
Потери мощности на возбуждение, Вт	39210.8
Полные механические потери мощности, Вт	103999
Перегрев меди обмотки ротора, 0С	102.986
КПД при номинальной нагрузке, %	96.68

В данном курсовом проекте представлен расчет турбогенератора типа Т - 12 с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора и обмотки ротора. Основные параметры спроектированного турбогенератора сведены в таблицу.

Список литературы

1. Извеков В.И. Проектирование турбогенераторов. М: Высш. шк.,1990г.

2. Сергеев П.С. Проектирование электрических машин М: Энергия, 1969г

3. Кацман М.М. Электрические машины. М: Высш. шк.,1990г.

4. Вольдек А.И. Электрические машины. Л: Энергия, 1978г.

Размещено на Allbest.ru