Водяное охлаждение статора: расход и перепад давления
Содержание статьи
- Принципы водяного охлаждения статора
- Параметры расхода охлаждающей жидкости
- Перепад давления в системе охлаждения
- Качество дистиллята и контроль параметров
- Системы мониторинга и контроля
- Техническое обслуживание системы
- Преимущества и ограничения
- Практические применения
- Промышленные электродвигатели для систем с охлаждением
- Часто задаваемые вопросы
Системы водяного охлаждения статора представляют собой высокоэффективное решение для отвода тепла от обмоток статора крупных электрических машин. Данная технология обеспечивает надежную работу турбогенераторов и электродвигателей большой мощности при интенсивных тепловых нагрузках.
Принципы водяного охлаждения статора
Водяное охлаждение статора основано на циркуляции дистиллированной воды через специальные каналы в проводниках обмотки статора. В современных электрических машинах стержни обмотки статора выполняются из комбинации сплошных и полых медных проводников, по которым циркулирует охлаждающий дистиллят.
Типы систем охлаждения
Существует два основных типа водяного охлаждения статора:
Непосредственное охлаждение – охлаждающая жидкость непосредственно контактирует с проводниками обмотки, обеспечивая максимальную эффективность теплоотвода. При непосредственном водяном охлаждении в стержнях обмотки статора имеются трубки, по которым циркулирует охлаждающая вода - дистиллят.
Косвенное охлаждение – тепло передается через изоляцию обмотки к охлаждающей среде, что менее эффективно, но обеспечивает лучшую электрическую изоляцию.
| Тип генератора | Мощность, МВт | Система охлаждения статора | Система охлаждения ротора |
|---|---|---|---|
| ТВВ-150-2 | 150 | Водяное | Водородное |
| ТВВ-300-2 | 300 | Водяное | Водородное |
| ТВВ-1200-2 | 1200 | Водяное | Водородное |
| ТЗВ-800-2 | 800 | Водяное | Водяное |
Параметры расхода охлаждающей жидкости
Расход дистиллята является критическим параметром для обеспечения эффективного охлаждения статора. Расход дистиллята у генераторов с водяным охлаждением обмоток статора должен поддерживаться постоянным. Допустимое отклонение ±10% от номинального расхода.
Номинальные расходы для различных типов оборудования
Расчет номинального расхода
Для турбогенератора ТВВ-1200-2УЗ мощностью 1200 МВт: расход дистиллята через обмотку статора составляет 180 м³/ч
Для электродвигателя ПЭН: расход охлаждающей воды через статор должен быть 1,39×10⁻³ м³/с (5 м³/ч) при давлении на входе в статор 490 кПа (5 кгс/см²)
| Тип оборудования | Мощность | Номинальный расход | Рабочее давление |
|---|---|---|---|
| ТВВ-1200-2 | 1200 МВт | 180 м³/ч | 0,5 МПа |
| Электродвигатель ПЭН | Привод питательного насоса | 5 м³/ч | 0,49 МПа |
| ТЗВ-800-2 | 800 МВт | Согласно инструкции | Переменное |
Контроль расхода и аварийная сигнализация
При снижении расхода конденсата на 25% действует предупредительная сигнализация, а на 50% — аварийная. Система автоматического контроля обеспечивает непрерывный мониторинг параметров циркуляции.
Перепад давления в системе охлаждения
Перепад давления в системе водяного охлаждения статора является ключевым параметром для оценки состояния системы и выявления возможных неисправностей.
Контроль давления в различных точках системы
Перепады давлений на фильтрах и обмотке статора генератора контролируются для обеспечения нормальной работы системы охлаждения. Визуальный контроль за давлением дистиллята в циркуляционном контуре ведется по манометрам, установленным непосредственно после насоса, перед обмоткой статора и перед входом в теплообменник.
Требования к давлению
Для исключения попадания дистиллята в корпус генератора давление дистиллята на входе в обмотку статора турбогенератора должно поддерживаться на 0,05 МПа (0,5 кгс/см²) ниже рабочего избыточного давления водорода в корпусе генератора.
Расчет перепада давления
Перепад давления в системе определяется по формуле:
ΔP = P₁ - P₂
где P₁ - давление на входе, P₂ - давление на выходе
Для обнаружения засорения фильтров измеряется перепад до и после фильтров при номинальном расходе воды.
| Элемент системы | Нормальный перепад | Критический перепад | Действие при превышении |
|---|---|---|---|
| Фильтры системы | Номинальное значение | +30% от номинального | Промывка или замена сеток |
| Обмотка статора | Рабочее значение | Превышение нормы на 20% | Проверка проходимости каналов |
| Теплообменники | Заводские параметры | Удвоенное значение | Очистка поверхностей |
Качество дистиллята и контроль параметров
Качество дистиллированной воды, используемой для охлаждения статора, критически важно для безопасной и эффективной работы системы.
Основные параметры качества дистиллята
Показатели качества дистиллята циркулирующего в контуре охлаждения обмотки статора: удельное электрическое сопротивление (не менее 200 кОм⋅см), значение рН (8,5±0,5), содержание кислорода (не более 400 мкг/кг), содержание меди (не более 100 мкг/кг).
| Параметр | Нормативное значение | Метод контроля | Периодичность контроля |
|---|---|---|---|
| Удельное электрическое сопротивление | ≥ 200 кОм⋅см | Кондуктометр | Непрерывно |
| Водородный показатель (pH) | 8,5 ± 0,5 | pH-метр | Ежедневно |
| Содержание кислорода | ≤ 400 мкг/кг | Химический анализ | Еженедельно |
| Содержание меди | ≤ 100 мкг/кг | Спектральный анализ | Ежемесячно |
Влияние качества воды на работу системы
Пример влияния загрязнений
При превышении содержания меди в дистилляте возможно образование отложений на внутренних поверхностях трубок, что приводит к ухудшению теплообмена и увеличению перепада давления. Контроль данного параметра особенно важен для медных проводников обмотки статора.
Системы мониторинга и контроля
Современные системы водяного охлаждения статора оснащаются комплексными системами мониторинга, обеспечивающими непрерывный контроль всех критических параметров.
Автоматические системы контроля
Контроль за протеканием циркулирующего дистиллята в магистрали производится струйным реле, которое установлено на выходе из обмотки статора, а за чрезмерно высокой температурой дистиллята в обмотке статора — термосигнализатором.
| Контролируемый параметр | Тип датчика | Место установки | Тип сигнализации |
|---|---|---|---|
| Расход дистиллята | Струйное реле | Выход из обмотки статора | Световая/звуковая |
| Температура дистиллята | Термосигнализатор | Сливной коллектор | Предупредительная |
| Уровень в расширительном баке | Поплавковые сигнализаторы | Расширительный бак | Аварийная |
| Давление в системе | Манометры | Ключевые точки контура | Визуальная |
Аварийные защиты
Аварийное включение резервного насоса охлаждения статора генератора (НОС) осуществляется при отключении работающего насоса и при снижении расхода дистиллята через обмотку статора.
Техническое обслуживание системы
Регулярное техническое обслуживание системы водяного охлаждения статора обеспечивает надежность работы и продлевает срок службы оборудования.
Периодические проверки
Фильтры, установленные в системе циркуляции дистиллята должны постоянно находиться в работе. Производить промывку или замену сеток фильтров следует при увеличении перепада давления на 30% и более номинального.
| Операция технического обслуживания | Периодичность | Контролируемые параметры | Критерии замены/ремонта |
|---|---|---|---|
| Проверка фильтров | Еженедельно | Перепад давления | Увеличение на 30% |
| Контроль герметичности | Ежемесячно | Утечки, влажность | Видимые утечки |
| Анализ качества дистиллята | По графику | Все параметры качества | Выход за нормы |
| Промывка системы | При ремонте | Чистота трубопроводов | По результатам анализа |
Процедуры испытаний
Гидравлические испытания
Герметичность системы водяного охлаждения статора проверяется давлением воды 960 кПа (10 кгс/см²) в течение 30 мин
Герметичность системы водяного охлаждения ротора проверяется давлением воды 6860 кПа (70 кгс/см²) в течение 30 мин
Преимущества и ограничения
Преимущества водяного охлаждения статора
Водяное охлаждение статора обеспечивает ряд существенных преимуществ по сравнению с альтернативными методами охлаждения. Наилучшей охлаждающей средой является вода. Получение дистиллята с удельным сопротивлением 200×10³ Ом⋅см не представляет трудностей.
| Преимущества | Описание | Технический эффект |
|---|---|---|
| Высокая теплоемкость | Вода имеет высокую удельную теплоемкость | Эффективный отвод тепла при малых расходах |
| Компактность системы | Меньшие габариты по сравнению с воздушным охлаждением | Экономия места в машинном зале |
| Стабильность параметров | Постоянная температура охлаждающей среды | Равномерное охлаждение по длине статора |
| Высокая мощность | Возможность охлаждения мощных агрегатов | Генераторы до 1200 МВт и более |
Ограничения и недостатки
Практические применения
Системы водяного охлаждения статора находят широкое применение в различных типах электрических машин большой мощности.
Турбогенераторы тепловых электростанций
Обмотки ротора и статора устройств такого типа охлаждаются при помощи непосредственной подачи воды. Такие устройства с водородно-водяным охлаждением бывают мощностью 160 – 1200 Мегаватт.
Гидрогенераторы
В гидрогенераторах большей мощности применяется непосредственное водяное охлаждение обмотки статора, аналогичное таковым у турбогенераторов.
Пример практического применения
На Талимарджанской ТЭС турбогенератор ТЗВ-800–2 переведен на водяное охлаждение. Генератор имеет полное водяное охлаждение с двумя автономными системами охлаждения статора и ротора
Промышленные электродвигатели для систем с охлаждением
При проектировании и модернизации систем водяного охлаждения статора особое внимание следует уделять выбору подходящих электродвигателей для приводных механизмов. Современные системы охлаждения требуют надежных и эффективных электродвигателей, способных обеспечить стабильную работу насосного оборудования, вентиляторов и других компонентов системы. Правильный выбор электродвигателя с учетом степени защиты, типа охлаждения и условий эксплуатации критически важен для обеспечения долговременной работы всей системы.
Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий ассортимент промышленных электродвигателей для различных применений. В нашем каталоге представлены взрывозащищенные модели серий 4ВР, АИМЛ, АИМУ и ВА для взрывоопасных сред, электродвигатели европейского DIN стандарта включая серии Y2, AIS, IMM и MS, а также двигатели общепромышленного ГОСТ стандарта серий АИР, 5АИ и 5АМ. Для специальных применений доступны крановые электродвигатели серий МТН, МТКН и 4МТН, электродвигатели со встроенным тормозом, двигатели со степенью защиты IP23 серий 5АИН и 5АН, а также однофазные электродвигатели 220В и тельферные модели для подъемных механизмов.
Часто задаваемые вопросы
Расход дистиллята должен поддерживаться постоянным с допустимым отклонением ±10% от номинального значения. Для турбогенератора ТВВ-1200-2 номинальный расход составляет 180 м³/ч, для электродвигателя ПЭН - 5 м³/ч при давлении 5 кгс/см².
Перепад давления контролируется с помощью манометров, установленных в ключевых точках системы: после насоса, перед обмоткой статора и перед теплообменником. При увеличении перепада на фильтрах на 30% и более требуется их промывка или замена.
Основные требования: удельное электрическое сопротивление не менее 200 кОм⋅см, pH 8,5±0,5, содержание кислорода не более 400 мкг/кг, содержание меди не более 100 мкг/кг. Эти параметры обеспечивают электрическую безопасность и предотвращают коррозию.
Предупредительная сигнализация срабатывает при снижении расхода на 25% от номинального, аварийная сигнализация - при снижении на 50%. Также предусмотрено автоматическое включение резервного насоса при критическом снижении расхода.
Герметичность системы статора проверяется давлением 10 кгс/см² в течение 30 минут. Все элементы системы выполняются из некоррозийных материалов. Предусмотрены специальные уплотнения и контрольные дренажные трубки для обнаружения утечек.
Давление дистиллята на входе в обмотку статора должно поддерживаться на 0,05 МПа (0,5 кгс/см²) ниже рабочего избыточного давления водорода в корпусе генератора. Это исключает попадание дистиллята в корпус при возможных утечках.
Фильтры должны постоянно находиться в работе и проверяться еженедельно. Промывка или замена сеток фильтров производится при увеличении перепада давления на 30% и более от номинального значения.
Основные преимущества: высокая теплоемкость воды обеспечивает эффективный теплоотвод, компактность системы, стабильность температурных параметров, возможность охлаждения генераторов большой мощности (до 1200 МВт и более).
Попадание воздуха может привести к образованию газовых пробок в каналах проводников обмотки, что нарушает нормальную циркуляцию дистиллята и вызывает перегрев проводников. Для предотвращения этого предусмотрены дренажные трубки и процедуры полного удаления воздуха при заполнении системы.
Водяное охлаждение статора применяется в турбогенераторах серии ТВВ мощностью 150-1200 МВт, генераторах ТЗВ-800 с полным водяным охлаждением, крупных гидрогенераторах мощностью свыше 300 МВт, а также в специальных электродвигателях привода питательных насосов.
Важное примечание: Данная статья носит ознакомительный характер и не может заменить официальную техническую документацию производителя оборудования. Все работы с системами водяного охлаждения должны проводиться квалифицированными специалистами в соответствии с действующими нормативными документами.
