Проектирование генератора ТВ 40

 

 

где q_Г =23 °С – подогрев газа при водородном охлаждении;  q¢_Г =5 °С - подогрев газа на вентиляторе при водородном охлаждении °С.

 

 

Р¢ – потери мощности, отводимые газом,

 

 

Р¢= Р_С+Р_КН+Р_2Н+Р_рН+ Р_БКН+Р_рифН,                                    (225)

Р¢= 184179+188537+160819+6022+1541+1156 = 542254 Вт;

м³/с.

 

 

 

Потери мощности на вентиляцию,  Вт

 

 

,                                                      (226)

 

 

где h_ВЕНТ =0,5 – КПД осевого вентилятора; Н_Г -напор вентилятора, Па ,

 

 

Н_Г = 6 ×р_Н×10^-3,                                                   (227)

Н_Г = 6 ×0,5×10⁵×10^-3 = 300 Па

Вт.

 

 

Полные механические потери мощности, Вт

 

 

Р_МЕХ= P_П+P_рН+ P_БКН+P_рифН+P_ТЩ+Р_ВЕНТ,                                     (228)

Р_МЕХ= 54447+6022+1541+1156+5059+32862=101087 Вт.

 

 

Сумма потерь мощности при номинальной нагрузке,  Вт,

 

Р_SН= P_С+ P_КН+ P_2Н+P_МЕХ,                                           (229)

Р_SН= 184179+188537+160819+101087 = 634622 Вт.

 

 

Коэффициент полезного действия при  номинальной нагрузке, %,

 

 

,                                            (230)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.14.7. Расчет КПД машины при различных нагрузках

Постоянными можно принять потери мощности в стали и механические, Вт

 

 

P₀= P_С+P_МЕХ,                                                     (231)

P₀=184179+188537 = 285266 Вт.

 

 

Потери мощности короткого замыкания  пропорциональны квадрату тока якоря, Вт

 

 

P_К =P_КН×(I₁/I_1НФ)²,                                                (232)

 

 

где значения тока I₁ при постоянном напряжении и постоянном коэффициенте мощности пропорциональны мощности нагрузки

 

 

I₁/I_1НФ= P/P_Н= 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25.

 

 

Потери мощности на возбуждение

 

 

P₂ =P_2Н×(I₂/I_2Н)²,                                                 (233)

 

 

где ток I₂ – определяется по регулировочной характеристике для соответствующего тока якоря.

Сумма потерь мощности при произвольной нагрузке,  Вт

 

 

 Р_S= P₀+ P_К+ P₂.                                                (234)

 

 

Результаты расчёта сводятся в  таблицу 5 и по ним строится кривая КПД изображенная на рисунке 7

 

 

h=f(P/P_Н).

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5 – Зависимость КПД от нагрузки.

 

Мощности и составляющие потерь	Р/РН
	0,25	0,5	0,75	1	1,25
Р,Вт	1000000	2000000	3000000	4000000	5000000
Р0,Вт	285266	285266	285266	285266	285266
РК , Вт	11784	47134	106052	188537	294589
Р2 , Вт	10051	40205	90461	160819	251280
РS , Вт	307101	372605	481779	634622	831135
h, %	97,02	98,17	98,42	98,44	98,36

 

 

 

Рисунок 7 – Зависимость КПД  от нагрузки

 

Результаты проведения электромагнитного  расчета показывают,  что все  значения магнитных индукций по участкам лежат в допустимых пределах  и соответствуют нормам для проектируемого турбогенератора.

 

          Основные величины магнитных индукций,  магнитных потоков и МДС по участкам магнитной цепи в проектируемом турбогенераторе:

 

немагнитный зазор:

 магнитный поток - Ф= 2,134 Вб, 

магнитная индукция - В_d= 0,77 Тл,

МДС -  F_d= 26525,73 А; 

 

зубцы статора:

магнитная индукция - В_Z1/3= 1,438 Тл,

напряженность магнитного поля – Н_{Z1/ 3}= 2470 А/м;

МДС - F_Z1= 459,42 А;

 

ярмо статора:

магнитная индукция – В’_а1= 1,378 Тл,

напряженность магнитного поля – Н’_а1= 1600 А/м, 

МДС -  F_а1= 1467,2 А;

 

зубцы ротора:

магнитная индукция - В_Z(0,2)= 1,718 Тл, В_Z(0,7) = 1,28 Тл,

напряженность магнитного поля – Н_Z(0,2)= 8600А/м,  Н_Z(0,7) = 1692 А/м;

МДС -  F_Z2= 240,6 А;

 

ярмо ротора:

магнитная индукция – В’_а2= 1,53 Тл,

напряженность магнитного поля – Н_а2= 3820А/м, 

МДС - F_а2= 1172,74 А.

 

3. Тепловой расчет

3.1. Тепловой расчет статора

Потери в расчетном объеме для меди, Вт

 

 

,                                             (235)

 Вт.

 

 

Потери в расчетном объеме для стали зубцов, Вт

 

 

q_Z=P_Z /(Z₁× n_П),                                                      (236)

 

 

где P_Z – суммарные потери в стали зубцов, включающие в себя основные и добавочные потери в стали зубцов, Вт

 

 

P_Z=P_Z1+P_Znk× (1+ОКЗ²)+ P_ZZ0,                                             (237)

P_Z= 27548+5894×(1+0,597²)+19309 = 54852 Вт;

q_Z= 54852/(42×54) = 24,2 Вт.

 

 

Потери в расчетном объеме для стали ярма, Вт

 

 

q_a=P_a/(Z₁× n_П),                                                          (238)                                      

 

 

где P_a – суммарные потери в стали ярма, Вт

 

 

P_a=P_са+P_ank× (1+ОКЗ²),                                                  (239)

P_a= 94487+44251×(1+0,597²)=154509 Вт;

q_a= 154509/(42×54) = 68,1 Вт.

 

 

Тепловое сопротивление изоляции в пазу, град/Вт

 

 

R_И=d_И/(2× l_ИЭ× h_M× l_ПАК),                                              (240)

где l_ИЭ – эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции с учетом прослойки газа между стержнем обмотки и стенкой паза,  Вт/(м×град)

 

 

,                                              (241)

 

 

d_И= 5,1 мм – односторонняя толщина корпусной изоляции; l_И= 0,26 Вт/(м×град)– удельная теплопроводность пазовой изоляции «Слюдотерм»; d_Н=0,2 мм – толщина газовой прослойки между стержнем обмотки и стенкой паза; l_Н=0,19 Вт/(м×град) – удельная теплопроводность охлаждающего газа при температуре 40°С;

 

 

 Вт/(м×град);

 

 

h_M – высота меди проводника, м

 

 

h_M = h_П1 – h_кл1,                                                      (242)

h_M = 0,186-0,032 = 0,154 м;

R_И= 0,0051/(2×0,256×0,154×0,04)=1,62 град/Вт.

 

 

Тепловое сопротивление изоляции обмотки в радиальном канале,  град/Вт

 

 

R¢_И=d_И/(2× l_И× h_M× l_ПАК),                                             (243)

R¢_И= 0,0051/(2×0,26×0,154×0,04) = 1,59 град/Вт.

 

 

Тепловое сопротивление стали  зубца вдоль листов стали,  град/Вт

 

 

,                                              (244)

 

 

где b_Z1 – средняя толщина зубца, м

 

 

,                                                  (245)

 м;

l_d = 25 – теплопроводность стали вдоль листов

 

 

 град/Вт.

 

 

Тепловое сопротивление стали  зубца поперёк листов стали,  град/Вт

 

 

,                                                  (246)

 

где l_q = 3,75 – теплопроводность стали поперёк листов;

 

 

 град/Вт.

 

 

Тепловые сопротивления для стали ярма вдоль листов проката, град/Вт

 

 

,                                                 (247)

 

 

где b_a1 – ширина расчетного элемента на уровне ярма, м

 

 

,                                         (248)

 м;

 град/Вт.

 

 

Тепловые сопротивления для  стали ярма поперек листов проката,  град/Вт

 

 

,                                                (249)

 град/Вт.

 

 

Сопротивление между ярмом и зубцом, град/Вт

 

 

R_Za=R¢_dZ+R¢_da,                                                  (250)

R_Za= 1,55+1,408 =  2,958 град/Вт.

 

 

Вычисляют сопротивления теплоотдачи. Коэффициенты теплоотдачи зависят  от скорости охлаждающей среды в каналах, которая может быть получена в результате вентиляционного расчета.

Полный расход газа  через статор, м³/с

 

 

V=Р¢ /( c×r×q_o),                                                     (251)

 

 

где Р¢ = 542254Вт – полные потери в турбогенераторе, уносимые газом; q_o – средний подогрев газа, принимается q_o=25 °С; c – удельная теплоёмкость газа,  принимается с=14040  Дж/(кг×град);  r = 0,319 – плотность газа, кг/м³;

 

 

V= 542254/(14040×0.319×25) = 4,84 м³/с.

 

 

Расход газа на один вентиляционный канал,  м³/с

 

 

V_K=V/(п_П –1),                                                   (252)

V_K= 4,84/(54-1) = 0,0913 м³/с.

 

 

Скорость охлаждающего газа в зоне зубцового слоя, м/c

 

 

,                                     (253)

 м/с.

 

 

Скорость газа в зоне ярма,  м/с

 

 

,                                          (254)

 м/с.

 

 

Скорость течения газа в зоне внешней поверхности ярма принимается  u₁=6 м/с.

Скорость газа в зазоре

 

 

,                                                   (255)

 

 

где u_а=40 м/с – средняя аксиальная скорость газа в зазоре; u_R – окружная скорость поверхности  ротора, м/с

 

 

u_R=p×D₂×f₁,                                                        (256)

u_R=p× 0,93×50 = 146,01 м/с;

 м/с.

 

 

При водородном охлаждении коэффициенты необходимо рассчитывать с учетом давления водорода.

Коэффициент теплоотдачи в зазоре, Вт/(м²×град)

 

 

a_dН=22,2×(1+0,125×u_d)×р^0,8×6,31,                                            (257)

a_dН=22,2×(1+0,125×151,39) ×0,005^0,8×6,31 = 63815,977 Вт/(м²×град).

 

 

где р – давление, МПа

Коэффициент теплоотдачи в радиальных каналах в районе зубцовой зоны, Вт/(м²×град)

 

 

a_КПН=22,2× (1+0,24× u_КП) ×р^0,8×6,31,                                  (258)

a_КПН=22,2× (1+0,24× 3,598) ×0,005^0,8×6,31= 5968,874 Вт/(м²×град).

 

 

Коэффициент теплоотдачи в радиальных каналах в районе ярма, Вт/(м²×град)

 

 

a_КаН=22,2× (1+0,24× u_Ка ) ×р^0,8×6,31 ,                                           (259)

a_КаН=22,2× (1+0,24× 1,858 ) ×0,005^0,8×6,31= 4631,297 Вт/(м²×град).

 

 

Коэффициент теплоотдачи внешней поверхности сердечника статора, Вт/(м²×град)

 

 

a _1Н=22,2× (1+0,24× u₁) ×р^0,8×6,31 ,                                           (260)

a _1Н=22,2× (1+0,24× 6) ×0,005^0,8×6,31= 7815,345 Вт/(м²×град).

 

 

Сопротивление теплоотдачи для зазора, град/Вт

 

 

,                                                   (261)

 град/Вт.

 

 

Сопротивление теплоотдачи с поверхности изоляции в канале, град/Вт

 

 

,                                                   (262)

 град/Вт.