Что такое турбогенератор и его основные особенности
Турбогенератор представляет собой электрический генератор, приводимый во вращение с помощью турбины, которая может быть паровой или газовой. На тепловых электростанциях турбина и генератор образуют единый агрегат, будучи соединены напрямую. Турбогенераторы характеризуются высокой скоростью вращения, поскольку турбины ТЭС работают на больших оборотах для достижения оптимальных технико-экономических показателей. Максимальная частота вращения для таких установок достигает 50 оборотов в секунду (3000 об/мин).
Конструкция и устройство турбогенератора
Турбогенератор — это горизонтальная электрическая машина. Его ключевой вращающийся элемент, ротор, изготавливается из высокопрочной стали, способной выдерживать значительные механические нагрузки. Конструктивно ротор имеет относительно малый диаметр, но большую длину, которая, однако, обычно не превышает 8 метров. На его поверхности расположены продольные пазы, в которые уложена обмотка возбуждения. Питание на эту обмотку подаётся от возбудителя — отдельной электрической машины. Основная рабочая обмотка, в которой индуцируется электрический ток, размещена на статоре. Статор состоит из массивного корпуса и сердечника, собранного из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. В пазах этого сердечника и закреплена обмотка статора.
Особенности турбогенераторов для АЭС
Турбогенераторы, используемые на атомных электростанциях, имеют конструктивные отличия, обусловленные спецификой рабочего процесса. Из-за низких параметров пара, вырабатываемого ядерным реактором, частота вращения турбины здесь ниже — 25 оборотов в секунду (1500 об/мин). Соответственно, ротор таких генераторов имеет не одну, а две пары полюсов, увеличенный диаметр (до 1.8 метра) и значительную массу, которая может достигать 180 тонн.
Системы охлаждения и их влияние на мощность
Эффективный отвод тепла — критически важная задача для работы турбогенератора. В агрегатах мощностью до 30 МВт, как правило, применяется воздушное охлаждение. Для более мощных моделей (свыше 30 МВт) воздух заменяют водородом. Водород обладает значительно большей, чем воздух, теплоёмкостью и теплопроводностью, что позволяет интенсивнее отводить тепло от нагревающихся частей. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность генератора без роста его габаритов. Циркуляцию теплоносителя (водорода или воздуха) обеспечивают вентиляторы, установленные на одном валу с ротором, а его охлаждение происходит в специальном теплообменнике.
В турбогенераторах мощностью более 300 МВт часто применяется прямое охлаждение проводников обмоток дистиллированной водой. Наиболее эффективной для сверхмощных агрегатов считается комбинированная система: водород охлаждает сердечник статора, а вода — обмотки статора и ротора. Интересно, что с ростом единичной мощности турбогенератора снижается удельный расход материалов на его производство, что делает такие высокомощные агрегаты экономически более выгодными.