كيف يتم ترتيب التوربينات والهيدروجين المتزامنة؟

في محطات الطاقة الكهرومائية ، يتم تشغيل المولدات بواسطة توربينات مائية تدور بسرعات تتراوح من 68 إلى 250 دورة في الدقيقة.في محطات الطاقة الحرارية ، يتم توليد الطاقة الكهربائية بواسطة وحدات التوربينات التي تتكون من توربين بخاري ومولد توربيني. من أجل استخدام أفضل للطاقة البخارية ، يتم تصنيع التوربينات على شكل توربينات عالية السرعة مع سرعة دوران تبلغ 3000 دورة في الدقيقة ، كما تتوفر المحطات الحرارية في المؤسسات الصناعية الكبيرة.

المولدات هي أبسط في التصميم ويمكن بناؤها بطاقة أكبر بكثير من مولدات التيار المستمر.

تستخدم معظم الآلات المتزامنة تصميمًا مقلوبًا مقارنةً بـ آلات التيار المستمر، أي. يقع نظام الإثارة على الدوار وملف المحرك على الجزء الثابت. هذا يرجع إلى حقيقة أنه من الأسهل توفير تيار منخفض نسبيًا لملف الإثارة من خلال جهات الاتصال المنزلقة بدلاً من توفير التيار لملف التشغيل. يظهر النظام المغناطيسي لآلة متزامنة في الشكل. 1.

توجد أقطاب الإثارة للآلة المتزامنة على الدوار.صُنعت الأقطاب القطبية للمغناطيسات الكهربائية بالطريقة نفسها كما في آلات التيار المباشر. في الجزء الثابت ، الجزء الثابت ، يوجد نواة 2 ، مصنوعة من صفائح معزولة من الفولاذ الكهربائي ، يوجد في قنواتها ملف عمل للتيار المتردد - عادة ما تكون ثلاثية الطور.

أرز. 1. نظام مغناطيسي لآلة متزامنة

عندما يدور الدوار ، يتم إحداث قوة emf متناوبة في ملف المحرك ، حيث يتناسب ترددها طرديًا مع سرعة الدوار. يخلق التيار المتناوب المتدفق عبر ملف العمل مجاله المغناطيسي الخاص. يدور الدوار ومجال ملف العمل بنفس التردد - بشكل متزامن... في وضع المحرك ، يحمل مجال العمل الدوار معه مغناطيسات نظام الإثارة ، وفي وضع المولد ، بالعكس.

انظر هنا لمزيد من التفاصيل: الغرض من الآلات المتزامنة وترتيبها

ضع في اعتبارك تصميم أقوى الآلات - التوربينات والمولدات الهيدروجينية ... مولدات التوربينات يتم تشغيلها بواسطة التوربينات البخارية ، وهي الأكثر اقتصادا عند السرعات العالية. لذلك ، يتم تصنيع مولدات التوربينات بأقل عدد من أعمدة نظام الإثارة - اثنان ، وهو ما يتوافق مع سرعة دوران قصوى تبلغ 3000 دورة في الدقيقة عند تردد صناعي قدره 50 هرتز.

تتمثل المشكلة الرئيسية في هندسة المولدات التوربينية في إنشاء آلة موثوقة بقيم حدية للأحمال الكهربائية والمغناطيسية والميكانيكية والحرارية. تترك هذه المتطلبات بصمة على التصميم الكامل للآلة (الشكل 2).

أرز. 2. منظر عام لمولد التوربينات: 1 - حلقات الانزلاق وجهاز الفرشاة ، 2 - محمل ، 3 - دوار ، 4 - شريط دوار ، 5 - لف الجزء الثابت ، 6 - الجزء الثابت ، 7 - لفات الجزء الثابت ، 8 - مروحة.

يتكون الدوار لمولد التوربينات على شكل مطرقة صلبة بقطر يصل إلى 1.25 متر ، بطول يصل إلى 7 أمتار (جزء العمل). يبلغ الطول الإجمالي للتزوير ، مع مراعاة العمود ، من 12 إلى 15 مترًا ، ويتم طحن القنوات على جزء العمل ، حيث يتم وضع ملف الإثارة. وبالتالي ، يتم الحصول على مغناطيس كهربائي أسطواني ثنائي القطب بدون أقطاب محددة بوضوح.

في إنتاج مولدات التوربينات ، يتم استخدام أحدث المواد وحلول التصميم ، على وجه الخصوص ، التبريد المباشر للأجزاء النشطة بواسطة نفاثات عامل التبريد - الهيدروجين أو السائل. من أجل الحصول على طاقة عالية ، من الضروري زيادة الطول من الماكينة ، مما يمنحها مظهرًا خاصًا جدًا.

تختلف المولدات المائية (الشكل 3) اختلافًا كبيرًا في البناء عن مولدات التوربينات. تعتمد كفاءة تشغيل التوربين الهيدروليكي على سرعة تدفق المياه ، أي جهد. من المستحيل إحداث ضغط مرتفع على الأنهار المسطحة ، وبالتالي فإن سرعات دوران التوربينات منخفضة جدًا - من عشرات إلى مئات الثورات في الدقيقة.

للحصول على تردد صناعي قدره 50 هرتز ، يجب تصنيع هذه الآلات منخفضة السرعة بعدد كبير من الأعمدة. لاستيعاب عدد كبير من الأعمدة ، من الضروري زيادة قطر الدوار لمولد الهيدروجين ، حتى يصل أحيانًا إلى 10-11 مترًا.

أرز. 3. المقطع الطولي لمولد الهيدروجين المظلي: 1 - محور الدوار ، 2 - حافة الدوار ، 3 - عمود الدوار ، 4 - قلب الجزء الثابت ، 5 - لف الجزء الثابت ، 6 - العارضة المستعرضة ، 7 - الفرامل ، 8 - محمل الدفع ، 9 - كم الدوار.

يعد بناء مولدات توربينية ومولدات مائية قوية تحديًا هندسيًا.من الضروري حل عدد من القضايا المتعلقة بالحسابات الميكانيكية والكهرومغناطيسية والحرارية وحسابات التهوية ولضمان قابلية تصنيع الهيكل في الإنتاج. يمكن فقط لفرق التصميم والإنتاج القوية والشركات التعامل مع هذه المهام.

الهياكل من أنواع مختلفة مثيرة جدا للاهتمام. الآلات الدقيقة المتزامنة، حيث يتم استخدام المغناطيس الدائم والأنظمة التفاعلية على نطاق واسع ، أي الأنظمة التي يتفاعل فيها المجال المغناطيسي العامل ليس مع المجال المغناطيسي للإثارة ، ولكن مع الأقطاب المغناطيسية المغناطيسية البارزة للدوار ، والتي لا تحتوي على ملف.

ومع ذلك ، فإن المجال التكنولوجي الرئيسي حيث لا يوجد منافس للآلات المتزامنة اليوم هو الطاقة. تعتمد جميع المولدات في محطات توليد الطاقة ، من الأقوى إلى المولدات المتنقلة ، على الآلات المتزامنة.

أما بالنسبة لل محركات متزامنة، فإن نقطة ضعفهم هي مشكلة بدء التشغيل. في حد ذاته ، لا يمكن للمحرك المتزامن عادةً أن يتسارع. للقيام بذلك ، تم تجهيزه بملف بدء خاص يعمل على مبدأ الآلة غير المتزامنة ، مما يعقد التصميم وعملية البدء نفسها. لذلك ، تتوفر المحركات المتزامنة بشكل عام في تصنيفات الطاقة المتوسطة إلى العالية.

يوضح الشكل أدناه بناء مولد التوربينات.

يتكون الدوار 1 للمولد من تشكيل الفولاذ ، حيث يتم طحن الأخاديد لملف الإثارة ، مدفوعة بآلة DC خاصة 10 ، تسمى المثير. يتم توفير التيار إلى ملف الدوار من خلال حلقات الانزلاق المغلقة بواسطة السكن 9 ، وترتبط بها أسلاك لف الدوار.

عند الدوران ، ينتج الدوار قوة طرد مركزي كبيرة.في أخاديد الدوار ، يتم تثبيت الملف بواسطة أسافين معدنية ، ويتم ضغط حلقات الاحتفاظ الفولاذية 7 على الأجزاء الأمامية.

يتم تجميع الجزء الثابت من صفائح مختومة 2 من الفولاذ الكهربائي الخاص ، والتي يتم تقويتها في إطار 3 ملحوم من صفائح الفولاذ. تتكون كل ورقة الجزء الثابت من عدة أجزاء ، تسمى المقاطع ، والتي يتم تثبيتها بأربعة براغي.

في قنوات الجزء الثابت ، يتم وضع ملف 6 ، في الأسلاك التي تتسبب فيها القوى الدافعة الكهربائية عندما يدور الدوار. تزداد القوى الدافعة الكهربائية لأسلاك اللف المتصلة بالسلسلة ويتولد جهد يصل إلى عدة آلاف من الفولتات في المحطات 12. عندما تتدفق التيارات بين الأسلاك المتعرجة ، يتم إنشاء قوى كبيرة. لذلك ، فإن الأجزاء الأمامية من لف الجزء الثابت متصلة بحلقات 5.

يدور الدوار في المحامل 8. بين المحمل ولوحة القاعدة يتم وضع عازل لكسر الدائرة ، يمكن من خلاله إغلاق التيارات المحمل. المحمل الثاني مصنوع مع توربين بخاري.

لتبريد المولد ، يتم تقسيم الجزء الثابت إلى حزم منفصلة ، توجد بينها قنوات التهوية. يتم تشغيل الهواء بواسطة مراوح 11 مثبتة على الدوار.

من أجل تبريد المولدات القوية ، من الضروري دفع كمية هائلة من الهواء من خلالها ، تصل إلى عشرات الأمتار المكعبة في الثانية.

إذا تم أخذ هواء التبريد من مباني المحطة ، فمع وجود كميات ضئيلة من الغبار (بضع مليغرامات لكل متر مكعب) ، سوف يتلوث المولد بالغبار في وقت قصير. لذلك ، مولدات التوربينات مبنية بنظام تهوية مغلق.

يدخل الهواء ، الذي يتم تسخينه عند المرور عبر قنوات التهوية الخاصة بالمولد ، في مبردات هواء خاصة موجودة أسفل غلاف مولد التوربينات.

هناك ، يمر الهواء الساخن بين الأنابيب ذات الزعانف لمبرد الهواء ، والتي من خلالها يتدفق الماء ، ويتم تبريده. ثم يعود الهواء إلى المراوح التي تدفعه عبر قنوات التهوية. بهذه الطريقة ، يتم تبريد المولد باستمرار بنفس الهواء ولا يمكن للغبار الدخول إلى المولد.

تتجاوز السرعة على طول محيط الدوار لمولد التوربينات 150 م / ث. بهذه السرعة ، يتم إنفاق قدر كبير من الطاقة على احتكاك الجزء المتحرك في الهواء. على سبيل المثال ، في مولد توربيني بقوة 50000 كيلو وات ، فإن فقد الطاقة بسبب احتكاك الهواء يمثل 53٪ من مجموع الخسائر.

لتقليل هذه الخسائر ، لا يتم ملء المساحة الداخلية لمولدات التوربينات القوية بالهواء ، ولكن بالهيدروجين. الهيدروجين أخف 14 مرة من الهواء ، أي أنه يتمتع بكثافة أقل مماثلة ، مما يؤدي إلى تقليل خسائر الاحتكاك بالدوار بشكل كبير.

من أجل منع انفجار الأكسجين الهيدروجين ، المتكون من خليط من الهيدروجين والأكسجين في الهواء ، يتم ضبط ضغط أعلى من الضغط الجوي داخل المولد. لذلك ، لا يستطيع الأكسجين الجوي اختراق المولد.

نموذج ثلاثي الأبعاد لمولد توربينات بخارية:

شريط تعليمي ابتكره مصنع اللوازم المدرسية عام 1965:
مولدات متزامنة