同期ターボと水素発生装置はどのように配置されていますか?

水力発電所では68～250rpmで回転する水車によって発電機が駆動され、火力発電所では蒸気タービンとタービン発電機からなるタービンユニットによって電気エネルギーが生成されます。蒸気エネルギーを有効利用するために、タービンは回転速度 3000 rpm の高速タービンとして構築されており、火力発電所は大企業でも利用されています。

オルタネーターは設計がシンプルで、DC 発電機よりも大幅に大きな電力で構築できます。

ほとんどの同期マシンは、同期マシンとは逆の設計を使用しています。 DCマシン、つまり励磁システムはローター上にあり、電機子巻線はステーター上にあります。これは、操作コイルに電流を供給するよりも、摺動接点を介して励磁コイルに比較的小さな電流を供給する方が容易であるためである。同期機の磁気システムを図に示します。 1.

同期機の励磁極はローター上にあります。電磁石のポールコアは直流機械と同じ方法で作られています。固定部分であるステータには、絶縁された電磁鋼板で作られたコア2があり、そのチャネル内に交流（通常は三相）用の作動コイルがあります。

米。 1. 同期機の磁気システム

ローターが回転すると、電機子巻線に交流起電力が誘導され、その周波数はローターの速度に直接比例します。作動コイルを流れる交流は、それ自身の磁場を生成します。ローターと作動コイルの磁場は同じ周波数で回転します。 同期的に… モーターモードでは、回転作業フィールドに励磁システムの磁石が運ばれ、発電機モードではその逆になります。

詳細については、ここを参照してください。 同期機の目的と配置

最も強力な機械、つまりターボと水素発生器の設計を検討してください。タービン発電機は蒸気タービンによって駆動され、高速で最も経済的です。したがって、タービン発電機は励磁システムの極数を最小限にして、工業用周波数 50 Hz での最大回転速度 3000 rpm に相当する 2 極で作られています。

タービン発電機エンジニアリングの主な問題は、電気的、磁気的、機械的、熱的負荷の限界値を備えた信頼性の高い機械を作成することです。これらの要件は、機械の設計全体に影響を与えます (図 2)。

米。 2. タービン発電機の全体図: 1 — スリップ リングとブラシ装置、2 — ベアリング、3 — ローター、4 — ローター ストリップ、5 — 固定子巻線、6 — 固定子、7 — 固定子巻線、8 — ファン。

タービン発電機のローターは、直径最大 1.25 m、長さ最大 7 m の固体鍛造品（作動部分）で作られます。シャフトを考慮した鍛造品の全長は 12 ～ 15 m で、励磁コイルが配置される作動部分にチャネルがフライス加工されています。このようにして、明確に定義された極のない円筒形の双極電磁石が得られます。

タービン発電機の製造では、最新の材料と設計ソリューションが使用されており、特に水素または液体の冷却剤のジェットによる活性部品の直接冷却が行われており、高出力を得るには長さを長くする必要があります。非常に特別な外観を与えます。

水力発電機（図 3）はタービン発電機とは構造が大きく異なります。水力タービンの動作効率は、水流の速度に依存します。努力。平坦な川に高圧を作り出すことは不可能であるため、タービンの回転速度は非常に低く、毎分数十から数百回転です。

50 Hz の工業用周波数を得るには、このような低速機械を多数の極で作成する必要があります。多数の極を収容するには、水素発生装置のローターの直径を、場合によっては 10 ～ 11 m まで大きくする必要があります。

米。 3. アンブレラ型水素発生装置の縦断面図: 1 — ローターハブ、2 — ローターリム、3 — ローターポール、4 — ステーターコア、5 — ステーター巻線、6 — クロスビーム、7 — ブレーキ、8 — スラストベアリング、9 — ロータースリーブ。

強力なターボと水力発電機を構築することは、エンジニアリング上の課題です。機械的、電磁気的、熱的、換気の計算に関する多くの問題を解決し、生産時の構造の製造可能性を確保する必要があります。これらのタスクを処理できるのは、強力な設計および製造チームと企業だけです。

さまざまなタイプの構造は非常に興味深いです。 同期マイクロマシン、そこでは永久磁石と反応性システムが広く使用されています。作動磁場が励起磁場ではなく、巻線を持たないロータの強磁性突極と相互作用するシステム。

しかし、現在、同期機に競合他社が存在しない主な技術分野はエネルギーです。発電所のすべての発電機は、最も強力なものから移動可能なものまで、同期機をベースにしています。

はどうかと言うと 同期モーターの場合、彼らの弱点は起動の問題です。通常、同期モーターは単独では加速できません。これを行うために、非同期機の原理に基づいて動作する特別な始動コイルが装備されていますが、これにより設計と始動プロセス自体が複雑になります。したがって、同期モーターは通常、中出力から高出力の定格で入手可能です。

タービン発電機の構造を下図に示します。

発電機のロータ１は鍛造鋼製であり、励磁コイル用の溝がフライス加工されており、励磁機と呼ばれる特別な直流機械１０によって駆動される。回転子巻線への電流は、ハウジング９によって閉じられたスリップリングを介して供給され、回転子巻線のワイヤがそれらに接続されている。

ローターは回転すると大きな遠心力が発生します。ロータの溝では、巻線は金属製のウェッジによって保持され、鋼製の止め輪 7 が前部に押し付けられます。

ステータは、特殊電磁鋼板の打ち抜きシート２から組み立てられ、鋼板から溶接されたフレーム３で補強されている。各ステータ リーフはセグメントと呼ばれるいくつかの部品で構成されており、これらの部品は 4 本のボルトで固定されています。

ステータのチャネル内にはコイル６が敷設されており、ロータが回転するとそのワイヤ内に起電力が誘導される。直列接続された巻線の起電力が増大し、端子１２に数千ボルトの電圧が発生する。巻線間に電流が流れると、大きな力が発生します。したがって、固定子巻線の前部はリング 5 によって接続されます。

ロータはベアリング８内で回転する。ベアリングとベースプレートとの間には、ベアリング電流を遮断できる遮断絶縁体が敷設されている。 2番目の軸受は蒸気タービンと一緒に作られます。

発電機を冷却するために、ステーターは個別のパッケージに分割され、その間に換気ダクトが配置されます。空気はローターに取り付けられたファン 11 によって駆動されます。

強力な発電機を冷却するには、毎秒数十立方メートルに達する大量の空気を発電機に送り込む必要があります。

冷却空気がステーションの敷地内から取られる場合、その中に微量の粉塵 (1 立方メートルあたり数ミリグラム) が存在すると、発電機は短時間で粉塵で汚染されます。したがって、タービン発電機は密閉換気システムを備えて構築されています。

発電機の換気チャネルを通過するときに加熱された空気は、タービン発電機のケーシングの下にある特別な空気冷却器に入ります。

そこで、加熱された空気は水が流れる空冷器のフィン付きチューブの間を通過し、冷却されます。その後、空気はファンに戻され、換気ダクトを通って送られます。このようにして、発電機は同じ空気で継続的に冷却され、粉塵が発電機内に侵入することはありません。

タービン発電機のローターの円周に沿った速度は 150 m/s を超えます。この速度では、空中でのローターの摩擦に大量のエネルギーが消費されます。たとえば、出力 50,000 kWVt のタービン発電機では、空気摩擦によるエネルギー損失は、すべての損失の合計の 53% になります。

これらの損失を減らすために、強力なタービン発電機の内部空間は空気ではなく水素で満たされています。水素は空気よりも 14 倍軽い、つまり密度が同様に低いため、ローターの摩擦損失が大幅に減少します。

空気中の水素と酸素の混合物から生成される酸水素の爆発を防ぐために、発生器内は大気圧よりも高い圧力に設定されています。したがって、大気中の酸素は発電機に浸透できません。

蒸気タービン発電機の 3D モデル:

1965 年に学用品工場で作成された教育テープ:
同期発電機