Исследование и разработка методов расчета и конструирования основных узлов высокоиспользованных турбогенераторов

Турбогенераторы представляют собой основной вид генерирующего оборудования, обеспечивающего свыше 80% общего мирового объема выработки электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях. Одновременно турбогенераторы являются и наиболее сложным типом электрических машин, в которых тесно сочетаются проблемы мощности, габаритов, электромагнитных характеристик, нагрева, охлаждения, статической и динамической прочности, активных и конструктивных элементов конструкции. Обеспечение максимальной эксплуатационной надежности и экономичности турбогенераторов является центральной научно-технической проблемой.

В связи с этим во всем мире, в том числе и в нашей стране, специалисты по электрическим машинам уделяли и продолжают уделять турбогенераторам особое внимание, обеспечивая научно-технический прогресс в их создании.

В отечественном турбогенераторостроении огромный вклад в развитие теории, разработку вопросов расчета, проектирования и эксплуатации ТГ внесли многие ученые, исследователи, конструкторы, среди которых в первую очередь следует отметить Алексеева А. Е., Лютера Р. А., Костенко М. П., Бергера А. Я., Комара Е. Г., Иванова Н. П., Глебова И. А., Еремина М. Я., Воль-дека А.И. [5- 6- 12- 24- 28- 30- 77- 78- 81]. Среди зарубежных специалистов следует отметить Парка Р., Конкордиа С., Видемана Е., Келленбергера В., Шуйского В. П., Готтера Г., Догерти Р. Е. [23- 34- 79- 125- 178- 203- 209].

Вместе с тем, несмотря на огромное количество работ, выполненных за прошедшие десятилетия, вопросы дальнейшего развития теории, разработки более совершенных конструкций турбогенераторов, методов расчета и исследований не теряют своей актуальности.

Современный этап развития турбогенераторостроения характеризуется появлением широкого спектра новых типов турбогенераторов, разнообразием имеющихся конструктивных решений. Единичная мощность двухполюсных турбогенераторов достигла 1000. 1200 МВт, а четырехполюсных -1500 МВт.

Разработанная программа развития атомной энергетики России на пе-^ риод до 2020 г. предусматривает создание к 2013;2015 г. атомных энергоблоков единичной мощностью 1500 МВт. Одновременно программой ставится задача модернизации оборудования действующих энергоблоков, продления их сроков службы, увеличения коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) с 73% до уровня 86%, достигнутого в США, Германии, Франции, Японии. Поэтому проблема повышения эксплуатационной надежности мощных турбогенераторов приобретает особую актуальность [32- 95- 126].

Кроме высокой надежности разработанные усовершенствованные конструкции узлов должны удовлетворять требованиям технологичности, снижения трудоемкости и себестоимости производства, повышения ремонтопри-^ годности и контролепригодности в условиях эксплуатации [98- 138- 152].

Новые сложные задачи перед исследователями возникают в связи с намечающейся тенденцией отказа от водорода в качестве хладагента и перехода на конструкции с другими системами охлаждения (вода, воздух) [57- 97].

Особенную сложность представляет решение указанных задач применительно к турбогенераторам с полным водяным охлаждением [99- 101- 119].

Результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных при создании серии турбогенераторов типа ТЗВ, показывают, что применение новой системы охлаждения неизбежно приводит к необходимости коренного пересмотра всей конструкции с учетом глубокой взаимосвязи электромагнитных, тепловых и механических процессов. Простое заимствование прошлого опыта и конструктивных решений, положи-Ш тельно зарекомендовавших себя в конструкциях с другим принципом охлаждения и технологией производства, без достаточного анализа, глубоких теоретических проработок и корректно поставленных экспериментов, может привести к отрицательному результату и дискредитировать хорошую идею.

Важнейшей составной частью этих исследований является комплексная проработка всей концепции полного водяного охлаждения турбогенера-^ торов, конструкции важнейших узлов и конструкции в целом.

Помимо решения вопросов, общих для всех типов турбогенераторов, необходимо обеспечить плотный, стабильный электрический и тепловой контакт между охлаждаемыми и охлаждающими элементами, эффективный теплоотвод, исключить возможность повреждения и протечек многочисленных цепей водяного охлаждения, приводящих к пробою изоляции.

Самонапорная система с открытым сливом воды из обмоток ротора определяет, как наиболее простое и рациональное, воздушное заполнение внутреннего пространства турбогенератора при давлении, близком к атмосферному. При этом повышается опасность микропротечек в отличие от турбогенераторов с водородным охлаждением, где повышенное давление газа пре-Ф пятствует проникновению влаги наружу. Кроме того, воздух, по сравнению с водородом или другим инертным газом, может способствовать ускорению таких физико-химических процессов, как коррозионное растрескивание деталей под напряжением [162- 163], фреттинг-коррозия. Известно также, что коррозия существенно снижает предел усталостной прочности материалов [136- 141- 173].

Поэтому параметры и конструкция турбогенераторов с полным водяным охлаждением должны обеспечивать достаточно низкий уровень нагревов, механических напряжений, вибраций. Специфической проблемой турбогенераторов типа ТЗВ с самонапорной системой охлаждения ротора является разработка надежной системы водяного охлаждения сердечника статора.

Следует также отметить разработанные и реализуемые проекты глубо-0 кой модернизации мощных турбогенераторов, длительно работающих на электростанциях, с выполнением работ по заводской технологии, включающих перемотку статора, замену крайних пакетов сердечника и системы крепления лобовых частей обмотки в соответствии с новыми конструктивными разработками [21- 66].

Большое значение имеют работы по совершенствованию конструкции, повышению качества и экономичности турбогенераторов в условиях усиления конкурентной борьбы в поставках энергетического оборудования на мировом рынке, существенного повышения требований к эксплуатационным показателям турбогенераторов, отраженных в новой редакции ГОСТ 533–2000 «Машины электрические вращающиеся. Турбогенераторы. Общие технические условия». В первую очередь это относится к увеличению сроков службы и межремонтного периода турбогенераторов, повышению требований к коэффициенту готовности, маневренности, запасам мощности, обеспечению безаварийной работы турбогенераторов в режимах с потреблением реактивной мощности, снижению расходов на обслуживание и ремонты [30- 76- 179].

В этих условиях работа, направленная на исследование и разработку методов расчета и конструирования основных узлов высокоиспользованных турбогенераторов, является актуальной. Автор данной диссертации в течение многих лет занимается разработкой указанных проблем. В диссертации обобщены результаты проведенных им исследований и разработок, используемых в турбогенераторах ОАО «Электросила». Обобщение охватывает период после 1973 г., когда им была защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Цель работы и задачи исследований. Основной целью работы является решение ряда проблемных задач по обеспечению надежной и эффективной работы турбогенераторов, связанных с исследованиями и усовершенствованием конструкции ответственных узлов, имеющих по опыту эксплуатации, наиболее частую поврежденность. К ним относятся торцевые зоны сердечника статора, крепление лобовых частей обмотки статора, упругое крепление сердечника в корпусе, токоподводы к обмотке возбуждения ротора.

Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие задачи.

1. Разработать расчетную модель и провести теоретические исследования ряда важных механических свойств сердечника статора, связанных с особенностями его шихтованной структуры.

2. Разработать и обосновать усовершенствованную конструкцию торцевой зоны сердечника статора, обеспечивающую низкий уровень нагрева и надежную работу турбогенераторов в режимах с потреблением реактивной мощности. При этом:

2.1. Провести анализ расчетных и экспериментальных данных по нагревам элементов торцевой зоны сердечников турбогенераторов различного исполнения, определить основные направления исследований.

2.2. Разработать усовершенствованные методики электромагнитного и теплового расчетов торцевой зоны сердечника.

2.3. Выполнить многовариантные расчеты торцевой зоны различного исполнения, провести сравнительный анализ результатов, определить оптимальные варианты исполнения.

2.4. Разработать конструкцию торцевой зоны сердечников турбогенераторов типа ТЗВ с полным водяным охлаждением, удовлетворяющую поставленным требованиям, с учетом технологии изготовления и обеспечения стабильных электрических и тепловых контактов охлаждаемых и охлаждающих элементов конструкции.

2.5. Разработать программу испытаний конструкции на испытательном стенде завода и электростанции, провести испытания, проанализировать опытные данные, разработать мероприятия по корректировке конструкции.

2.6. На основе полученных результатов разработать мероприятия по усовершенствованию конструкции торцевых зон сердечников турбогенераторов с газовым охлаждением.

2.7. Провести измерения теплового состояния усовершенствованных конструкций торцевой зоны при стендовых и станционных испытаниях турбогенераторов с газовым охлаждением с целью определения эффективности разработанных мероприятий.

3. Разработать, теоретически и экспериментально обосновать конструкцию крепления лобовых частей обмоток статоров турбогенераторов, обеспечивающую низкий уровень вибрации, стабильность свойств и неповреждаемость в условиях длительной эксплуатации. При этом:

3.1. На основе анализа конструкций, результатов теоретических исследований и опыта эксплуатации турбогенераторов различного использования сформулировать основные требования к компоновке и свойствам разрабатываемой конструкции крепления лобовых частей.

3.2. Разработать конструкцию, отвечающую сформулированным требованиям, технологию ее изготовления и сборки, определить номенклатуру применяемых материалов.

3.3. Провести теоретические исследования нагрузок, действующих на конструкцию крепления при работе турбогенератора, сил взаимодействия между элементами конструкции, определить необходимые сборочные усилия, выполнить полный расчет всех деталей на жесткость и прочность при постоянных и переменных нагрузках.

3.4. Разработать программы лабораторных испытаний и макеты всех основных элементов, провести отработку их конструкции.

3.5. Разработать программу и провести исследования работы конструкции крепления лобовых частей обмотки статора на головных турбогенераторах при заводских стендовых и стационарных испытаниях, при необходимости подкорректировать конструкцию.

3.6. Разработать методику расчета собственных частот и форм колебаний разработанной конструкции крепления лобовых частей обмотки статора для отстройки резонанса от основной рабочей частоты 100Гц при разработке нового типа турбогенератора.

4. Разработать конструкцию и технологию сборки простых и надежных гидравлических соединений системы водяного охлаждения сердечников турбогенераторов типа ТЗВ. При этом:

4.1. Произвести выбор материала и отработать технологию сборки соединений.

4.2. Разработать методику ускоренных лабораторных испытаний соединений на ресурс не менее 30 лет.

4.3. Провести ускоренные испытания соединений, подтверждающие работоспособность конструкции.

5. Разработать и обосновать предложения по повышению эффективности и надежности работы упругого крепления сердечника в корпусе статора.

5.1. Выполнить анализ опыта работы упругого крепления и причин повреждений упругих элементов.

5.2. Разработать и теоретически обосновать решения, устраняющие Ф недостатки существующей конструкции.

5.3. Разработать мероприятия по внедрению разработанных решений на вновь изготавливаемых и установленных на электростанциях турбогенераторах.

6. Разработать решения по повышению усталостной прочности хвостовин роторов и токоподводов к обмоткам возбуждения. При этом:

6.1. Выполнить анализ конструкции, технологии сборки и опыта эксплуатации узла токоподвода, причин повреждений хвостовины вала и токо-подводящих шин.

6.2. Усовершенствовать методику расчета посадки контактных колец с натягом на вал.

6.3. Разработать и обосновать решения, обеспечивающие надежную Ф работу узла токоподвода ротора.

Методы исследований. При решении указанных выше задач использовались методы теории электрических машин, ТОЭ, теории теплообмена, теоретической механики, теории упругости и сопротивления материалов, теории колебаний, термофлуктуационной теории разрушения, теории диффузии, методы экспериментальных исследований на макетах, моделях и натурных турбогенераторах.

Работу характеризует единый научный подход к решению поставленных задач: всесторонний анализ проблемы, разработка оптимального варианта решения и соответствующего конструктивного исполнения, теоретическое обоснование конструкции, проведение исследований, внедрение, подтверждение положительных результатов на турбогенераторах.

Научная новизна.

1. Проведен углубленный теоретический анализ, разработаны методики электромагнитных, тепловых и механических расчетов, позволяющие исследовать особенности поведения и усовершенствовать конструкцию ответственных узлов турбогенераторов, имеющих наибольшую повреждаемость при эксплуатации на электростанциях.

2. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны предложения по усовершенствованию конструкции и повышению надежности работы торцевых зон сердечника статора, крепления лобовых частей и коллекторов системы водяного охлаждения обмотки статора турбогенераторов с полным водяным и водород-но-водяным охлаждением, упругого крепления сердечника, токоподво-дов и контактных колец ротора.

3. Предложена расчетная модель, разработана методика расчета, позволяющая теоретически исследовать вопросы влияния схемы укладки, склейки и относительного скольжения листов активной стали на изгиб-ную жесткость сердечника, а также исследовать процесс износа лакового изоляционного покрытия листов.

Показано, что конструктивное исполнение торцевых зон сердечников турбогенераторов с газовым охлаждением (скос на всю высоту зубца) должно, существенно отличаться от исполнения торцевых зон сердечников в турбогенераторах с полным водяным охлаждением (скос на V2 высоты зубца) вследствие экранирующего эффекта силуминовых охладителей, установленных между пакетами активной стали. При этом на всех типах турбогенераторов особое внимание должно быть обращено на исполнение первого полного пакета (склейка с расшлицовкой зубцов на половину толщины пакета со стороны, обращенной к торцу сердечника).

На основе анализа конструкций отечественного и зарубежного производства разработан комплекс требований к конструкции крепления лобовых частей обмотки статора, обеспечивающий высокую жесткость и стабильный низкий уровень вибрации. Впервые в практике крупного турбогенераторостроения в конструкцию крепления лобовых частей введены пружинно-тормозные элементы, осуществляющие жесткую связь лобовых частей с нажимным кольцом сердечника при вибрациях и одновременно допускающие радиальное и аксиальное перемещение лобовых частей относительно нажимного кольца при тепловом расширении.

Впервые разработана программа и выполнены расчеты динамических свойств (собственные частоты и пространственные формы колебаний) совместной колебательной системы «сердечник — лобовые части обмотки статора». Показано существенное влияние сердечника (его жесткости и массы) на динамические характеристики лобовых частей. Установлены причины повреждений и обоснованы принципы упругого крепления коллекторов системы водяного охлаждения обмотки статоров турбогенераторов ТВВ-800−2 и ТВВ-1000−2, обеспечивающие надежность в эксплуатации.

8. При разработке, на основе термофлуктуационной теории разрушения, режимов и методики ускоренных ресурсных испытаний фторопластовых шлангов системы водяного охлаждения сердечников турбогенераторов типа ТЗВ предложен метод максимального ужесточения режимов, позволяющий преодолеть трудности, связанные с неизвестностью целого ряда параметров материала.

9. В отличие от расчетов по наиболее нагруженному ребру разработана уточненная методика расчета несущей способности в целом для упругого крепления в корпусе сердечников турбогенераторов ОАО «Электросила». Показано, что податливость упругого крепления, при нормированных запасах прочности, может быть увеличена на 15.25%.

Практическая ценность работы. Результаты теоретических разработок и конструктивных решений, представленных в диссертации, имеют большое практическое значение, поскольку направлены на усовершенствование конструкции, повышение надежности и других важных эксплуатационных показателей турбогенераторов, таких как:

— увеличение срока службы;

— увеличение межремонтного периода;

— сокращение объема периодических ремонтов;

— повышение маневренности, в том числе обеспечение возможности работы в режимах с потреблением реактивной мощности,.

— снижение трудоемкости и себестоимости производства турбогенераторов.

Результаты работ могут использоваться и уже используются электромашиностроительными фирмами при проектировании и производстве новых электрических машин и, в первую очередь, турбогенераторов с усовершенствованной конструкцией основных узлов.

Результаты работ могут также использоваться энергетиками при восстановительных ремонтах с модернизацией конструкции турбогенераторов, установленных на электростанциях.

Реализация работы. Теоретическая часть работы реализована в усовершенствованных методиках расчетов при проектировании новых турбогенераторов ОАО «Электросила».

Разработанные конструктивные решения реализованы в конструкции всех изготовленных турбогенераторов типа ТЗВ с полным водяным охлаждением, а также в проектах серии турбогенераторов типа ТЗВ, включая генераторы для атомных электростанций нового поколения с повышенными надежностью и безопасностью мощностью 645, 800, 1000, 1100, 1300 и 1500 МВт.

Решения по торцевой зоне сердечников, креплению, лобовых частей обмотки статора, водяных коллекторов и сердечника в корпусе турбогенератора реализованы в конструкции вновь изготовленных турбогенераторов типа ТВВ с водородно-водяным охлаждением мощностью 800 МВт (Нижне-^ Вартовская ГРЭС) и 1000 МВт для России (Калининская АЭС), Ирана (АЭС.

Бушер"), Китая (АЭС «Тяньвань»), Индии (АЭС «Куданкулам»).

Эти же решения заложены в разработанный проект глубокой модернизации турбогенераторов типа ТВВ мощностью 800 МВт и 1000 МВт в условиях электростанций. Первый положительный опыт получен в 2000 г. на Пермской ГРЭС при восстановительном ремонте и модернизации конструкции ТГ № 1 мощностью 800 МВт.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах.

1. Совместное заседание секции турбои гидрогенераторов и крупных электрических машин НТС НПО «Союзэлектротяжмаш» и экспертной ¦ комиссии Минэнерго СССР, Новомичуринск, Рязанская ГРЭС, 28 августа 1984 г.

2. Совместное заседание секции турбо — и гидрогенераторов и КЭМ НТС Минэлектротехпрома и экспертной комиссии Минэнерго СССР, Ленинград, 9 июля 1985 г.

3. Семинар РАО «ЕЭС России» «Электроэнергетика России: состояние, проблемы, перспективы». Москва, ВДНХ, 4−6 октября 1994 г.

4. XVIII годичная конференция СПб отделения Нац. Комитета по истории науки и техники РАН, С.-Петербург, С.-З. Отделение РАН, 26−29 ноября 1997 г.

5. Заседание № 20 Электротехнического Совета концерна «Росэнергоатом», Москва, 20−21 апреля 1999 г.

6. Всероссийское совещание энергетиков по проблемам вибрации и вибродиагностики, Москва, ВТИ, 25−28 мая 1999 г.

7. Всероссийское отраслевое совещание РАО «ЕЭС России» «Проблемы технического перевооружения и продления ресурса турбинного оборудования», С.-Петербург, JIM3, 10−11июня 1999 г.

8. Совместное заседание № 21 Электротехнического Совета концерна «Росэнергоатом» и НТС АО «Электросила», С.-Петербург, 10−11 августа 1999 г.

9. Заседание секции 1 «Энергомашиностроение в г. С.-Петербурге и Ленинградской области» Союза ученых, инженеров и специалистов производства Санкт-Петербурга и Ленинградской области (Союз УИСП), С.-Петербург, 6 сентября 1999 г.

10. Международная выставка «Энергетика, электротехника, энергоэффективность», Киев, 19−22 октября 1999 г.

11. Всекитайский семинар энергетиков «Тепловые блоки на сверхкритические и суперсверхкритические параметры мощностью 600−900 МВт», Пекин, 10−14 сентября 2000 г.

12. Расширенное заседание Совета директоров Национальной Теплоэнергетической корпорации Индии (N ТРС), Дели, 6−10 марта 2001 г.

13. Вторая международная конференция концерна «Росэнергоатом» «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, ВНИИАЭС, 22−23 марта 2001 г.

14. Расширенное заседание Ученого Совета Института электротехники МЭИ с повесткой дня: общественное обсуждение работы «Создание серии высокоэффективных врывопожаробезопасных турбогенераторов с полным водяным охлаждением для тепловых и атомных электростанций», выдвинутой на соискание Государственной премии РФ 2001 г. в области науки и техники. Москва, 25 мая 2001 г.

15. Международный Энергетический Форум Содружества Независимых Государств «МЭФ СНГ-2001», Ялта, 24−30 сентября 2001 г.

16. Координационное совещание «Об организации работ по созданию АЭС с энергоблоками ВВЭР-1500 «Разработка ТЭО строительства Ленинградской АЭС-2». г. Сосновый Бор, ЛАЭС, 14−15 ноября 2001 г.

17. 5-ая международная конференция по энергетике «Электроэнергетика в России: стратегия, реформы, практика». С.-Петербург, 26−27 ноября.

2002 г.

18. Вторая Международная конференция «Современная энергетика — основа экономического развития» (в рамках Ш Международного форума «ТЭК России. Региональные аспекты»), С.-Петербург, 8−11 апреля.

2003 г.

Результаты работы имеют особое значение для обеспечения высокой надежности турбогенераторов типа ТЗВ с полным водяным охлаждением, двухполюсных турбогенераторов типа ТВВ мощностью 800 и 1000 МВт, работающих на АЭС России и Украины, поставляемых в Иран, Китай, Индию, Финляндию, для разрабатываемой новой серии турбогенераторов с воздушным охлаждением.

Указом президента РФ от 5 августа 2002 г. № 31, п. 7 диссертанту, как одному из основных соавторов работ, присуждена Государственная премия Российской Федерации 2001 г. в области науки и техники за «Создание серии высокоэффективных взрывопожаробезопасных турбогенераторов с полным водяным охлаждением для тепловых и атомных электростанций».

Все основные конструкторские разработки, выполненные в ходе исследований и опытно-конструкторских работ, имеют внедрение с положительным результатом, подтвержденным испытаниями и опытом эксплуатации турбогенераторов на электростанциях.

В процессе выполнения работ разработаны методики и программы электромагнитных, тепловых и механических расчетов, явившиеся основой теоретического обоснования разработанных конструктивных решений. Одновременно с теоретическими разработками проведены многочисленные экспериментальные исследования на макетах, моделях и натурных турбогенераторах.

В целом по результатам выполненных исследований и разработок можно сделать следующие выводы.

1. В результате теоретических исследований свойств шихтованных сердечников на основе теории деформации многослойных объектов разработаны модель и система уравнений, позволяющие расчетным путем оценить влияние склейки, схемы укладки и относительного скольжения листов активной стали на изгибную жесткость сердечника. Показано, что в склеенном сердечнике снижение изгибной жесткости, определяемое податливостью лакового покрытия листов, не превышает 3%, а в хорошо спрессованном, не склеенном сердечнике зоны относительно скольжения листов представляют собой полоски в районе стыков шириной менее 0,2 смоднако при ослаблении спрессовки ширина зоны скольжения увеличивается до нескольких сантиметров.

2. По вычисленным значениям относительного скольжения листов и опытным данным по износостойкости лакового покрытия определены параметры долговечности сердечниковуказаны возможные причины расхождений в заниженной расчетной долговечности по сравнению с наблюдаемой на практике.

3. Теоретические и экспериментальные исследования выявили высокую плотность спектра собственных частот продольных колебаний сердечников, особенно у генераторов с газовым охлаждением, что не исключает возникновения резонансов с двойной оборотной частотой 100 Гц.

4. В ходе теоретических и экспериментальных исследований и поэтапной отработки вариантов разработаны и внедрены конструкции торцевых зон сердечников турбогенераторов типа ТЗВ с полным водяным охлаждением, обеспечивающие низкие нагревы и возможность работы турбогенераторов в режимах с потреблением реактивной мощности. Результаты исследований и разработок по торцевой зоне использованы при усовершенствовании конструкции турбогенераторов с водородным и воздушным охлаждением, а также при разработке асинхронизированных турбогенераторов.

5. На основе всестороннего анализа опыта разработки и эксплуатации конструкций крепления лобовых частей обмоток статоров мощных турбогенераторов отечественного и зарубежного производства, их достоинств и недостатков сформулированы требования, которым должна удовлетворять конструкция крепления лобовых частей, исключающая повреждения медных проводников и изоляции, обеспечивающая низкий уровень вибрации и температурных напряжений, стабильность свойств во времени при длительной эксплуатации, высокую технологичность и ремонтопригодность.

6. Для турбогенератора ТЗВ-800−2 мощностью 800 МВт разработана конструкция, удовлетворяющая всем изложенным требованиям. Главными отличительными особенностями конструкции являются упругая стяжка лобовых частей между двумя коническими стеклотекстолитовыми кольцами, применение изоляционной замазки холодного отверждения для фиксации лобовых дуг в корзинке, соединение наружного конического кольца с нажимным кольцом сердечника при помощи специальных пружинно-тормозных элементов, обеспечивающих за счет трения жесткую связь в радиальном, тангенциальном и аксиальном направлениях при вибрации и допускающих, за счет проскальзывания, радиальное и аксиальное перемещение наружного конуса с лобовыми частями относительно нажимного кольца при тепловом расширении. Разработаны методики расчета сборочных усилий конструкции, обеспечена статическая и динамическая прочность всех элементов. Наиболее ответственные элементы отработаны на макетах и моделях.

7. Заводские стендовые испытания головного образца турбогенератора ТЗВ-800−2 и последующая эксплуатация турбогенераторов на электростанциях подтвердили правильность принятых конструктивных решений. За все время эксплуатации турбогенераторов не было отмечено ни одного случая усталостного повреждения проводников или изоляции лобовых частей.

8. Разработанная конструкция крепления лобовых частей внедрена на всех турбогенераторах типа ТЗВ с полным водяным охлаждением.

9. Проведенные теоретические исследования в области расчетов собственных частот и форм колебаний лобовых частей показали, что динамические свойства сердечника оказывают существенное влияние на характер колебаний лобовых частей и должны определяться на основе рассмотрения колебаний трехмерных конечно-элементных моделей системы сердечник — лобовые части.

10. На основе результатов исследований и разработок, выполненных для турбогенераторов типа ТЗВ, разработаны и испытаны типовые конструкции крепления лобовых частей обмотки статора для турбогенераторов ОАО «Электросила» всего спектра мощностейнезависимо от системы охлаждения. Конструкции, с положительным результатом, внедрены на турбогенераторах типа ТВВ-1000−2 мощностью 1000 МВт, изготовленных для АЭС «Бушер» (Иран), АЭС Тяньвань (Китай), АЭС «Куданкулан» (Индия), Калининской АЭС, на турбогенераторе ТВВ-800−2, изготовленном для Нижневартовской ГРЭС, на всех турбогенераторах с воздушным охлаждением.

11. На основе анализа опыта эксплуатации и причин многочисленных повреждений коллекторов системы водяного охлаждения обмотки статора на турбогенераторах типа ТВВ-1000−2, разработана усовершенствованная конструкция упругого крепления коллекторов. Конструкция внедрена на всех двухполюсных турбогенераторах мощностью 1000 МВт, как на вновь изготовленных, так и работающих на электростанциях (при плановых ремонтах). Вибрации коллекторов снизились от уровня 300.350 мкм до 20.50 мкм.

12. В результате проведенных работ решен вопрос надежной работы гидравлических соединений системы водяного охлаждения сердечника статора турбогенератора типа ТЗВ. Разработанная конструкция фторопластовых шлангов взамен резиновых, разрушаемых озоном, обладает высокой химической стойкостью и, как показали ускоренные ресурсные испытания на весь установленный ТУ срок службы турбогенераторов (30 лет), долговечностью при действующих в эксплуатации температуре, гидравлическом давлении и вибрациях.

13. Разработанная на основе термофлуктуационной теории разрушения методика расчета режимов ускоренных испытаний фторопластовых шлангов может быть использована при проведении ресурсных испытаний других материалов, применяемых в электрических машинах.

14. На основе разработанной уточненной методики и программы расчета несущей способности упругого крепления сердечника в корпусе турбогенератора при внезапном коротком замыкании в цепи обмотки статора повышена податливость упругого крепления на 15.25% и снижены вибрация и шум корпуса статора.

15. Исследован характер связи упругих ребер с сердечником. Показано, что вследствие износа материала при работе турбогенератора в пазах ласточкиных хвостов ребер образуются зазоры, ребра верхней части статора освобождаются от статической нагрузки и совершают интенсивные колебания с ударами в пазах ласточкиных хвостов. В результате резко возрастает шум генератора, происходит усталостное разрушение элементов крепления ребер к корпусу.

16. Разработаны, испытаны и внедрены эффективные конструкции отжимных приспособлений, устанавливаемых на разгруженные ребра и предотвращающих их повышенные самостоятельные колебания.

17. В ходе проведенных работ проанализирован опыт эксплуатации токоподводов роторов турбогенераторов ОАО «Электросила», установлены причины повреждений токоподводов и хвостовин вала на турбогенераторах большой мощности (320 МВт и выше).

18. Для исключения повреждений шин токоподводов на роторах действующих турбогенераторов ТЗВ-800−2 разработана усовершенствованная конструкция с гибким компенсатором и жесткой вставкой, снижающими переменные продольные напряжения в шине. Предложено размещать прокладки из полиимидной пленки на опорных поверхностях клиньев для исключения фреттинг-усталости хвостовин вала в районе стыков клиньев, крепящих ши.

Ф ны токоподводов.

19. На основе анализа беспазовых конструкций токоподводов роторов зарубежного производства разработаны варианты беспазовой конструкции токоподводов, устраняющие недостатки зарубежных аналогов и полностью исключающие фреттинг-коррозию и фреттинг-усталость. Беспазовое исполнение токоподводов введено на всех турбогенераторах типа ТЗВ с полным водяным охлаждением и на турбогенераторах с воздушным охлаждением.

20. Разработана уточненная методика расчета контактных колец, отличающаяся значительным сокращением объема вычислений и простотой выбора оптимальных значений натягов, что позволило существенно упростить технологию и улучшить качество насадки контактных колец.

21. Результаты проведенных исследований и конструкторских разработок позволяют существенно повысить качество проектирования турбогенераф торов и улучшить эксплуатационные показатели турбогенераторов, работающих на электростанциях.

Заключение

.

В результате выполнения комплекса теоретических и экспериментальных исследований, опытно-конструкторских работ, отработки конструктивных решений на натурных объектах на электростанциях установлен целый ряд новых важных особенностей поведения ответственных узлов мощных турбогенераторов, определены причины имевших место отказов этих узлов при эксплуатации, разработаны усовершенствованные конструкции, позволяющие исключить указанные отказы.