Устройство жидкостного охлаждения ротора турбогенератора

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских,СоциалистическихРеспублик и 951569(23) Приоритет но делом изобретений н открытии(53) УДК 623,313. ,713 (088.8) Дата опубликования описания 1 5.08,82(54) УСТРОЙСТВО ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА1Изобретение относится к крупному машиностроению, касается роторов генераторов с непосредственным жидкостным охлаждением, и может быть использовано на предприятиях проектируюших и изготавливающих турбогенераторы,Известно, что с ростом единичной мощ-ности генератора все острее становится проблема отвода тепла от обмотки и других объектов охлаждения ротора, вызыва 1 О юшая необходимость применения все более эффективных систем охлаждения.Для сверхмощных генераторов наиболее перспективной системой охлаждения ротора является система непосредственного жидкостного, например, водяного охлаждения (включая и такую его разновидность как испаритепьная система).Все известные конструкции роторов генераторов с водяным охлаждением имеют 20 устройство для подачи воды, установленное с торца ротора на стороне возбудителя, через которое вода подается в аксиальный канал, выполненный в валу ге 2нератора на стороне возбудителя и в самом возбудителе, если таковой сопряжен с генератором. Из напорного канала вода через каналы в радиальных водоводах подается в камеры. напорного коллектора и далее в объекты охлаждения (обмотку возбуждения, демпферную обмотку, зубцы, и т. д.), Нагретая вода из объектов охлаждения отводится в сливной коллектор, из него по радиальным водоводам - в сливной аксиальный канал и далее в уст ройство слива, установленное отдельно на валу ротора генератора со стороны возбудителя или совмещенное с устройством подачи, Все укаэанные каналы представляют собою специальные конструкции из нержавеющих материалов (нержавеющей стали), встроенные в соответствующих отверстиях ротора.Наружная система водоснабжений ротора (неподвижная) выполняется как негер метичного (сообщающегося с наружным воздухом), так и герметичного исполнения, Герметичная система более предло951 5чтительна, так как предотвращает попадание кислорода и углекислоты воздуха вохлаждающую воду, чем уменьшается эро. зия меди проводников.Температура сливаемой иэ ротора во. ды выбирается из условий предотвращения возможности ее закипания в сливцом устройстве и согласцо сушествуюшимнормам не превышает 80-90 ОС, что значительно снижает эффективность водяного 1 Оохлаждения роторов, так как по классунагревостойкости изоляции обмоток роторов эту температуру можно поднять до130-150 С.Известно устройство жидкостного охлаждения, по которому во внутреннемспивном тракте ротора, где перегретаявода находится под большим давлением,обусловленным действием центробежныхсил, происходит ее смешивание с холод- уОной водой из подаюших секций коллектора,в результате чего вода из ротора сливается с температурой не превышающейо85 С. В этом случае возможно применение как негерметизированных сливных уст-р 5ройств, так и герметизированных указанных указанного выше типа (11.Однако расход воды в данном случаезначительно (примерно в 2 раза) возрастает, а внутреннее пространство в валахроторов генератора и особенно вйзбудителя весьма ограничено, что, в свою очередь, ограничивает размеры внутреннихканалов и количество передаваемой черезних воды, а, в конечном итоге, ограничи 35вает рост единичной мощности генератора.Известно также устройство жидкостного охлаждения, по которому внутреннийаксиальный сливной канал выполнен в валуротора генератора со стороны турбинына участке от лобовых частей обмотки дополумуфты, а устройство слива расположено на валу генератора между узломподшипника и полумуфтой 21,Однако герметизация такого устройст 45ва слива настолько сложна, что необходимо применить негерметизированное спивное устройство, а температуру сливаемойводы около 70 ОС,11 ель изобретения - повышение эффек 50тивности жидкостного охлаждения роторасверхмошного турбогенератора при одновременном достижении герметизации всейвнешней системы охлаждения и рационального использования внутреннего пространства в валах роторов генератора и воз 55буди те ля.11 ель догтцгатся тем, что в роторегенератора, год ржацем несколько или,69 4по крайней мере, один выполненный .вего валу аксиальцый канал отвода нагретой жидкости, направленный от сливногоколлектора и хвостовой части ротора состороны турбины, упомянутый канал выполнен до торца ротора, а в валу турбины выполнен герметично соединенный споследним аналогичный аксиальный канаЛ,а также сопряжеццые с цим радиальныеканалы соединенные с паровым пространством турбины, через которые нагретая жидкость ипи пар выбрасываетсяв это паровое пространство, Хотя давление в этой части турбины может быть даже ниже атмосферного, закипание воды навыходе иэ ротора генератора це представляет опасности, так как количество образующегося цри этом пара при любых возможных режимах работы мало по сравнению с количество рабочего пара турбины.На череке изображен турбогенератор,продольный разрез.Устройство содержит ротор генератора1,устройство подачи охлаждающей жидкостив ротор генератора 2, коллектор 3 сливаохпаждаюшей жидкости, сливной патрубок4, радиальные каналы 5 слива в роторахгенератора и турбины, аксиальные каналы6 слива в роторах генератора и турбины,спивная камера 7 в паровом пространстве турбины турбина 8, паровое уплотнение турбины 9, гидроплотное уплотнение10 каналов слива на торцах попумуфт генератора и турбины, дополнительная рабочая ступень 1 1 на валу турбины,Охлаждающая жидкость, например вода,подается в ротор генератора 1 при помощи известного подающего устройства 2 сторца, противоположного турбине. В зависимости от принятой системы возбуждения устройство 2 может быть установленно как непосредственно у торца ротора генератора, так и у свободного торца ротора возбудителя. Из вала ротора охлаждающая вода подается любым известнымспособом в объекты охлаждения ротора,проходит через ротор,как указано стрелками, а перегретая вода поступает в сливной коллектор 3, откуда через сливныепатрубки В и систему выполненных в валах роторов генератора и турбины радиальных 5 и сопряженных с ними аксиапьных 6 каналов поступает в камеру 7 парового пространства турбины 8 за ее паровым уплотнением 9. В месте . сопряжения роторов турбины и генератора отверстия в валах соединяются гидроплотнолюбым известным способом например,при помоши уплотнений 10.951569, Возможна также установка на валу ротора турбины дополнительной рабочей сту-,пени 11, позволяющей преобразовать энергию истечения охлаждающего агента изобмотки ротора генератора, т.е. энергию 5потерь в обмотке ротора, в энергию вращения вала турбины. В простейшем случаеэто может быть реактивное колесо.Аксиальные сливные каналы 6 можновыполнить в центральных отверстиях валов роторов, что упрощает конструкцию итехнологию изготовления, расширяет возможности применения предложенной конструкции, так как позволяет расположитьсливной коллектор 3 и со стороны противоположной турбине.В описанной конструкции сама турбинаиспользуется как герметичное спивное устройство, а внешняя система жидкостного охлаждения ротора объединена с кон оденсатной системой турбины. Охлаждающей средой для обмотки ротора в этомслучае служит рабочее тело турбины. Так: в наиболее распространенном случае этобудет вода, при использовании фреонового 2циклафреон и т.д.Предложенное решение может быть успешно применено также при испарительном охлаждении, когда охлаждающая среда кипит внутри проводников и уходит из 3 Оротора в виде пара, Одна из основныхтрудностей, стоящих на пути реализацииэтой системы охлаждения - отвод больших количеств пара из ротора, здесь успешно решается, Становится возможнымтакже применение комбинированных систем охлаждения, когда обмотка охлаждается по испарительному принципу, а зубцыпо жидкостному и т.п,В результате внедрения предлагаемого 4 Оустройства достигаются следуюшие преимушества, повышается мощность генератора за счет повышения эффективности охлаждения обмотки ротора; повышаетсяКП 11 агрегата; отпадает необходимостьв установке сложного герметичного устройства для слива перегретой воды из ротора; повышается безопасность обслуживания и надежность работы агрегата; решается проблема отвода пара при испарительном охлаждении; становится возможным применение комбинированной испарительно-жидкостной системы охлаждения,Повышение эффективности водяного охлаждения согласно предлагаемому изобре 55тению позволяет повысить токвозбуждения и, соответственно, единичную мощность генератора без увеличения его основных размеров при одновременном упрошении и удешевлении внешних систем генератора и повышении надежности их работы.Предлагаемое нами решение позволяет повысить перегрев сливаемой из ротора воды до 95 ОС, вместо 40 С имеющихся в настоящее время, что позвопяет повысить ток возбуждения и намаг,Юничивающую силу ротора в - =15 Ра, оза, а единичную мощность генератора практически в тех же габаритах в1,2, раза или соответственно уменьшить габариты, расход материалов и стоимость генератора при неизменной мощности.Оля генератора моцностью 500 МВт на1500 об/мин стоимостью 2500000 рубэкономический эффект от внедрения изобретения составит, таким образом, ориентировочно 420000 р, без учета снижениястоимости генератора от упрощения егоконструкции и без учета повышения КП 11ц надежности работы турбогенератора.Для генераторов большей единичноймощности ожидаемый суммарный экономический эффект будет соответственно выше.Формула изобретения1, Устройство жидкостного охлаждения ротора турбогенератора, содержащеесливной коллектор вал ротора, имеющий,по меньшей мере, один аксиальный канал,направленный от спивного коллектора кхвостовой части ротора, обращенной ктурбине, имеющей вал и паровую зону,отличающееся тем,что,сцелью повышения эффективности охлаждения,вал турбины выполнен с аналогичным упомянутому аксиальным каналом, соединенным герметично с аксиальным каналомвала ротора, и с радиальными каналами,соединяющими аксиальные каналы с паро-вой зоной турбины,2, Устройство поп. 1, о т ли чаю ш е е с я тем, что, с целью повышения КПД, на валу ротора турбины в месте соединения радиальных каналов с паровой зоной установлена дополнительнаяра.бочая ступень, преобразующая энергиюистечения охлаждающей среды в энергиювращения вала,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Швейцарии573183,кл, Н 02 К 9/19, 1975,2. Отчет ВНИИэлектромаш "патентноинформационный обзор по конструкции роторов турбогенераторов с водяным охпаж"дением", Л 1979, 951569Составитель Л, КарцеваРедактор АБолинич ТехредЖ.Кастелевич Корректор Г, ОгЗаказ 5967/69С филиал ППП "Патент", г, Ужгород, уп, Проектная,Тираж 721 НИИПИ Государственного по делам изобретений и 35, Москва, Ж, РаушПодпискомитета ССоткрытийская наб д