SU1184049A1

SU1184049A1 - Способ регулирования температуры электрической машины и устройство для его осуществления (его варианты).·

Info

Publication number: SU1184049A1
Application number: SU833656777A
Authority: SU
Inventors: Gennadij G Schastlivyj; Yurij Ya Mezhennyj; Grigorij S Bronshtejn; Stanislav G Voloshin; Ibragim A Kadi-Ogly; Ivan G Balabanov; Gennadij S Zhuravlev
Original assignee: Inst Elektrodinamiki; Le Proizu Elmash Str Ob Elektr
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1983-10-28
Publication date: 1985-10-07

Description

Изобретение относится к электрическим машинам, более конкретно к регулированию их температуры, и предназначено для повышения надежности и долговечности электрических машин, 5 работающих при переменных нагрузках, в частности мощных турбо- и гидрогенераторов .

Известно, что при изменениях нагрузки электрической машины имеет Ю место неравномерное изменение температуры ее конструктивных элементов.

В результате этих изменений температуры, а также вследствие различия коэффициентов теплового расширения материалов, из которых эти конструктивные элементы изготовлены (медь, сталь различных марок, изоляционные материалы), происходит деформация и взаимное перемещение конструктивных элементов. Вследствие этого, у электрических машин, работающих в режиме частого изменения нагрузки, происходит преждевременный износ и повреждения различных конструктивных элементов. Наиболее часто наблюдается распушевка крайних листов статора, ослабление его прессовки, облом зубцовой части листов, разрыв стяжных шпилек и выползание в зазор гильз пазовой изоляции ротора.

Известен способ регулирования температуры электрической машины в переходных режимах с помощью изменения расхода хладагента, в которых электрическая машина рассматривается

2

как единое целое, температура машины определяется единственным датчиком [1 ].

Недостатком этого способа регулирования является то, что он не предотвращает снижения надежности электрической машины вследствие механического взаимодействия соприкасающихся элементов электрической машины, возникающего при циклическом изменении ее теплового состояния.

Наиболее близким к изобретению по технической реализации является способ регулирования температуры электрической машины, при котором определяют параметр теплового состояния по меньшей мере одного из соп рикасающихся элементов машины и из20

меняют по меньшей мере один из параметров хладагента, который подают в указанный элемент. Температуру обмотки электрической машины регулируют с помощью: изменения температуры хладагента, изменения расхода хладагента, изменения температуры и расхода хладагента. При этом режим номинальной нагрузки машины, тепловое • состояние обмотки и определяемые им линейные размеры обмотки принимаются за исходные, а при снижении нагрузки от номинальной температуру обмотки поддерживают на номинальном уровне за счет повышения температу35 ры хладагента и (или) уменьшения его / расхода [2 7.

1184049

4

Недостатком известного способа регулирования температуры является то, что он при помощи изменения расхода и, (или) температуры хладагента обеспечивает стабилизацию темпе- 5 ратуры и размеров одного из элементов электрической машины (обмотки) и, не влияя на температуру элемента, механически соприкасающегося с данным, но изолированного от него в Ю

тепловом отношении, допускает взаимное перемещение этих элементов при изменении режима работы машины или изменении условий ее охлаждения.

Известно устройство для регулиро- 15 вания температуры электрической машины, содержащее регулятор и измерители температуры хладагента на входе и выходе одного из элементов электрической машины [2]. 20

Недостатком известного устройства, стабилизирующего среднюю температуру охлаждаемого элемента, является то, что оно не устраняет взаимных 'перемещений этого элемента и второго 25 элемента, соприкасающегося с первым, при изменении температуры второго элемента.

ί Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и долговечное- 30 ти электрической машины путем уменьшения механического износа от взаимных перемещений соприкасающихся элементов при изменении теплового состояния машины. ’ 35

Цель достигается тем, что согласно способу регулирования температуры электрической машины, при котором определяют параметр теплового состояния. по меньшей мере одного из соп-40 рикасающихся элементов машины и изменяют по меньшей мере один из параметров хладагента, который подают в указанный элемент, определяют взаимное расположение соприкасающихся 45 элементов, задаваемое их линейными размерами в исходном режиме, и при изменении линейного размера любого из соприкасающихся элементов устанавливают параметры указанного хладаген-50 та на уровне, при котором величины изменения линейных размеров соприкасающихся элементов равны.

В устройстве для осуществления способа, содержащем регулятор и из- ⁵⁵мерители температуры хладагента на входе и выходе одного из элементов электрической машины установлены

блок вычисления средней температуры указанного элемента, измеритель температуры элемента, соприкасающегося с первым элементом, блок вычисления относительного перемещения указанных соприкасающихся элементов, причем выходы измерителей температуры хладагента соединены с входами блока вычисления средней температуры, выход которого и выход измерителя температуры второго элемента соединены с входами блока вычисления относительного перемещения указанных элементов, а выход этого блока подключен к регулятору.

В устройстве по второму варианту, содержащем регулятор и измеритель температуры одного из элементов электрической машины, установлены измерители температуры элемента, соприкасающегося с первым элементом, и блок вычисления относительного перемещения указанных элементов, причем выходы измерителей температуры элементов соединены с входами блока вычисления относительного перемещения,· а выход этого блока подключен к регулятору.

В устройстве по третьему варианту, содержащем регулятор температуры одного из элементов электрической машины, установлены измерители длины первого элемента с регулируемой температурой и второго элемента, соприкасающегося с первым, и блок вычисления относительного перемещения указанных элементов, причем выходы измерителей длины соединены с входами блока вычисления относительного перемещения, а выход этого блока подключен к входу регулятора.

В устройстве по четвертому варианту, содержащем регулятор температуры одного из элементов электрической машины, установлен измеритель относительного перемещения соприкасающихся элементов, один из которых имеет регулируемую температуру, причем выход измерителя подключен к входу регулятора.

На фиг. 1-4 приведены варианты устройства, реализующего предлагаемый способ.

Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа регулирования.

Имеется два соприкасающихся, элемента длиной в исходном режиме ? = 7 м (длина современного турбогенератора

5

1184049

6

мощностью 800 МВт), один из которых изготовлен из меди (линейный коэффициент температурного расширения = 1,7 %

5" 1

«10' £- ), второй - из железа

(</_ж = 1,0-10'^ 5~) , причем элемент,

V»

изготовленный из меди, имеет регулируемое охлаждение. Допустим, что вследствие изменения режима работы машины от исходного температура обоих элементов изменилась на дб =+50°С При этом длина медного элемента изменится на = =6 мм, а

железного на д£_ж = 3,5 мм.

Таким образом, при одновременном нагревании медного и железного соприкасающихся элементов электрической ма- '20

шины на 50 взаимное перемещение будет равно = +2,5 мм.

Если в этой электрической машине температура медного элемента будет поддерживаться на неизменном уровне ( 2 Ед, = 0), то при том же изменении температуры железного элемента взаимное перемещение составит- - лЕ_ж =

= -3,5 мм, т.е. стабилизации температуры увеличивает абсолютное значение взаимного перемещения и меняет его знак.

Поскольку при переходе от первого случая - одинакового изменения температуры медного и железного элементов, ко второму - стабилизации температу- 35 ры медного элемента, их взаимное перемещение Л Ед, - ДЕ* меняет знак, для каждого значения температуры железного элемента можно найти такое значение температуры медного элемен— , 40 та, при котором взаимное перемещение . этих двух соприкасающихся элементов будет устранено д£_м-лЕ#= О.

Изменение температуры медного Элемента, при котором его удлинение равно удлинению железного элемента той же исходной длины при изменении его температуры на 50°С:

4®_м = 29,4»С. ⁵⁰

Таким образом, если в результате изменения режима электрической машины (нагрузки или охлаждения) температура железного элемента (магнито- > провода) увеличивается (уменьшается) 55 на 50°, необходимо так изменить режим, охлаждения медного элемента (обмотки), чтобы его температура увеличилась (уменьшилась) на 29,4°, При этом температурные удлинения обоих соприкасающихся элементов будут одинаковыми, т.е. их взаимное перемещение будет равно нулю.

Устройство по первому варианту содержит элемент 1 с регулируемой температурой, например стяжная призма или обмотка статора), элемент 2, соприкасающийся с элементом 1, например сердечник статора, трубопровод 3 подачи хладагента к элементу 1, сливной ,бак 4, насос 5, трехходовой перепускной вентиль 6, перепускной трубопровод 7, исполнительный механизм 8, управляющий положением вентиля Ь, теплообменник 9, в котором охлаждается хладагёнт, регулятор 10, управляющий положением исполнительного механизма 8, измерители 11 и 12 температуры хладагента соответственно на входе и выходе элемента 1, измеритель 13 температуры элемента 2, блок 14 вычисления средней температуры элемента 1, блок 15 вычисления относительного перемещения элементбв 1 и 2.

Устройство работает следующим образом.

В исходном режиме, например в режиме номинальной нагрузки электрической машины, для которого взаимное расположение элементов 1 и 2 считают исходным, сигнал на выходе блока 15 вычисления относительного перемещения элементов 1 и 2 равно, на пример, нулю, а сигнал на выходе регулятора обеспечивает такое положение исполнительного механизма 8 и вентиля 6, при котором определенная часть, например половина хладагента, проходит через охладитель 9, а остальная часть - через перепускной трубопровод 7.

Если в результате изменения режима работы машины температура и, соответственно, длина элемента 2 увеличиваются, сигнал с выхода измерителя 13 ' температуры увеличивается, на выходе блока 15 появляется разностный сигнал между величиной, определяющей линейные размеры элемента 1 и зависящей от его температуры и температурного коэффициента линейного расширения материала элемента 1, и величи-. ной, определяющей линейные размеры элемента 2, также зависящей от его

7 1184049

8

температуры и температурного коэф-. фициента материала элемента 2. По этому разностному сигналу регулятор 10 и исполнительный механизм 8 изменяют положение клапана 6, рас- 5 ход хладагента через охладитель 9 уменьшается, а через перепускной трубопровод 7 увеличивается. При этом температура хладагента и элемента 1 увеличивается, увеличива- ^,0ются и сигналы от измерителей 11 и 12 и на выходе блока 14, а на выходе блока 15 - уменьшаются. Процесс регулирования продолжается до момента, когда сигнал на выходе 15 блока 15 становится равным нулю, т.е. когда линейные размеры элементов 1 и 2 одинаковые (устранено их взаимное перемещение). В случае, когда температура и, соответствен- 20 но, длина элемента 2 уменьшаются, процесс регулирования идет в противоположном направлении, т„е. в сторону уменьшения температуры и длины элемента 1. 25

Устройство по второму варианту содержит также измерители 16 и 17 температур элементов 1 и 2 соответственно, блок 18 вычисления относительного перемещения элементов 1 30

и 2,

Устройство по второму варианту работает следующим образом.

В исходном режиме, например в режиме номинальной нагрузки элект- з₅рической машины, для которого взаимное расположение элементов 1 и 2 считают исходным, сигнал на выходе блока 18 вычисления относительного перемещения элементов 1 и 2 равен, до например, нулю, а сигнал на выходе регулятора 10 обеспечивает такое положение исполнительного механизма 8 и вентиля 6, при котором определенная часть, например полови- 45 на хладагента, проходит через охладитель 9, а остальная часть - через перепускной трубопровод 7.

Если в результате изменения режима работы машины температура и, 50 соответственно, длина элемента 2 увеличиваются, на выходе блока 18 появляется разностный сигнал между величиной, определяющей линейные размеры элемента 1 и зависящей от 55 его температуры и температурного коэффициента линейного расширения материала,·из которого он изготовлен, и величиной, определяющей лилейные размеры элемента 2, также зависящей от его температуры и температурного коэффициента линейного расширения материала элемента 2.

По этому разностному сигналу регулятор 10 и исполнительный механизм 8 изменяют положение вентиля 6, расход хладагента через охладитель 9 уменьшается, а через перепускной трубопровод 7 - увеличивается.

При этом температура хладагента и элемента 1 увеличивается, увеличивается и сигнал на выходе измерителя 16, а на выходе блока 18 - уменьшается. Процесс регулирования продолжается до момента, когда сигнал на выходе блока 18 становится равным нулю, т.е. когда линейные размеры * элементов 1 и 2 уравняются (устранено их взаимное перемещение). В случае, когда температура и, соответственно, длина элемента 2 уменьшаются, процесс регулирования идет в противоположном направлении, т.е. в сторону уменьшения температуры и длины элемента 1.

Устройство по третьему варианту содержит также измерители 19 и 20 длин элементов 1 и 2 соответственно, блок 21 вычисления относительного перемещения элементов 1 и 2.

Устройство по третьему варианту работает следующим образом.

В исходном режиме, например в режиме номинальной нагрузки электрической машины, для которого взаимное расположение элементов 1 и 2 считают исходным, сигнал на выходе блока 21 равен, например, нулю, а сигнал на выходе регулятора 10 обеспечивает такое положение исполнительного механизма 8 и вентиля 6, при котором определенная часть, например половина хладагента, проходит через охладитель 9, а остальная часть - через перепускной трубопровод 7.

Если в результате изменения режима работы машины температура и, соответственно, длина элемента 2 увеличиваются, на выходе блока 21 появляется сигнал, определяемый разностью линейных размеров элементов 1 и 2.

По этому сигналу регулятор 10 и исполнительный механизм 8 изменяют положение вентиля 6, расход хладагента через охладитель 9 уменьшается, а через перепускной трубопровод 7 - увеличивается.

9 1184049 ¹⁰

При этом температура хладагента и элемента 1 увеличивается, увеличу вается и сигнал на выходе измерителя 19, а на выходе блока 21 - уменьшается. Процесс регулирования продол- 5 жается до момента, когда сигнал на выходе блока 21 становится равным исходному, т.е. когда линейные размеры элементов 1 и 2 уравняются (устра•нено их взаимное перемещение). В Ю

случае, когда температура и, соответственно, длина элемента 2 уменьшаются, процесс регулирования идет в противоположном направлении, т.е. в сторону уменьшения температуры и длины 15 элемента 1.

Устройство по четвертому варианту содержит также измеритель 22 взаимного перемещения элементов 1 и 2.

Устройство по четвертому варианту 20 работает следующим образом.

В исходном режиме, например, в режиме номинальной нагрузки электрической машины, для которого взаимное расположение элементов 1 и 2 считают 25 исходным, сигнал на выходе блока 22 равен, например, нулю, а сигнал на выходе регулятора 10 обеспечивает такое положение исполнительного механизма 8 и вентиля 6, при котором оп- 30 ределенная часть, например половина хладагента, проходит через охладитель 9, а остальная часть - через перепускной трубопровод 7. Если в результате изменения режима работы 35 машины температура и, соответственно, длина элемента 2 увеличиваются, на выходе блока 22 появляется сигнал, определяемый разностью линейных размеров элементов 1 и 2. По этому сиг- 40 налу регулятор 10 и исполнительный механизм 8 изменяют положение вентиля 6, расход хладагента через охладитель 9 уменьшается, а через перепускной трубопровод 7 - увеличивается. 45

При этом температура хладагента и элемента 1 увеличивается* а сигнал на выходе измерителя 22 уменьшается. Процесс регулирования продолжается ,до момента, когда сигнал на выходе 50 измерителя 22 становится равным исходному, т.е. когда линейные размеры

элементов 1 и 2 уравняются (устранено их взаимное перемещение).

В случае, когда температура и, соответственно, длина элемента 2 уменьшаются, процесс регулирования идет в противоположном направлении, т.е. в сторону уменьшения температуры и длины элемента 1.

Предлагаемый способ и устройства, реализующие его, позволяют не только минимизировать взаимные перемещения двух соприкасающихся элементов электрической машины по длине, но они также значительно снижают взаимные перемещения этих элементов в поперечном направлении, что в случае регулирования температуры обмотки и магнитопровода уменьшает сжимающие и растягивающие усилия, действующие на изоляцию обмотки.

Кроме того, в случае, когда взаимные перемещения соприкасающихся элементов невозможны или ограничены, например в паре стяжная призма - сердечник статора или паре обмотка сердечник при замоноличивании обмотки без возможности ее свободного пеI

ремещения в пазу,регулирование температуры с помощью предлагаемых устройств с использованием датчиков температуры (фиг. 1 и 2) позволяет устранить взаимные напряжения, возникающие на поверхности раздела соприкасающихся элементов при изменении температурного состояния машины.

В связи с возрастанием единичной мощности генератора и увеличением их длины проблема устранения взаимных перемещений отдельных конструктивных элементов становится все более актуальной, а появление серии генератора, в которых основные конструктивные элементы охлаждаются водой по независимым каналам, позволяет использовать устройства, реализующие предлагаемый способ, для устранения взаимных перемещений этих элементов и элементов, с ними соприкасающихся, т.е. значительно повысить надежность мощного генератора, а также его способность работать в режиме переменной нагрузки.

1184049

фиъ. 3

Фиъ

Claims

1. Способ регулирования температуры электрической машины, при котором определяют параметр теплового состояния по меньшей мере одного из соприкасающихся элементов машины и изменяют по меньшей мере один из параметров хладагента, который подают в указанный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности

и долговечности электрической машины путем уменьшения механического износа от взаимных перемещений соприкасающихся элементов при изменений теплового состояния машины, определяют взаимное расположение соприкасающихся элементов, задаваемое их линейными размерами в исходном режиме, и при изменении линейного размера любого из соприкасающихся элементов устанавливают параметры указанного хладагента на уровне, при котором величины изменения линейных размеров соприкасающихся элементов равны.

2. Устройство для регулирования температуры электрической машины, содержащее регулятор и измерители ’ температуры хладагента на входе и выходе одного из элементов электрической машины, отличающеес я тем, что оно снабжено блоком вычисления средней температуры указанного элемента, измерителем температуры элемента, соприкасающегося

с первым элементом, и блоком вычисления относительного перемещения указанных соприкасающихся элементов, причем выходы измерителей температуры хладагента соединены с входами блока вычисления средней температуры, выход которого и выход измерителя температуры второго элемента соединены с входами блока вычисления относительного перемещения указанных элементов, а выход этого блока подключен к регулятору.

3. Устройство для регулирования температуры электрической машины, содержащее регулятор и измеритель температуры одного из элементов электрической машины, отличающееся тем, что оно снабжено измерителем температуры элемента, соприкасающегося с первым элементом, и блоком вычисления относительного перемещения указанных элементов, причем выходы измерителей температуры элементов соединены с входами блока вы5 Ц „„ 1184049

1184049

числения относительного перемещения, а выход этого блока подключен к регулятору.

4. Устройство для регулирования температуры электрической машины, содержащее регулятор температуры одного из элементов электрической машины, отличающее с- я тем, что оно снабжено измерителем длины этого элемента, измерителем, длины элемента, соприкасающегося с первым, и блоком вычисления относительного перемещения указанных элементов, причем выходы измерителей длины соединены

с входами блока вычисления относительного перемещения, а выход этого блока подключен к входу регулятора.

5. Устройство для регулирования температуры электрической машины, содержащее регулятор температуры одного из элементов электрической машины, отличающееся тем, что оно снабжено измерителем относительного перемещения соприкасающихся элементов, один из которых имеет регулируемую температуру, причем выход измерителя подключен к входу регулятора.

1