Введение
Глава 1. Современное состояние и перспективы развития конструкций мощных турбогенераторов с газовым охлаждением 13
1.1. Промышленно-экономический аспект проблемы и среднесрочная перспектива конструкций мощных турбогенераторов с газовым охлаждением в мировом объеме производства турбогенераторов 13
1.2. Технические решения лидеров рынка по конструкциям турбогенераторов с газовым охлаждением и «узкие места» в существующих конструкциях 17
Выводы по главе 1 27
Глава 2. Задача повышения эффективности косвенного газового охлаждения статора крупного турбогенератора 29
2.1. Температурная чувствительность обмотки статора к параметрам системы косвенного охлаждения 29
2.1.1. Принцип передачи тепла и составляющие превышения температуры при косвенном охлаждении обмотки 29
2.1.2. Управление частичными температурными перепадами и пути повышения допустимых тепловых нагрузок при проектировании статора
2.2. Снижение температуры обмотки статора за счет уменьшения перепада температуры по толщине корпусной изоляции 33
2.3. Свойства многопоточной автономизированной системы воздушного охлаждения статора с U-образными каналами
2.3.1. Аэродинамическое сопротивление и теплоотдача в каналах 38
2.3.2. Уравнительный тепловой поток как фактор, ограничивающий эффективность системы с U-образными каналами 40
2.4. Повышение эффективности воздушного охлаждения статора за счет применения радиально-аксиальной системы вентиляции со щелеобразными каналами в зубцах статора 42
2.4.1. Принципиальная схема движения воздуха и теплопередачи в зубцовой зоне статора при радиально-аксиальной системе вентиляции 42
2.4.2. Экспериментальное исследование характеристик радиально-аксиальной системы воздушного охлаждения статора на полномасштабной модели 42
2.4.3. Реализации системы охлаждения в турбогенераторах и ее перспектива 46
2.5. Количественное сопоставление эффективности систем воздушного
охлаждения с U-образными, щелевыми и подпазовыми каналами 47
2.5.1. Сравнительные полевые гидродинамические и тепловые расчеты 47
2.5.2. Экспресс-оценки максимальных температур зубцовой зоны статора при воздушном охлаждении
2.6. Ожидаемая эффективность и специфические ограничения использования аксиальных щелеобразных каналов при водородном охлаждении 61
2.7. Экспериментальное исследование коэффициентов теплоотдачи в щелеобразных вентиляционных каналах в среде водорода 62
Выводы по главе 2 71
Глава 3. Условия эффективного функционирования систем самовентиляции ротора из подпазового канала в крупных турбогенераторах с воздушным и водородным охлаждением
3.1. Самовентиляция пазовой части обмотки ротора из подпазового канала при воздушном и водородном охлаждении 73
3.2. Сопоставление эффективности водородного охлаждения при самовентиляции ротора из зазора и из подпазового канала 80
3.2.1. Сравнение по собственным характеристикам системы охлаждения 80
3.2.2. Учет начального подогрева газа перед входом в каналы 87
3.3. Особенности конструкции подбандажной зоны и вентиляции лобовых частей обмотки ротора 88
3.4. Исследование распределения потоков воздуха по подпазовым каналам в зависимости от геометрии подбандажной зоны ротора и разработка конструктивных мер по предотвращению аномального снижения локальных расходов воздуха 91
3.5. Определение коэффициентов теплоотдачи в вентиляционных каналах ротора по результатам натурных тепловых испытаний турбогенераторов с непосредственным воздушным и водородным охлаждением
3.5.1. Ротор с воздушным охлаждением (по результатам тепловых испытаний турбогенератора мощностью 320 МВт Каширской ГРЭС) 107
3.5.2. Ротор с водородным охлаждением (по результатам тепловых испытаний турбогенератора ТВН-500-4 Нововоронежской АЭС) 109
Выводы по главе 3 110
Глава 4. Некоторые вопросы проектирования турбогенератора предельной мощности с полным водородным охлаждением (на примере проекта турбогенератора мощностью 660 МВт) 112
4.1. Принцип сквозного резервирования конструктивных мероприятий по снижению рабочей температуры обмотки статора с косвенным
водородным охлаждением турбогенератора наибольшей мощности 112
4.1.1. Постановка задачи 112
4.1.2. Примеры создания турбогенераторов с водородным охлаждением наибольшей мощности 114
4.1.3. Концепция серии турбогенераторов с водородным охлаждением 116
4.2. Сравнительный анализ теплового состояния пазовой зоны статора при различном числе параллельных ветвей статорной обмотки 121
4.2.1. Электромагнитные расчеты турбогенератора в вариантах обмотки статора с 3-мя и 4-мя параллельными ветвями 121
4.2.2. Расчеты температурных полей в активной зоне статора турбогенератора в вариантах с 3-мя и 4-мя параллельными ветвями обмотки статора 124
4.2.3. Анализ распределения температуры в обмотке и зубцах статора 133
4.2.4. Анализ характерных превышений температуры и температурных перепадов в пазовой зоне статора
4.3. Практическая совместимость различных схем вентиляции статора и ротора 137
4.4. Интенсификация газоснабжения статора за счет увеличения пропускной способности ротора 141
4.5. Дополнительные соображения к выбору рационального числа параллельных ветвей обмотки статора 143
4.6. Тепловое состояние обмотки ротора 151
Выводы по главе 4 152
Глава 5. Разработка вариантов новых конструкций турбогенератора предельной мощности с воздушным охлаждением 154
5.1. Система внутреннего охлаждения обмотки статора сжатым воздухом 154
5.1.1. Постановка вопроса 154
5.1.2. Распределение давления сжатого воздуха в канале 156
5.2. Пример теплового и гидравлического расчета обмотки статора турбогенератора мощностью 500 МВт 158
5.2.1. Оценка теплопритока через корпусную изоляцию при различных внешних схемах вентиляции статора 158
5.2.2. Скорости и перепад давления в стержне обмотки статора 160
5.2.3. Мощность, затрачиваемая на внутреннее охлаждение обмотки статора сжатым воздухом 161
5.3. О допустимой мощности турбогенератора в случае отключения системы принудительного охлаждения обмотки статора 165
5.4. Усиление вентиляции ротора в условиях снижения тепловой нагрузки в главном контуре вентиляции генератора 166
5.5. Практическая компоновка внешней схемы питания охлаждающего контура обмотки статора сжатым воздухом 168
5.6. Общая оценка эффективности системы охлаждения применительно к турбогенератору мощностью 500 МВт 170
Выводы по главе 5 175
Заключение 177
Список литературы
