УДК 621.313.322

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТОРЦЕВОЙ ЗОНЕ СТАТОРА И РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА НА НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ В СТАЦИОНАРНЫХ И НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМАХ

        Исследования проводились в соответствие с планами научных работ отдела № 10 Института электродинамики НАНУ.
        1. Статистика аварий турбогенераторов (ТГ) показывает, что основными причинами отказов являются повреждения активной стали и изоляции обмоток вследствие местных перегревов, ослабления прессовки стали и ее вибрации. Решающую роль в процессах «распушовки» крайнего пакета играют многоцикличное фрикционное взаимодействие стержня обмотки и зубца крайнего пакета при изменении электрической нагрузки ТГ и соответственно их взаимные относительные перемещения вследствие различных уровней нагрева.
        Целью данной работы было проведение исследований с помощью численного метода конечных элементов (МКЭ) термомеханических перемещений, деформаций и напряжений в изоляции стержня обмотки статора ТГ мощностью 120…800 МВт.
        Исследования показали, что область стержня обмотки в месте выхода ее из паза является наиболее опасной с точки зрения термомеханических напряжений и прочности изоляции.
        При регулировании охлаждения и снижении активной нагрузки ТГ от номинального значения до холостого хода величины термомеханических напряжений в изоляции остаются практически неизменными вследствие поддержания температуры хладоагента на входе в обмотку на уровне номинального режима. При этом диапазон изменения смещений стержня обмотки относительно крайнего пакета сердечника статора уменьшается почти в три раза.
        В действующих ТГ с выработанным ресурсом внедрение регулирования охлаждения обмотки представляется еще более целесообразным и практически единственным способом для уменьшения действия факторов, способствующих «распушению» крайних пакетов сердечника.
        2. В асинхронных режимах работы ТГ потери выделяются также и в конструктивных элементах бочки ротора, не имеющих непосредственного охлаждения. При нагрузках, больших 40 %, они превышают потери, выделяемые в обмотке ротора при работе в номинальном режиме, и распределяются неравномерно, что может привести к повышенным местным нагревам.
        Симметричные демпферные системы на роторе позволяют существенно улучшить асинхронные характеристики синхронного ТГ. При этом активная мощность ТГ типа ТГВ-325 при номинальном токе статора в асинхронном режиме может быть увеличена до 80%.
        Результаты исследований теплового состояния торцевой зоны ротора ТГВ-325 с внешним демпфером с учетом распределения локальных потерь в его конструктивных элементах в асинхронном режиме показали, что наиболее нагретой областью ротора является ярмо, что требует более детальных и тщательных исследований указанной зоны и системы охлаждения генератора с точки зрения получения допустимого уровня нагревов и температурных перепадов в роторе. Нагрев обмотки вследствие малой величины потерь в ней определяется в основном температурой горячего газа в каналах и подсосом тепла от тела бочки.
        Необходимо отметить, что проведение экспериментальных исследований на реальном объекте очень затруднительно в связи с необходимостью специального оснащения вращающегося ротора термодатчиками и съема с него информации.
        Достоверность разработанных численных расчетных методик подтверждена удовлетворительным совпадением результатов с экспериментальными данными исследований теплового и термомеханического состояния элементов части натурного стержня длиной в аксиальном направлении 1 метр ТГ мощностью 300 МВт на лабораторном стенде отдела № 10.