Bagaimanakah turbo segerak dan hidrogenerator disusun?

Dalam loji kuasa hidroelektrik, penjana digerakkan oleh turbin air yang berputar pada kelajuan 68 hingga 250 rpm. Dalam loji kuasa haba, tenaga elektrik dijana oleh unit turbin yang terdiri daripada turbin stim dan penjana turbin. Untuk penggunaan tenaga wap yang lebih baik, turbin dibina sebagai turbin berkelajuan tinggi dengan kelajuan putaran 3000 rpm. Loji terma juga boleh didapati di perusahaan industri besar.

Alternator lebih ringkas dalam reka bentuk dan boleh dibina dengan kuasa yang jauh lebih besar daripada penjana DC.

Kebanyakan mesin segerak menggunakan reka bentuk terbalik berbanding dengan mesin DC, iaitu sistem pengujaan terletak pada rotor dan belitan angker pada stator. Ini disebabkan oleh fakta bahawa lebih mudah untuk membekalkan arus yang agak rendah ke gegelung pengujaan melalui sesentuh gelongsor daripada membekalkan arus ke gegelung kendalian. Sistem magnet bagi mesin segerak ditunjukkan dalam Rajah. 1.

Kutub pengujaan mesin segerak terletak pada pemutar.Teras tiang elektromagnet dibuat dengan cara yang sama seperti dalam mesin arus terus. Pada bahagian pegun, stator, terdapat teras 2, diperbuat daripada kepingan terlindung keluli elektrik, di saluran yang terdapat gegelung kerja untuk arus ulang-alik - biasanya tiga fasa.

nasi. 1. Sistem magnetik mesin segerak

Apabila pemutar berputar, emf berselang-seli diaruhkan dalam belitan angker, yang frekuensinya berkadar terus dengan kelajuan pemutar. Arus ulang alik yang mengalir melalui gegelung kerja mencipta medan magnetnya sendiri. Rotor dan medan gegelung kerja berputar pada frekuensi yang sama — secara serentak… Dalam mod motor, medan kerja berputar membawa bersamanya magnet sistem pengujaan, dan dalam mod penjana, begitu juga sebaliknya.

Lihat di sini untuk butiran lanjut: Tujuan dan susunan mesin segerak

Pertimbangkan untuk mereka bentuk mesin yang paling berkuasa — turbo dan hidrogenerator... Penjana turbin digerakkan oleh turbin stim, yang paling menjimatkan pada kelajuan tinggi. Oleh itu, penjana turbin dibuat dengan bilangan kutub minimum sistem pengujaan - dua, yang sepadan dengan kelajuan putaran maksimum 3000 rpm pada frekuensi industri 50 Hz.

Masalah utama kejuruteraan penjana turbo ialah penciptaan mesin yang boleh dipercayai dengan nilai had beban elektrik, magnet, mekanikal dan haba. Keperluan ini meninggalkan kesan pada keseluruhan reka bentuk mesin (Gamb. 2).

nasi. 2. Pandangan umum penjana turbin: 1 — gelang gelincir dan radas berus, 2 — galas, 3 — rotor, 4 — jalur rotor, 5 — belitan stator, 6 — stator, 7 — belitan stator, 8 — kipas.

Rotor penjana turbin dibuat dalam bentuk penempaan pepejal dengan diameter sehingga 1.25 m, panjang sehingga 7 m (bahagian kerja). Jumlah panjang penempaan, dengan mengambil kira aci, ialah 12 — 15 m. Saluran digiling pada bahagian kerja, di mana gegelung pengujaan diletakkan. Oleh itu, elektromagnet bipolar silinder tanpa kutub yang jelas diperolehi.

Dalam pengeluaran penjana turbin, bahan terkini dan penyelesaian reka bentuk digunakan, khususnya, penyejukan terus bahagian aktif oleh jet agen penyejuk - hidrogen atau cecair. Untuk mendapatkan kuasa tinggi, perlu menambah panjang mesin, yang memberikan rupa yang sangat istimewa.

Penjana hidro (Rajah 3) berbeza dengan ketara dalam pembinaan daripada penjana turbin. Kecekapan operasi turbin hidraulik bergantung pada kelajuan aliran air, i.e. usaha. Adalah mustahil untuk mencipta tekanan tinggi pada sungai rata, oleh itu kelajuan putaran turbin adalah sangat rendah - dari puluhan hingga ratusan putaran seminit.

Untuk mendapatkan frekuensi industri 50 Hz, mesin berkelajuan rendah tersebut mesti dibuat dengan bilangan kutub yang banyak. Untuk menampung sejumlah besar tiang, perlu meningkatkan diameter pemutar hidrogenerator, kadang-kadang sehingga 10-11 m.

nasi. 3. Bahagian membujur penjana hidrogen payung: 1 — hab pemutar, 2 — rim pemutar, 3 — tiang pemutar, 4 — teras pemegun, 5 — belitan pemegun, 6 — rasuk silang, 7 — brek, 8 — galas tujah, 9 - lengan pemutar.

Membina turbo berkuasa dan penjana hidro adalah satu cabaran kejuruteraan.Ia adalah perlu untuk menyelesaikan beberapa isu pengiraan mekanikal, elektromagnet, haba dan pengudaraan dan untuk memastikan kebolehkilangan struktur dalam pengeluaran. Hanya reka bentuk dan pasukan pengeluaran yang berkuasa dan syarikat boleh mengendalikan tugasan ini.

Struktur pelbagai jenis sangat menarik. mesin mikro segerak, di mana sistem magnet kekal dan reaktif digunakan secara meluas, i.e. sistem di mana medan magnet yang bekerja tidak berinteraksi dengan medan magnet pengujaan, tetapi dengan kutub salient feromagnetik pemutar, yang tidak mempunyai penggulungan.

Namun bidang teknologi utama di mana mesin segerak tidak mempunyai pesaing hari ini ialah tenaga. Semua penjana dalam loji kuasa, daripada yang paling berkuasa kepada yang mudah alih, adalah berdasarkan mesin segerak.

Untuk motor segerak, maka titik lemah mereka adalah masalah permulaan. Dengan sendirinya, motor segerak biasanya tidak boleh memecut. Untuk melakukan ini, ia dilengkapi dengan gegelung permulaan khas yang bekerja pada prinsip mesin tak segerak, yang merumitkan reka bentuk dan proses permulaan itu sendiri. Oleh itu, motor segerak biasanya tersedia dalam penarafan kuasa sederhana hingga tinggi.

Rajah di bawah menunjukkan binaan penjana turbin.

Rotor 1 penjana diperbuat daripada penempaan keluli, di mana alur dikisar untuk gegelung pengujaan, didorong oleh mesin DC khas 10, dipanggil penguja. Arus ke belitan pemutar dibekalkan melalui gelang gelincir yang ditutup oleh perumah 9, wayar penggulungan pemutar disambungkan kepadanya.

Apabila berputar, rotor menghasilkan daya emparan yang besar.Dalam alur pemutar, belitan dipegang oleh baji logam, dan gelang penahan keluli 7 ditekan pada bahagian hadapan.

Stator dipasang daripada kepingan bercop 2 keluli elektrik khas, yang diperkukuh dalam bingkai 3 yang dikimpal daripada keluli lembaran. Setiap daun stator terdiri daripada beberapa bahagian, dipanggil segmen, yang dipasang dengan 4 bolt.

Dalam saluran pemegun, gegelung 6 diletakkan, di dalam wayar yang daya gerak elektriknya teraruh apabila pemutar berputar. Daya gerak elektrik bagi wayar penggulungan bersiri meningkat dan voltan beberapa ribu volt dijana pada terminal 12. Apabila arus mengalir di antara wayar penggulungan, daya besar dicipta. Oleh itu, bahagian hadapan belitan stator disambungkan oleh gelang 5.

Rotor berputar dalam galas 8. Di antara galas dan plat asas diletakkan penebat pemutus litar, yang melaluinya arus galas boleh ditutup. Galas kedua dibuat bersama-sama dengan turbin stim.

Untuk menyejukkan penjana, stator dibahagikan kepada pakej berasingan, di antara saluran pengudaraan terletak. Udara digerakkan oleh kipas 11 yang dipasang pada rotor.

Untuk menyejukkan penjana berkuasa, perlu untuk menolak sejumlah besar udara melaluinya, mencapai puluhan meter padu sesaat.

Sekiranya udara penyejuk diambil dari premis stesen, maka dengan kehadiran jumlah habuk yang paling tidak ketara (beberapa miligram per meter padu) di dalamnya, penjana akan tercemar dengan habuk dalam masa yang singkat. Oleh itu, penjana turbin dibina dengan sistem pengudaraan tertutup.

Udara, yang dipanaskan apabila melalui saluran pengudaraan penjana, memasuki penyejuk udara khas yang terletak di bawah selongsong penjana turbin.

Di sana, udara yang dipanaskan melalui antara tiub bersirip penyejuk udara, di mana air mengalir, dan disejukkan. Udara kemudiannya dikembalikan kepada kipas, yang mendorongnya melalui saluran pengudaraan. Dengan cara ini, penjana disejukkan secara berterusan dengan udara yang sama dan habuk tidak boleh masuk ke dalam penjana.

Kelajuan sepanjang lilitan pemutar penjana turbin melebihi 150 m / s. Pada kelajuan ini, sejumlah besar tenaga dibelanjakan untuk geseran pemutar di udara. Sebagai contoh, dalam penjana turbin dengan kuasa 50,000 kWVt, kehilangan tenaga akibat geseran udara adalah 53% daripada jumlah semua kerugian.

Untuk mengurangkan kerugian ini, ruang dalaman penjana turbin berkuasa diisi bukan dengan udara, tetapi dengan hidrogen. Hidrogen adalah 14 kali lebih ringan daripada udara, iaitu, ia mempunyai ketumpatan yang lebih rendah yang serupa, yang menyebabkan kehilangan geseran rotor berkurangan dengan ketara.

Untuk mengelakkan letupan oksihidrogen, yang terbentuk daripada campuran hidrogen dan oksigen dalam udara, tekanan yang lebih tinggi daripada atmosfera ditetapkan di dalam penjana. Oleh itu, oksigen atmosfera tidak boleh menembusi penjana.

Model 3D penjana turbin stim:

Pita pendidikan yang dicipta oleh kilang bekalan sekolah pada tahun 1965:
Penjana segerak