Πώς είναι διατεταγμένα τα σύγχρονα turbo και οι υδρογεννήτριες;
Στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς, οι γεννήτριες κινούνται από υδροστρόβιλους που περιστρέφονται με ταχύτητες 68 έως 250 σ.α.λ. Στις θερμοηλεκτρικές μονάδες, η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από μονάδες στροβίλου που αποτελούνται από έναν ατμοστρόβιλο και μια γεννήτρια στροβίλου. Για καλύτερη χρήση της ενέργειας ατμού, οι τουρμπίνες κατασκευάζονται ως τουρμπίνες υψηλής ταχύτητας με ταχύτητα περιστροφής 3000 σ.α.λ.. Οι θερμικές εγκαταστάσεις διατίθενται και σε μεγάλες βιομηχανικές επιχειρήσεις.
Οι εναλλάκτες είναι απλούστεροι στο σχεδιασμό και μπορούν να κατασκευαστούν με σημαντικά μεγαλύτερη ισχύ από τις γεννήτριες συνεχούς ρεύματος.
Οι περισσότερες σύγχρονες μηχανές χρησιμοποιούν ανεστραμμένο σχεδιασμό σε σύγκριση με μηχανές συνεχούς ρεύματος, δηλ. το σύστημα διέγερσης βρίσκεται στον ρότορα και η περιέλιξη του οπλισμού στον στάτορα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι είναι ευκολότερο να παρέχεται ένα σχετικά χαμηλό ρεύμα στο πηνίο διέγερσης μέσω συρόμενων επαφών παρά να παρέχεται ρεύμα στο πηνίο λειτουργίας. Το μαγνητικό σύστημα μιας σύγχρονης μηχανής φαίνεται στο Σχ. 1.
Οι πόλοι διέγερσης της σύγχρονης μηχανής βρίσκονται στον ρότορα.Οι πυρήνες των πόλων των ηλεκτρομαγνητών κατασκευάζονται με τον ίδιο τρόπο όπως στις μηχανές συνεχούς ρεύματος. Στο σταθερό μέρος, τον στάτορα, υπάρχει ένας πυρήνας 2, κατασκευασμένος από μονωμένα φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα, στα κανάλια του οποίου υπάρχει ένα πηνίο εργασίας για εναλλασσόμενο ρεύμα - συνήθως τριφασικό.
Ρύζι. 1. Μαγνητικό σύστημα σύγχρονης μηχανής
Όταν ο ρότορας περιστρέφεται, προκαλείται ένα εναλλασσόμενο emf στην περιέλιξη του οπλισμού, η συχνότητα του οποίου είναι ευθέως ανάλογη με την ταχύτητα του ρότορα. Το εναλλασσόμενο ρεύμα που διαρρέει το πηνίο εργασίας δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο. Ο ρότορας και το πεδίο του πηνίου εργασίας περιστρέφονται με την ίδια συχνότητα — συγχρονισμένα… Στη λειτουργία κινητήρα, το περιστρεφόμενο πεδίο εργασίας φέρει μαζί του τους μαγνήτες του συστήματος διέγερσης και στη λειτουργία γεννήτριας, το αντίστροφο.
Δείτε εδώ για περισσότερες λεπτομέρειες: Σκοπός και διάταξη σύγχρονων μηχανών
Σκεφτείτε να σχεδιάσετε τις πιο ισχυρές μηχανές — στροβιλογεννήτριες και υδρογεννήτριες... Οι γεννήτριες στροβίλων κινούνται από ατμοστρόβιλους, οι οποίοι είναι πιο οικονομικοί στις υψηλές ταχύτητες. Επομένως, οι γεννήτριες στροβίλων κατασκευάζονται με έναν ελάχιστο αριθμό πόλων του συστήματος διέγερσης — δύο, που αντιστοιχεί σε μέγιστη ταχύτητα περιστροφής 3000 rpm σε βιομηχανική συχνότητα 50 Hz.
Το κύριο πρόβλημα της μηχανικής στροβιλογεννήτριας είναι η δημιουργία ενός αξιόπιστου μηχανήματος με οριακές τιμές ηλεκτρικών, μαγνητικών, μηχανικών και θερμικών φορτίων. Αυτές οι απαιτήσεις αφήνουν ένα αποτύπωμα σε ολόκληρο το σχέδιο του μηχανήματος (Εικ. 2).
Ρύζι. 2. Γενική άποψη της γεννήτριας στροβίλου: 1 — δακτύλιοι ολίσθησης και συσκευή βούρτσας, 2 — ρουλεμάν, 3 — ρότορας, 4 — λωρίδα ρότορα, 5 — περιέλιξη στάτορα, 6 — περιέλιξη στάτη, 7 — περιελίξεις στάτορα, 8 — ανεμιστήρας.
Ο ρότορας μιας γεννήτριας στροβίλου κατασκευάζεται με τη μορφή συμπαγούς σφυρηλάτησης με διάμετρο έως 1,25 m, μήκος έως 7 m (μέρος εργασίας). Το συνολικό μήκος της σφυρηλάτησης, λαμβανομένου υπόψη του άξονα, είναι 12 — 15 μ. Στο τμήμα εργασίας αλέθονται κανάλια, μέσα στο οποίο τοποθετείται το πηνίο διέγερσης. Έτσι, λαμβάνεται ένας κυλινδρικός διπολικός ηλεκτρομαγνήτης χωρίς σαφώς καθορισμένους πόλους.
Στην παραγωγή στροβιλογεννήτριων χρησιμοποιούνται τα πιο σύγχρονα υλικά και σχεδιαστικές λύσεις, ιδίως η άμεση ψύξη των ενεργών μερών με πίδακες ψυκτικού παράγοντα - υδρογόνου ή υγρού. Για να ληφθεί υψηλή ισχύς, είναι απαραίτητο να αυξηθεί το μήκος του μηχανήματος, που του δίνει μια πολύ ιδιαίτερη εμφάνιση.
Οι υδρογεννήτριες (Εικ. 3) διαφέρουν σημαντικά στην κατασκευή από τις στροβιλογεννήτριες. Η απόδοση της λειτουργίας του υδραυλικού στροβίλου εξαρτάται από την ταχύτητα της ροής του νερού, δηλ. προσπάθεια. Είναι αδύνατο να δημιουργηθεί υψηλή πίεση σε επίπεδα ποτάμια, επομένως οι ταχύτητες περιστροφής του στροβίλου είναι πολύ χαμηλές - από δεκάδες έως εκατοντάδες στροφές ανά λεπτό.
Για να αποκτήσετε βιομηχανική συχνότητα 50 Hz, τέτοιες μηχανές χαμηλής ταχύτητας πρέπει να κατασκευάζονται με μεγάλο αριθμό πόλων. Για να φιλοξενήσει μεγάλο αριθμό πόλων, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η διάμετρος του ρότορα της υδρογεννήτριας, μερικές φορές μέχρι 10-11 m.
Ρύζι. 3. Διαμήκης τομή γεννήτριας υδρογόνου ομπρέλα: 1 — πλήμνη ρότορα, 2 — χείλος ρότορα, 3 — πόλος ρότορα, 4 — πυρήνας στάτορα, 5 — περιέλιξη στάτορα, 6 — εγκάρσια δοκός, 7 — φρένο, 8 — ρουλεμάν ώθησης, 9 — χιτώνιο ρότορα.
Η κατασκευή ισχυρών turbo και υδρογεννητριών είναι μια πρόκληση μηχανικής.Είναι απαραίτητο να επιλυθούν ορισμένα ζητήματα υπολογισμών μηχανικών, ηλεκτρομαγνητικών, θερμικών και αερισμού και να εξασφαλιστεί η κατασκευαστική ικανότητα της κατασκευής στην παραγωγή. Μόνο ισχυρές ομάδες σχεδιασμού και παραγωγής και εταιρείες μπορούν να χειριστούν αυτές τις εργασίες.
Οι κατασκευές διαφορετικών τύπων είναι πολύ ενδιαφέρουσες. σύγχρονες μικρομηχανές, στα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως συστήματα μόνιμου μαγνήτη και αντιδρώντων, δηλ. συστήματα στα οποία το λειτουργικό μαγνητικό πεδίο αλληλεπιδρά όχι με το μαγνητικό πεδίο διέγερσης, αλλά με τους σιδηρομαγνητικούς εμφανείς πόλους του ρότορα, οι οποίοι δεν έχουν περιέλιξη.
Ωστόσο, ο κύριος τεχνολογικός τομέας όπου οι σύγχρονες μηχανές δεν έχουν ανταγωνιστές σήμερα είναι η ενέργεια. Όλες οι γεννήτριες σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, από τις πιο ισχυρές έως τις κινητές, βασίζονται σε σύγχρονες μηχανές.
Οσον αφορά σύγχρονους κινητήρες, τότε το αδύναμο σημείο τους είναι το πρόβλημα εκκίνησης. Από μόνος του, ένας σύγχρονος κινητήρας συνήθως δεν μπορεί να επιταχύνει. Για να γίνει αυτό, είναι εξοπλισμένο με ένα ειδικό πηνίο εκκίνησης που λειτουργεί με βάση την αρχή μιας ασύγχρονης μηχανής, η οποία περιπλέκει τον σχεδιασμό και την ίδια τη διαδικασία εκκίνησης. Ως εκ τούτου, οι σύγχρονοι κινητήρες είναι γενικά διαθέσιμοι σε μέτρια έως υψηλή ισχύ.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει την κατασκευή μιας γεννήτριας στροβίλου.
Ο ρότορας 1 της γεννήτριας είναι κατασκευασμένος από σφυρηλάτηση χάλυβα, στην οποία φρεζάρονται αυλακώσεις για το πηνίο διέγερσης, που κινείται από μια ειδική μηχανή συνεχούς ρεύματος 10, που ονομάζεται διεγέρτης. Το ρεύμα στην περιέλιξη του ρότορα παρέχεται μέσω δακτυλίων ολίσθησης που κλείνουν από το περίβλημα 9, τα καλώδια της περιέλιξης του ρότορα συνδέονται με αυτά.
Κατά την περιστροφή, ο ρότορας παράγει μια μεγάλη φυγόκεντρη δύναμη.Στις αυλακώσεις του ρότορα, η περιέλιξη συγκρατείται από μεταλλικές σφήνες και οι χαλύβδινοι δακτύλιοι συγκράτησης 7 πιέζονται στα μπροστινά μέρη.
Ο στάτορας συναρμολογείται από σφραγισμένα φύλλα 2 ειδικού ηλεκτρικού χάλυβα, τα οποία είναι ενισχυμένα σε πλαίσιο 3 συγκολλημένο από λαμαρίνα χάλυβα. Κάθε φύλλο στάτορα αποτελείται από πολλά μέρη, που ονομάζονται τμήματα, τα οποία στερεώνονται με 4 μπουλόνια.
Στα κανάλια του στάτορα, τοποθετείται ένα πηνίο 6, στα καλώδια του οποίου προκαλούνται ηλεκτροκινητικές δυνάμεις όταν περιστρέφεται ο ρότορας. Οι ηλεκτροκινητικές δυνάμεις των συρμάτων περιέλιξης που συνδέονται σε σειρά αυξάνονται και δημιουργείται τάση αρκετών χιλιάδων βολτ στους ακροδέκτες 12. Όταν ρέουν ρεύματα μεταξύ των συρμάτων περιέλιξης, δημιουργούνται μεγάλες δυνάμεις. Επομένως, τα μπροστινά μέρη της περιέλιξης του στάτορα συνδέονται με δακτυλίους 5.
Ο ρότορας περιστρέφεται στα έδρανα 8. Μεταξύ του ρουλεμάν και της πλάκας βάσης τοποθετείται μια μόνωση διακοπής κυκλώματος, μέσω της οποίας μπορούν να κλείσουν τα ρεύματα ρουλεμάν. Το δεύτερο ρουλεμάν κατασκευάζεται μαζί με ατμοστρόβιλο.
Για την ψύξη της γεννήτριας, ο στάτορας χωρίζεται σε ξεχωριστές συσκευασίες, μεταξύ των οποίων βρίσκονται αγωγοί εξαερισμού. Ο αέρας οδηγείται από ανεμιστήρες 11 που είναι τοποθετημένοι στον ρότορα.
Για να ψύξετε ισχυρές γεννήτριες, είναι απαραίτητο να σπρώξετε μια τεράστια ποσότητα αέρα μέσα από αυτές, φτάνοντας τα δεκάδες κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Εάν ο αέρας ψύξης ληφθεί από τις εγκαταστάσεις του σταθμού, τότε με την παρουσία των πιο ασήμαντων ποσοτήτων σκόνης (μερικά χιλιοστόγραμμα ανά κυβικό μέτρο) σε αυτόν, η γεννήτρια θα μολυνθεί με σκόνη σε σύντομο χρονικό διάστημα. Επομένως, οι στροβιλογεννήτριες κατασκευάζονται με κλειστό σύστημα εξαερισμού.
Ο αέρας, ο οποίος θερμαίνεται όταν διέρχεται από τα κανάλια εξαερισμού της γεννήτριας, εισέρχεται σε ειδικούς ψύκτες αέρα που βρίσκονται κάτω από το περίβλημα της γεννήτριας στροβίλου.
Εκεί, ο θερμαινόμενος αέρας περνά ανάμεσα στους πτερυγωτούς σωλήνες του ψύκτη αέρα, μέσα από τους οποίους ρέει νερό και ψύχεται. Στη συνέχεια, ο αέρας επιστρέφει στους ανεμιστήρες, οι οποίοι τον ωθούν μέσω των αγωγών εξαερισμού. Με αυτόν τον τρόπο, η γεννήτρια ψύχεται συνεχώς με τον ίδιο αέρα και η σκόνη δεν μπορεί να μπει μέσα στη γεννήτρια.
Η ταχύτητα κατά μήκος της περιφέρειας του ρότορα μιας γεννήτριας στροβίλου υπερβαίνει τα 150 m / s. Σε αυτή την ταχύτητα, μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας δαπανάται για την τριβή του ρότορα στον αέρα. Για παράδειγμα, σε μια γεννήτρια στροβίλου με ισχύ 50.000 kWVt, οι απώλειες ενέργειας λόγω της τριβής του αέρα είναι το 53% του αθροίσματος όλων των απωλειών.
Για να μειωθούν αυτές οι απώλειες, ο εσωτερικός χώρος των ισχυρών στροβιλογεννήτριων γεμίζει όχι με αέρα, αλλά με υδρογόνο. Το υδρογόνο είναι 14 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα, δηλαδή έχει παρόμοια χαμηλότερη πυκνότητα, λόγω της οποίας μειώνονται σημαντικά οι απώλειες τριβής του ρότορα.
Προκειμένου να αποφευχθεί μια έκρηξη οξυυδρογόνου, που σχηματίζεται από ένα μείγμα υδρογόνου και οξυγόνου στον αέρα, ρυθμίζεται μια πίεση μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική μέσα στη γεννήτρια. Επομένως, το ατμοσφαιρικό οξυγόνο δεν μπορεί να διεισδύσει στη γεννήτρια.
τρισδιάστατο μοντέλο γεννήτριας ατμοστροβίλου:
Μια εκπαιδευτική ταινία που δημιουργήθηκε από το εργοστάσιο σχολικών ειδών το 1965:
Σύγχρονες γεννήτριες
