Проектирование генератора ТВ 40

 

Расход активных материалов для  меди, кг/(В×А)

 

 

g_M=G_M/S_H;                                                     (184)

g_M= 6554/50×10⁶ = 1,31×10^-4 кг/(В×А).

 

 

Расход активных материалов для  электротехнической стали,  кг/(В×А)

 

 

g_С =G_С/S_H ,                                                      (185)

g_С = 37701/50×10⁶ = 7,54×10^-4 кг/(В×А).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.14.2. Потери мощности при коротком замыкании и номинальном токе в обмотке якоря (потери короткого замыкания).

 

Основные электрические потери в обмотке якоря при номинальном  токе и температуре меди 75 ⁰С, Вт

 

 

Р_ЭО=3×I²_1HФ×r₁₍₇₅₎ ,                                                               (186)

Р_ЭО=3×2749²×3,62×10^-3 = 82091 Вт.

 

 

Добавочные потери в обмотке якоря, Вт

 

 

P_ЭД=(k_Ф –1)×Р_ЭО .                                                (187)

P_ЭД= (1,2 – 1) ×82091 = 16494 Вт.

 

 

Добавочные потери мощности в зубцах P_Znк и ярме P_аnк от высших гармонических МДС обмотки возбуждения при коротком замыкании, Вт

 

 

P_Znк=(1,3× j₁× р_Г1/50+1,5× j₂× р_В1/50) ×  (В_Z1/3/ОКЗ)²× G_Z1 ,                  (188)

P_аnк=1,7× k¢ × (1,2× j₁× р_Г1/50+1,7× j₂× р_В1/50) × (В_а1/ОКЗ)²× G_а1,             (189)

 

 

где j₁ и j₂ – поправочные коэффициенты для учета потерь на гистерезис и вихревые токи от гармонических МДС ротора, (j₁ = 0,0127 и j₂ = 0,19);

р_Г1/50 и р_В1/50 – удельные потери в стали на гистерезис и вихревые токи при магнитной индукции 1 Тл и частоте 50 Гц, (р_Г1/50 = 0,72 и р_В1/50 = 0,46);

В_Z1/3 , В_а1 – магнитные индукции в зубцах и ярме статора при номинальном напряжении и холостом ходе;

k¢=1 т.к.  применяется горячекатаная сталь;

 

 

P_Znк=(1,3× 0,0127×0,72 + 1,5× 0,19×0,46) ×  (1,438/0,597)²× 7105 = 5894 Вт,

P_аnк=1,7×1× (1,2× 0,0127× 0,72+1,7× 0,19×0,46) × (1,379/0,597)²×30596 = 44251 Вт.

 

 

После данных вычислений необходимо проверить условие

 

 

d×k_d/t₁£0,7,                                                         (190)

d×k_d/t₁=0,039×1,11/0,076 = 0,57 £0,7.

 

 

Условие выполняется, а значит следует  учитывать добавочные потери мощности в зубцах от зубцовых гармонических  МДС обмотки возбуждения при  коротком замыкании и добавочные пульсационные потери мощности в зубцах статора от зубчатости ротора при коротком замыкании.

Добавочные потери мощности в зубцах от зубцовых гармонических МДС обмотки  возбуждения при коротком замыкании, Вт

 

 

,                          (191)

 

 

где

 

 

=k_a×F_1н + x_{s 1*}×F_d0  -                                             (192)

 

 

МДС обмотки возбуждения при  трехфазном коротком замыкании и  токе якоря, равном номинальному, А

 

 

= 0,95×47485 + 0,143×20898 = 38637 А,

 

 

k_tn - коэффициент, учитывающий затухание высших гармонических магнитного поля в зазоре между статором и ротором

 

 

k²_tn=f(2pdk_d /t₁) = 0,0289;

Вт.

 

 

Добавочные пульсационные потери мощности в зубцах статора от зубчатости ротора при коротком замыкании, Вт

 

 

,                          (193)

 

 

где j 3 - коэффициент пульсационных потерь

 

 

,                                 (194)

 ,

Вт.

 

 

Добавочные потери мощности на поверхности  ротора от высших гармонических МДС  обмотки статора при коротком замыкании, Вт

 

 

,                                  (195)

 

 

где j₄ - коэффициент потерь на поверхности сплошного ротора от высших гармонических МДС обмотки статора, j₄ = 1,4 ;

 

 

Вт.

 

 

Добавочные потери мощности на поверхности  ротора от зубцовых гармонических МДС  обмотки статора при коротком замыкании P_2ZK ,

 

 

,                                        (196)

 

 

где j₅ – коэффициент потерь на поверхности сплошного ротора от зубцовых гармонических МДС обмотки статора при коротком замыкании  (j₅ = 0,16);

 

 

 Вт.

 

 

Добавочные потери мощности в торцевых частях турбогенератора при коротком замыкании, Вт

 

 

Р_ТК = 50×А²×D²₁×10^–7,                                              (197)

Р_ТК = 50×72785²×1,01²×10^-7 = 27021 Вт.

 

 

Полные потери мощности при коротком замыкании и номинальном токе статора, Вт

 

 

Р_КН= Р_ЭО+ Р_ЭД+ P_Znк+ P_аnк+ P¢_Znк+ P_ZZк+ P_2nк+ P_2Zк+Р_ТК.               (198)

Р_КН= 82091+16494+5894+44251+442+136+11688+520+27021= 188537 Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.14.3. Потери мощности при холостом ходе

Потери мощности в стали ярма P_са и зубцов P_Z1 статора, Вт

 

 

P_са= k_ДА×k¢×р_1/50× (В_а1)²×G_а1,                                        (199)

P_Z1= k_ДZ×k¢ ×р_1/50× (В_Z1/3)²×G_Z1,                                      (200)

 

 

где В_а1, В_Z1/3 – магнитные индукции в ярме и зубцах статора при холостом ходе и номинальном напряжении; k_ДА=1,3; k_ДZ=1,5 – коэффициенты, учитывающие увеличение потерь в стали из-за её механической обработки и неравномерности распределения магнитной индукции в сечении ярма и зубцов; р_1/50 – удельные потери в стали при магнитной индукции 1 Тл и частоте 50 Гц (р_1/50 =1,25);

 

 

P_са= 1,3×1×1,25×1,438²×30596 = 94487 Вт,

P_Z1= 1,5×1×1,25×1,379²×7105 = 27548 Вт.

 

 

Основные потери мощности в стали при холостом ходе, Вт

 

 

P_со= P_са+ P_Z1,                                                   (201)

P_со= 60230 + 17902 = 78132 Вт.

 

 

Добавочные потери мощности в магнитопроводе статора от высших гармонических МДС обмотки возбуждения при холостом ходе, Вт

 

 

P_1n0=ОКЗ²×( P_Znк+ P_аnк),                                          (202)

P_1n0= 0,597²×(5894+44251) = 17872 Вт.

 

 

Добавочные потери мощности в магнитопроводе статора от зубцовых гармонических МДС обмотки возбуждения при холостом ходе, Вт

 

 

P¢_Zn0=ОКЗ²× P¢ _Znк,                                               (203)

P¢_Zn0= 0,597²×442=158 Вт.

 

 

Добавочные пульсационные потери мощности в зубцах статора от зубчатости ротора при холостом ходе, Вт

 

 

.            (204)

Вт

 

 

Добавочные потери мощности на поверхности  ротора от зубчатости статора при  холостом ходе,  Вт

 

 

,                                  (205)

 

 

 где

 

 

                                           ,                                                   (206)

  ,                                             (207)

;

;

Вт.

 

 

Добавочные потери мощности при холостом ходе в торцевых частях, Вт

 

 

Р_Т0=ОКЗ²×Р_ТК,                                                  (208)

Р_Т0= 0,597

×27021 = 9631 Вт.

 

 

Сумма потерь мощности в стали при  холостом ходе,  Вт

 

 

Р_С= P_СО+P_1n0+ P¢_Zn0+P_ZZ0+P_2Z0+Р_Т0,                                (209)

Р_С = 122035+17872+158+19309+15174+9631 = 184179 Вт.

 

 

2.14.4. Потери мощности на возбуждение при номинальной нагрузке

(рассчитываются при температуре  75 ⁰С),  Вт,

,                                       (210)

 

где DU_Щ=2 В – падение напряжения в щёточном контакте; h_В=0,9 – КПД возбудителя, присоединенного непосредственно к валу турбогенератора;

 

 

Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.14.5. Механические потери мощности

 

Для расчета потерь мощности на трение в подшипниках определяют массу ротора, кг

 

 

G_Р=1,3 ×p ×7850×D²₂×l₂/4,                                           (211)

G_Р=1,3 ×3,14 ×7850×0,93²×2,81/4 = 19470 Вт.

 

 

Длина шейки вала l_Ц ,  м

 

 

l_Ц=1,2×d_Ц ,                                                    (212)

-                                              (213)

 

 

диаметр шейки вала (цапфы),  м;  р_уд =1,3×10⁶ Па – удельное давление в подшипниках скольжения;

 

 

м;

l_Ц=1,2× 0,25 = 0,3 м.

 

 

Потери мощности на трение в двух подшипниках скольжения турбогенератора,  Вт

 

 

,                                   (214)

 Вт.

 

 

Потери мощности на трение вращающегося ротора о газ при одном и том же давлении в водородной среде в 10 раз меньше, чем в воздухе. В машинах типа ТВ мощностью до 150 МВт избыточное давление водорода в корпусе р_Н=(0,5-0,7)×10⁵ Па.

Потери мощности на трение вращающегося ротора о газ с учетом меньшей  плотности водорода при соответствующем абсолютном давлении р_Н по сравнении с воздухом, Вт

 

 

Р_pН =57,3×10³×D⁴₂×l₂× р_Н ×10^-6,                                               (215)

Р_pН =57,3×10³×0,93⁴×2,81×0,5×10⁵×10^-6= 6022 Вт.

 

 

Потери мощности на трение двух бандажных  колец ротора о газ, Вт

 

 

Р_БКН =57,3×10³×D⁴_БК×l_БК × р_Н ×10^-6,                                   (216)

 

 

где D_БК, l_БК – диаметр и длина бандажного кольца

 

 

D_БК=С₁×D₂,                                                    (217)

l_БК=С₂×D₂,                                                    (218)

 

 

коэффициенты С₁= 1,037 м;   С₂= 0,67;

 

 

D_БК = 1,035×0,93 = 0,964 м,

l_БК = 0,66×0,93 = 0,623 м;

Р_БКН =57,3×10³×0,964⁴×0,623× 0,5×10⁵×10^-6= 1541 Вт.

 

 

Потери мощности от трения о газ  боковых поверхностей канавок рифления,  Вт

 

 

Р_рифН=2,7×п_риф×[D⁵₂ –(D₂ –2×h_риф)⁵] ×10³× р_Н ×10^-6,                     (219)

 

 

где  h_риф=5 мм – глубина канавок рифления; п_риф число канавок рифления на роторе,

 

 

п_риф=l₂/t_p ,                                                      (220)

п_риф= 2,41/0,012 = 234;

Р_рифН=2,7×234×[0,93⁵-(0,93-2×0,005)⁵] ×10³× 0,5×10⁵×10^-6 =1156 Вт.

 

 

Потери на трение щёток о контактные кольца, Вт

 

 

Р_ТЩ=98,1×m_Т×р_Д×s_Щ×p×D_К ,                                         (221)

 

 

где m_Т =0,1 – коэффициент трения при скольжении щёток по кольцу; р_Д =0,2×10⁵ Па – удельное давление щёток на кольцо; D_Щ=8,5×10⁴ А/м² – средняя плотность тока под щётками; D_К = 0,43м – наружный диаметр контактного кольца; s_Щ – суммарная поверхность всех щёток одной полярности, м,

 

s_Щ =I_2Н/D_Щ ,                                                    (222)

s_Щ =823,5/10×10⁴=9,7×10^-3 м²;

Р_ТЩ=98,1×0,175×0,225×10⁵×9,7×10^-3×3,14×0,43 = 5059 Вт.

 

2.14.6. Потери мощности на вентиляцию

 

Расход газа (водорода), м³/с

 

 

,                                            (223)