ЧЕТВРТО СОВЕТУВАЊЕ Охрид, 26 29 септември 2004 Mr.Toni aspalovski, dipl.el.in`. R E K -Bitola, E -Termoelektrani, AD ESM Mr.Dragan Hristovski, dipl.el.in`. Sektor za prenos i distribucija, AD ESM rof.dr. Damjan Hristovski ETF Skopje SU[EWE NA IZOLACIJA NA ROTORSKA NAMOTKA NA TURBOGENERATOR SO ROMENA NA RAZLADNIOT MEDIUM KUSA SODR@INA Vo trudot e iznesen eden prakti~en primer na su{ewe na izolacijata na rotorskata namotka vrz baza na ventilacioni zagubi i zagubi pri trieweto na gasot za ladewe vo turbogenerator br.2 vo REK Bitola. Turbogeneratorot e tip TVV 200-2A od rusko proizvodstvo, kade statorskata namotka se ladi direkno so destilirana voda, dodeka rotorskata namotka, magnetnoto jadro i ku}i{teto so gas-vodorod. oseben osvrt e daden na konstruktivnite osobenosti na rotorot zaradi podobro objasnuvawe na napravenoto su{ewe na izolacijata na istiot. Rotorot e zavrten na 3000 [min -1 ]vo zatvoreno ku}i{te napolneto so vozduh mesto vodorod i od ventilacionite zagubi i zagubite pri trieweto na vozduhot i rotorot vo ku}i{teto na turbogeneratorot e podobrena odnosno isu{ena izolacijata na rotorskata namotka. Klu~ni zborovi: Turbogenerator, vodorod, ladewe, zagubi ABSTRACT This paper describes one practical example for druing of rotor winding bazed on the ventilation and friction looses for the turbogenerator N o 2 in ower Station Bitola. Turbogenerator is type TVV 200-2A produced by Elektrosila Russia. The stator winding is cooled directly with distillate. The rotor winding, the stator core and the housing are cooled with hydrogen. For better understanding the process of drying of the rotor winding, costructive characteristics are given. For the rotor spin of 3000 [min -1 ]and closed housing filled with air instead of hydrogen and from the ventilation looses and friction from the air and rotor in the housing, the izolation of the rotor winding is improved. Keywords: Turbogenerator, hydrogen, cooling, looses 1. VOVED Su{eweto na izolacijata na elektri~nite ma{ini mo`e da se izveduva na pove}e na~ini. Naj~esto primenuvani metodi se: - zagubi vo bakarot pri te~ewe na istosmerna struja niz namotkata so {to doa a do zagrevawe na istata - zagubi vo statorskoto magnetno jadro - su{ewe so duvawe na topol vozduh A1-06 1/8
A1-06 2/8 - su{ewe so promena na razladniot gas od vodorod na vozduh Su{eweto na namotkata na rotorot so protekuvawe na istosmerna struja ne se primenuva ako otporot na izolacija na namotkite e pomal od 2 [κω]. Vo toj slu~aj potrebno e da se primeni metod na su{ewe na rotorot so topol vozduh (ako turbogeneratorot ne e spremen za pogon) ili su{ewe vrz baza na ventilacioni i zagubi na triewe od drug medium - gas. oslednata metoda e primenliva samo na elektri~ni ma{ini kaj koi odveduvaweto na toplinata se vr{i so razladen gas. Obi~no toj gas e vozduh, no se praktikuva i upotreba na razladen medium, koj ima ista ili pogolema sposobnost na odveduvawe na toplinata, a ima pomalo triewe. Vo taa smisla vodorodot ima mnogu prednosti kako razladno sredstvo vo odnos na vozduhot, {to se gleda od tabela 1, [1]. Tabela1 Svojstva na vozduhot i vodorodot Svojstva Edini~na mera Vozduh Vodorod Specifi~na masa na 0 S i 1 ata kg/m 3 1.2928 0.08987 Viskozitet na 60 o S i 1 ata m 2 /s 19 10-6 126 10-6 Koef.na toplinska provodlivost na 20 o S W/mK 0.02547 0.1861 Specifi~na toplina na 0 o S i 1 ata kj/k 1,004 14.30 Odnos na koef. na odveduvawe na toplina 1.0 1.5 Imeno vodorodot ima pomala specifi~na masa, pogolem koeficient na toplinska provodlivost, a so toa i pogolem koeficient na odveduvawe na toplinata. Edinstvena nedostatok mu e {to e eksploziven vo me{avina so vozduh (4 75 volumenski % na vodorod vo vozduhot) ili me{avina so kislorod do 94 [%]. Zaradi toa ku}i{teto na turbogeneratorot treba da e nepropusno za vodorodot, a osobeno dobro zaptivawe e potrebno na mestoto na izlezot na osovinata od generatorot. Od tabela 2 e prika`ana razladnata sposobnost na te~nostite i gasovite vo sporedba so vozduhot, [1]. Tabela 2 Razladnata sposobnost na te~nostite i gasovite vo sporedba so vozduhot. Specifi~na toplina Gustina Koef.na prenos na toplina Volumensko begawe Vozduh 1 1 1 1 Vodorod 14.35 0.07 1.44 4 Trafo maslo 2.09 848 21 0.12 Voda 4.16 1000 50 0.12 So upotrebata na vodorodot namesto vozduh stepenot na korisno dejstvo na generatorot se zgolemuva za 0.7 1.0 [%], isto taka vo ~istiot vodorod ne mo`e da dojde do po`ar, a pri toa se namaluvaat goleminite na {teta pri vnatre{ni kusi vrski. Zgolemuvaweto na vla`nosta na vodorodot doveduva do smaluvawe na mehani~-kata cvrstina na banda`nite kapi na rotorot, lo{o vlijae vrz izolacijata na namotkata, mo`no e da napravi korozija na konstruktivnite elementi i gi zgolemuva zagubite na triewe i ventilacija. Zgolemuvaweto na vlagata za 1 [g/m 3 ] doveduva do zgolemuvawe na ventilacionite zagubi za 0.8 1 [%]. Vla`nosta na vodorodot vo turbogeneratorot ne smee da bide pogolema od 10 [g/m 3 ]. Vodorodot koj se dobiva vo elektrolizna stanica obi~no ima vla`nost so niska vrednost. ri potreba od sni`uvawe na vla`nosta na vodorodot se vr{i produvuvawe na generatorot so suv i ~ist vodorod. Zaradi su{ewe na vodorodot vo generatorot se koristi ured za su{ewe po metod na ladewe (so freon) koj se nao a nadvor od ku}i{teto na generatorot. Temperaturata na rosewe na vodorodot vo ku}i{teto na generatorot pri raboten pritisok od 3 [ata], treba da e poniska od temperaturata na vodata
A1-06 3/8 na vlez vo ladilnikot, no ne pogolema od 15 [ o S]. ^istotata na vodorodot vo ku}i{teto na generatorot mora da se odr`uva ne ponisko od 98 [%], [2]. Smaluvaweto na ~istotata na vodorodot go smaluva toplinskiot kapacitet i provodvosta na toplinata, zna~itelno raste gustinata, pri {to raste nadtemperaturata na razladniot gas, rastat ventilacionite zagubi i nadtemperaturata na aktivnite delovi na generatorot. So smaluvawe na gustinata na vodorodot vo generatorot, na primer za 1 [%] doveduva da ventilacionite zagubi porasnat za 10 11 [%]. Vo ovoj voveden del napomeneto e deka pokraj toa {to vodorodot ima mnogu golemi prednosti kako razladno sredstvo, treba da se vnimava na negovata ~istota i vla`nost. Su{eweto na namotkite na rotorot se smeta za zavr{eno ako otporot na izolacija na istite ostane postojan vo tekot na 3 ~asa i negovata golemina e najmalku 0.5 [ΜΩ]. 2. KONSTRUKTIVNI OSOBENOSTI NA ROTOROT OD TURBOGENERATOROT TI TVV 200-2A Rotorot pretstavuva najoptereten del na turbogeneratorot kako vo toploten, taka i vo mehani~ki odnos. Rabotnata temperatura na namotkata na rotorot kaj pogolem broj turbogeneratori grani~i so dozvolenata temperatura za primeneti klasi na izolacija. resmetanite vrednosti na mehani~kite pritisoci vo jazlite na rotorot se prili~no visoki, i vo banda`niot prsten na dvopoloviot rotor, koi se odnesuvaat na brzinata na vrtewe (3000 min -1 ), nadminuvaat 6 10 2 [Ma]. Zatoa osobeno vnimanie proizvoditelite obra}aat na obezbeduvawe na golema sigurnost vo rabotata na site elementi na rotorot. o izrabotkata, rotorot podle`i na specijalno ispituvawe na zgolemena brzina vo specijalno opremena jama so dale~insko upravuvawe i kontrola. Turbogeneratorite (na 3000 min -1 ) se ispituvaat pri zgolemena brzina, koja ja nadminuva nominalnata brzina za 20 %, za vreme od 2 minuti. Zabrzuvaweto na rotorot se vr{i vo topla sostojba. Za izedna~uvawe na cvrstinata na rotori so pogolema dol`ina, (nad 5 m ) po nadol`na i popre~na oska vo pogolemiot zab na polot se dlabat popre~ni zarezi so opredelen ~ekor - od i dlabina. [irinata na zarezite e usoglasena so tehnolo{kite zahtevi. Materijalot od koj e napraveno teloto na rotorot se masivni delovi na specijalen visokolegiran ~elik, so mnogu visoki mehani~ki i magnetni svojstva, koi obezbeduvaat mehani~ka cvrstina vo site re`imi na rabota na turbogeneratorot. Masata na rotorot iznesuva 45 [t]. Aksialno na rotorot napraveni se `lebovi kade se smestuva vozbudnata namotka. resek na eden takov `leb e daden na slika 1, [2]. Slika 1 opre~en presek {to vozbudnata na `leb na rotor na turbogenerator kade namotka se ladi neposredno so vodorod Namotkata na rotorot e smestena vo `lebovite na rotorot i navivkite le`at edna vrz druga. Za izrabotka na namotkata se koristi tenok bakar so primesi na srebro. ricvrstuvaweto na namotkata na rotorot vo `lebovite e napravena so duraluminiumovi klinovi koi se zakoseni na edna ili na druga strana vo zavisnost od toa dali go primaat ili odavaat vodorodot. Samite navivki se taka na`lebeni {to pravat kanali niz koi razladniot gas vodorodot pominuva i direkno od bakarot ja odzema toplinata.
A1-06 4/8 Vodorodot pominuva niz kanalite od duraluminioviot klin, niz izolacionata staklolitna podlo{ka koja se nao a vedna{ pod klinot, kanalite napraveni od navivkite, zavrtuvaj}i na dnoto od `lebot i se vra}a na sosedniot klin, (slika 2), [3]. Slika 2 [ema na ventilacija na namotkata na rotorot so kanalite Dnoto na `lebot ima forma na polucilindar i na nego se stava izolaciona podlo{ka so polucilindri~na forma koja go usmeruva vodorodot vo drug kanal. Eden od najzna~ajnite konstruktivni elementi na rotorot e banda`niot prsten koj e namenet za zacvrstuvawe na ~elniot del na namotkata pri razli~ni brzini na vrtewe, vklu~uvajki go i zabrzuvaweto. Na banda`niot prsten dejstvuvaat sili: centrifugalni od sopstvenata masa i masata na podbanda`nite elementi (~elnite delovi na namotkata, zacvrstuva~kite delovi, izolacijata); predizvikani od tehnologijata na navlekuvawe pri monta`ata; triewe od izdol`uvaweto na namotkata pri promena na temperaturniot re`im. ri dva cvrsti sklopa na band`niot prsten i po dol`inata na rotorot se pojavuvaat zna~itelni sili, koi dejstvuvaat vo aksijalen pravec i go pomestuvaat banda`niot prsten od mestoto na pricvrstuvawe. Tie sili se pojavuvaat pri vrtewe kako rezultat od razli~no svitkuvawe na vratiloto na mestata na pricvrstuvawe na banda`niot prsten. Banda`niot prsten vo mehani~ka smisla e optereten poveke od bilo koj drug element na rotorot. ri maksimalni svojstva na otpornost na materijalot, ispora~an od metalurgiskata industrija, koeficientot na sigurnost, koj se odnesuva na zabrzanoto vrtewe, se nao a vo granici 1,5 2. Okolu 60% od celoto opteretuvawe na banda`niot prsten go ~ini opteretuvaweto od sopstvenata masa. Konstrukcijata na banda`niot i centrira~kiot prsten na turbogenerator tip TVV-200-2A e dadena na slika 3, [4]. Slika 3 Banda`en prsten zaedno so centrira~ki prsten i gajka (navrtka) Kako {to se gleda od slika 3 banda`niot prsten ima dva cvrsti sklopa: edniot telo na prstenot, drugiot centrira~ki prsten. Centrira~kiot prsten go centrira banda`niot prsten vo odnos na osovinata na vrtewe i e postaven na vratilo so toplo pricvrstuvawe. Za polesno montirawe i demontirawe na banda`niot prsten negovata vnatre{na strana e obrabotana konusna so agol 1 4 o. onatamo{noto zgolemuvawe na edini~nata mo}nost pri odr`uvawe na konstrukcijata na rotorot predizvikuva su{tinsko izdol`uvawe na vratiloto, a so toa i zgolemuvawe na stati~koto svitkuvawe.
A1-06 5/8 [emata na cirkulacijata na vodorodot niz samite namotki na rotorot e dadena na slikata 4. Slika 4 [ema na ventilacija na vodorodot niz rotorot od turbogeneratorot 3. SU[EWE NA ROTORSKATA NAMOTKA SO ZAMENA NA RAZLADNIOT MEDIUM Su{eweto na rotorskata namotka se bazira na mehani~kite zagubi koi se pojavuvaat zaradi triewe na vrtlivite delovi (rotorot) so razladniot gas so koj e ispolneto ku}i{teto na turbogeneratorot, poradi ventilacija kako i triewe vo le`i{tata. Za presmetka na zagubite vo le`i{tata neophodno e da se znae te`inata na rotorot vo [kg] koja mo`e da se odredi pribli`no po formulata π 2 Gr 1.3 1.5 Dr lr 4 kade : D r e dijametar na rotorot vo [m] ( ) γ l r e dol`ina na rotorot vo [m] gustinata na materijalot e γ = 7.85 [kg/m 3 ]. l0 l2, (1) Dijametarot d c vo [mm] i dol`inata l c vo [mm] na vratiloto zavisat od baranata potpirna povr{ina koja se opredeluva so sredniot pritisok vo le`i{tata. Obi~no se prepora~uva p c =1.2 1.6 [Ma], toga{ d l c c = Gr g 2 p c. (2) Obi~no se primenuva l c = (0.8 1.2) d c i zagubite vo [kw] vo dvete le`i{ta se opredeluvaat po formulata. (3) Zagubite na triewe na rotorot i banda`nite kapi vo vozduhot vo [kw] mo`at da bidat opredeleni po zavisnosta 1.5 G l n 10 3 3000 r c 2 n lez = 255 dc 2 10 dc 6 R 4 r = 1 Dr 57.3 3 p 1000 l + 250 1000. (4) Vo slu~aj da e generatorot napolnet so vodorod zagubite na trewe }e bidat pomali, bidej}i gustinata na vodorodot e mnogu pomala od vozduhot. Ako pritisokot na vodorodot vo ku}i{teto na generatorot e atmosferski, toga{ zagubite na triewe se pomali za 12 pati (gustinata na vodorodot e 14 pati pomala od gustinata na vozduhot, no sepak vo generatorot ~istotata na vodorodot e pogolema od 98% i na toj na~in gustinata na taa sme{a e pribli~no 12 pati pomala od gustinata na vozduhot).
A1-06 6/8 Za pritisok na vodorodot vo ku}i{teto na generatorot za N pati povisok od atmosferskiot zagubite na triewe }e iznesuvaat R. H = 2 N R 12. (5) Za presmetuvawe na zagubite na ventilacija treba da se znae protokot na razladniot gas i hidrouli~niot otpor na celiot sistem. Zagubite na ventilacija vo [kw] se presmetuvaat po formulata ven Qp = η v. H v. H 2 10 2 3, (6) kade: η v.h2 e koeficient na polezno dejstvo na ventilatorot vo vodorodot koj mo`e da bide kaj centrifugalnite ventilatori 0.3, a kaj aksialnite 0.5, p v.h2 = (5000 7000) N/12 e hidrouli~niot otpor na ventilatorot vo [a], a Q protok na gasot vo [m 3 /s], koj mo`e da se opredeli Q = c ( ϑ ϑ ) ven, (7) kade ϑ temperatura na zagrevaweto na vodorodot vo generatorot vo [ o S], ϑ ven = 2 7 [ o S] e temperatura na zagrevaweto na gasot vo ventilatorot, c toplinska konstanta vo [kj/m 3 o S], vkupni zagubi namaleni za zagubite vo bakarot na statorot zaradi protekuvawe na destilatot, vo [kw] Ako generatorot pokraj gasovito ladewe ima i ladewe so te~nost, toga{ kako {to poka`uvaat presmetkite zagubite vo cirkulacija na te~nosta se zanemarlivo mali i ne u~estvuvaat vo presmetka. Zbirot na mehani~kite zagubi vo [kw] na turbogeneratori ladeni so vodorod }e bidat meh = lez + R. H +. (8) 2 ven resmetkata na mehani~kite zagubi na turbogeneratorot tip TVV 200-2A dadena e vo tabela 3, [6].
A1-06 7/8 Tabela 3 resmetka na mehani~kite zagubi Mehani~ki zagubi meh kw meh = lez + R.H2 + ven 419,39 Masa na rotorot G rot kg G rot =(1.3-1.5) (π/4) D 2 r l r γ s 41872,95 p c Ma p c =1.2-1.6 1,40 d c l c mm 2 d c l c =(G r g/2 p c ) 146704,87 Dol`ina na ~eloto na osovinata l c mm l c =1.2 d c 447,55 Dijametar na ~eloto na osovinata d c mm 349,65 1 Zagubi vo dvete le`i{ta lez kw lez =255S [(G r l c )/2 10 3 d c ] d 2 c (n n /3000) 1.5 10-6 161,38 Zagubi od triewe so vozduh R kw R =57.3 (1/p 3 ) (D 2 /1000) 4 (l 2 +250)/1000 344,35 2 Zagubi od triewe so vodorod R.H2 kw R.H2 = R (H/12) 86,09 Odnos vo generator i atmosfera H r.e H=3 rotok na vodorod Q m 3 /s Q=/c (θ-θ ven ) 43,29 Vkupni zagubi namaleni za zagubite vo kw = Fe + k.c + k.a + v + R 2214,30 statorska namotka zaradi destilat Zagrevawe na N 2 poradi ventilacija θ ven o C θ ven =2 7 2,00 Zagrevaweto na N 2 vo generatorot θ o C 17,50 Toplinska konstanta c kj/m 3 o K c=1.1 3 3,30 ritisok na ventilatorot h ven a h ven =(5000 7000) H/10 1800,00 3 Zagubi od ventilacija ven kw ven =(Q h ven /η ven ) 10-3 155,84 Od tabelata se gleda deka zagubite se zgolemile od 86.09 na 344.35 [kw] koi zagubi pretvoreni vo toplina izvr{ija su{ewe na izolacijata na rotorskata namotka. red da se zapo~ne so provrtuvawe na turbinata na turbogeneratorot se postavija dopolnitelni digitalni kontakni termometri na bo~nite {titovi, kako bi se pratela temperaturnata sostojba na istite. rateweto na pi{uva~kite instrumenti za temperatura na magnetnoto jadro i bakarot na statorskata namotka vo blok komanda, dopolnitelno postavenite termometri na {titovite se ot~ituvaa istovremeno. Vo tekot na celoto provrtuvawe se mere{e otporot na izolacija na rotorskata namotka so induktorski megaommetar so 500 V napon. Vo zatvorenoto ku}i{te na turbogeneratorot, vozduhot koj preku ladilnici i kanalite od magnetnoto jadro doa a vo zazorot pome u rotorot i statorot na turbogeneratorot so postignatata visoka temperatura minuva niz kanalite od namotkata i ja odzema vlagata. Otporot na izolacija za celo vreme na provrtuvaweto se zgolemuva{e. oto~no na 500[min -1 ] dostigna vrednost od 250 [κω], dodeka pak na 1200 [min -1 ] 580 [κω], za na 3000 obrtai vo minuta ja dostigne vrednosta od 2.3 [MΩ]. Temperaturata na aktivnite delovi od turbogeneratorot za vreme na provrtuvaweto rapidno se zgolemuva{e taka da vedna{ po dostignuvawe na 3000 obrtai vo minuta temperaturata na {titovite be{e 85 S (sredna vrednost), dodeka pak na statorskata namotka i jadroto 78 S. Vo ovaa situacija vedna{ se isklu~i pareata za provrtuvawe na turbinata. So toa postapkata na su{ewe na rotorskata namotka na turbogeneratorot tip TVV 200-2A instaliran vo REK Bitola be{e zavr{ena. 4. ZAKLU^OK Su{eweto na izolacijata na namotkata na rotorot od turboeneratorot tip TVV 200-2A so promena na razladniot medium od vodorod na vozduh e mnogu rizi~na od edna strana, no mnogu efikasna od druga strana. ostavuvaweto na dopolnitelni poka`uva~i na temperatura za kontrola na toplinskata sostojba na turbogeneratorot e obavezna, kako i kontinuirano pratewe na zagrevaweto na aktivnite delovi na turbogeneratorot za celo vreme na su{eweto na izolacijata na rotorskata namotka.
A1-06 8/8 otrebno e da se vodi smetka za toplinskata inercija posle isklu~uvaweto na vrte`ite od generatorot. 5. LITERATURA [1] S.I. Hazan. TURBOGENERATORI ovre`denija i remont. Moskva: Energoatom-izdat, 1985 [2] S.A. Motigina. EKSLOATACIJA ELEKTRI^ESKOJ ^ASTI TELOVIH ELEKTROSTANCI. Moskva: Energija, 1979 [3] Sinhronii trifaznii turbogenerator tipa TVV-200-2AUZ i Vozbuditel tip VGT-2700-500UZ - Tehni~eskoe opisanie i instrukcii po ekspluatacii OBS. 460. 247 TO. Moskva, 1995god. [4] D. Hristovski. ISITUVAWE NA ELEKTRI^NI MA[INI. Skopje: ETF, 1996 [5] G.M. Hutoreckii; M.I.Tokov; E.V.Tolvinkaja.. ROEKTOVANIE TURBO-GENERATOROV. Leningrad : Energoatomizdat, 1987 [6] T.aspalovski. MO@NOSTI ZA ZGOLEMUVAWE NA MO]NOSTA NA TURBOGENERATORITE SO OSEBEN OSVRT KON TURBOGENERATORITE OD TIOT TVV-200-2A. Skopje: magisterska rabota, 2003