HU203622B - Method for regulating loadibility of the air-cooled high-speed turbo generators and arrangement for implementing said method - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung der Belastbarkeit von schnellaufenden, luftgekuehlten Turbogeneratoren mit intensiver direkter Leiterkuehlung der Rotorwicklung. Erfindungsgemaess wird bei einem Anstieg der Belastung der Druck der Kuehlluft auf einen absoluten Druckwert von maximal 2 bar erhoeht bzw. bei einem Absinken der Belastung zwischen dem atmosphaerischem Druck und dem angegebenen Maximalwert so eingestellt, dass die Temperatur der Rotorwicklung konstant bleibt. Bei der zur Durchfuehrung des erfindungsgemaessen Verfahrens dienenden Einrichtung hat der Turbogenerator einen dicht abgeschlossenen inneren Raum, einen sich an diesen anschliessendes Kreisluftkuehlsystem und eine ueber Kompressoren und einen Luftbehaelter verfuegende Luftdosiervorrichtung. Erfindungsgemaess enthaelt die Einrichtung im inneren Raum ein den Druck zwischen 1.01 und 2 bar stufenlos regulierendes Organ. Fig. 3The invention relates to a method for regulating the load capacity of high-speed, air-cooled turbo-generators with intensive direct Leiterkuehlung the rotor winding. According to the invention, when the load increases, the pressure of the cooling air is increased to an absolute pressure value of not more than 2 bar or, when the load between the atmospheric pressure and the specified maximum value falls, is set so that the temperature of the rotor winding remains constant. In the device used to carry out the method according to the invention, the turbogenerator has a tightly sealed inner space, an adjoining thereto Kreisluftkuehlsystem and an over compressors and a Luftbehaelter verfuegende Luftdosiervorrichtung. According to the invention contains the device in the inner space a pressure between 1.01 and 2 bar continuously regulating organ. Fig. 3

Description

A találmány tárgya eljárás gyorsforgású léghűtéses turbógenerátorok terhelhetőségének szabályozására és elrendezés az eljárás foganatosítására.The present invention relates to a method for controlling the load capacity of high-speed air-cooled turbo generators and to an arrangement for carrying out the method.

Ismert tény, hogy a gyorsforgású levegőhűtésű turbógenerátorok, azaz a szinkronfordulattal járó 2 vagy 4 pólusú villamos generátorok terhelhetőségét alapvetően a forgórész egyenárammal átjárt tekercselésének a melegedése határozza meg. Az Ún. közvetett hűtésnél a szigetelő anyagba ágyazott tekercsekből a veszteség-meleg a szigeteléseken, valamint a környező vasanyagon át hőlépcsők hatására áramlik a hőleadó felület, ez esetben a forgórész palástfelülete felé, ahol felületi hőesés árán adódik át a gép légrésében áramló hűtőlevegőnek. A hűtőközeget képező levegő saját felmelegedéséhez a hőlépcsők hozzáadódva határozzák meg magának a tekercselésnek a hőfokát.It is known that the load capacity of high-speed air-cooled turbo generators, i.e. 2 or 4-pole synchronous generators, is essentially determined by the heating of the DC rotor winding. The so-called. In indirect cooling, heat loss from the coils embedded in the insulating material flows through the insulation and the surrounding iron material to the heat transfer surface, in this case to the peripheral surface of the rotor, where it is transferred to the cooling air flowing in the air gap of the machine. As the refrigerant air generates its own warming, the thermal steps add up to determine the temperature of the winding itself.

A hűtés intenzitás megnövelésének ismert eszköze a közvetlen vezetőhűtés, melynél a forgórész belsejébe valamely módon bevezetett hűtőlevegő közvetlenül a hűtendő tekercsanyaggal kerül érintkezésbe. A veszteség-melegnek a hűtőközegbe való átadásához szükséges hőlépcsők zöme így elesik, a vezető hőfokát a közeg felmelegedése felett már csak a felületi hőesés határozza meg. íly módon a szigetelőanyagok által megszabott határhőmérséklet változatlansága mellett nagyobb veszteségenergia keletkezése engedhető meg, azaz a gép nagyobb terhelésre alkalmas.A known means of increasing cooling intensity is direct conductive cooling, in which the cooling air introduced into the rotor interior is directly contacted with the coil material to be cooled. Most of the heat stairs needed to transfer the heat of loss to the refrigerant thus fall, the conductive temperature above the temperature of the medium being determined only by the surface heat drop. In this way, with the constant temperature set by the insulating materials, higher losses of energy can be allowed, i.e. the machine is capable of a higher load.

A forgórész tekercselés közvetlen vezetőhűtésének számos típusa és változata ismert. Az egyik ilyen típusnál a forgórész tekercselése úgy van felépítve, hogy a hűtőlevegő áramlása szempontjából vizsgálva egymásközt párhuzamosan kapcsolt, rövid, villamos árammal átjárt falú csodarabokból állónak tekinthető. Az ilyen tekercselés hűtőgázzal való ellátásának egyik lehetőségét a légrés felől való betáplálás képezi (”gap pick-up” rendszer) és ilyen megoldást ismerhetünk meg Asztalos Péter: „Direct Cooling Systems fór Turboaltemator Rotors in view of the Maximum rating of Hydrogen Cooling” című közleményében, az 1936. oldalon az 1-3. ábrák ismertetésénél. A referátum az IEEE Transactions on Power Apparátus and Systems, VOL. PAS-89 No 8 kiadványban jelent meg az 1935-1945 oldalakon. A hűtőgázzal való ellátás egy másik megoldásánál a hűtőlevegő bevezetés alulról, a szellőzőhorony felől történik. Ezt a betáplálást a hivatkozott referátum 1937. oldalán a 4. és 5. ábrák ismertetik.Many types and variants of direct conductor cooling of rotor winding are known. In one such type, the rotor winding is constructed such that, viewed from the point of view of cooling air flow, it can be considered to consist of a series of short, electrically powered wall mirrors connected in parallel. One way to provide such a winding with refrigerant gas is through a gap pick-up system and can be found in Péter Asztalos's "Direct Cooling Systems Foor Turboaltemator Rotors in a View on the Maximum Rating of Hydrogen Cooling" , page 1936 on pages 1-3. FIGS. The paper is published in IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, VOL. Published in PAS-89 No 8, pages 1935-1945. Another solution for supplying the cooling gas is the cooling air intake from below the vent. This feed is illustrated in Figures 4 and 5 on page 1937 of the cited reference.

Ismert már a gap pick-up rendszerű és a szellőzőhorony felől megoldott betáplálások együttes kombinatív alkalmazása is, amelyet például az 1456 068 lsz. GB szabadalom ismertet.Combined use of gap pickup and vent groove feeds is known, for example, in U.S. Pat. No. 1456,068. GB patent.

Az itt felsorolt típusú, léghűtéssel rendelkező forgórész tekercselések közös jellemzője, hogy üzem közben minden elemi csodarabon belül a hőmérséklet lényegében állandó, és ez a hőmérséklet legfeljebb csak néhány fokkal magasabb a csövet elhagyó hűtőlevegő hőmérsékleténél. Az ilyen hűtéssel rendelkező megoldásokat a továbbiakban az egyszerűség kedvéért „intenzív közvetlen vezetőhűtéses” megoldásoknak fogjuk nevezni.A common feature of the air-cooled rotor windings of the type listed here is that the temperature inside each elemental miracle is substantially constant during operation, and that temperature is only a few degrees higher than the temperature of the cooling air leaving the tube. Solutions with such cooling will hereinafter be referred to as "intensive direct conductive cooling" solutions for simplicity.

A turbógenerátorok üzemeltetésével kapcsolatban ismert tény, hogy a hálózati termelés ingadozásaitól, valamint az őket hajtó gép típusától és az erő2 mű üzemanyagától függően a turbógenerátorra jutó mindenkori terhelés változik. Agoyrshajtású turbógenerátorokat beruházásukkor olyan névleges terhelhetőségre méretezik, amely megfelel a felhasználás területén előforduló legnagyobb terhelésnek. Ez a csúcsterhelés sok felhasználásnál a teljes üzemidőnek csak tört részét, pl. 10-15%-át teszi ki. Ebből következik, hogy az adott felhasználáshoz az üzemidő nagy részében kisebb terhelhetőségű, azaz méretű és árú gép beruházása is megfelelne. Amikor egy nagyobb terhelésre méretezett levegőhűtésű turbógenerátort kisebb terheléssel üzemeltetünk, akkor az állandó veszteségek miatt a hatásfok romlik.It is a known fact that turbo generators operate, depending on fluctuations in network production and the type of machine that drives them and the fuel of the power2 engine. Agro-powered turbine generators are designed to be rated at the rated load that corresponds to the highest load in the area of use. This peak load is only a fraction of the total operating time for many applications, e.g. 10-15%. It follows that, for a given use, the investment of a machine with a lower load, that is to say, of size and price, would be suitable for most of the operating time. When operating an air-cooled turbocharger designed for a larger load at a lower load, the efficiency is reduced due to constant losses.

A villamos hálózatoknál jelentkező csúcsterhelések fedezésére a működő gépek terhelhetőségét kell a csúcsterhelésre méretezni vagy pedig a csúcsterhelés időszakában üzembehelyezhető tartalék gépek beruházására van szükség. Mindkét esetben tehát a csúcsterhelést fedező névleges terhelésű gépek beruházására van szükség.In order to cover peak loads in electricity networks, it is necessary to scale the load capacity of the working machines to the peak load or to invest in spare machines that can be put into operation during the peak load period. In both cases, therefore, investment is required in machines with rated loads to cover peak loads.

A találmány feladata olyan eljárás és elrendezés létrehozása, amely lehetővé teszi a gyors járású levegőhűtésű turbógenerátorok terhelhetőségének szabályozását és a terhelés ingadozásaihoz való rugalmas adaptálását.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and arrangement that enables the load capacity of flexible air-cooled turbo generators to be controlled and flexibly adapted to load fluctuations.

A találmány azon a felismerésen alapul, hogy az intenzív közvetlen vezetőhűtéses forgórésszel rendelkező turbógenerátorok forgórész tekercselésének hőmérsékletét, ami egyben a terhelhetőséget korlátozó döntő paraméter is a hűtőlevegő nyomásának változtatásával intenzíven lehet szabályozni. Ez abból adódik, hoyy a forgórész tekercselés melegedése ilyen esetekben gyakorlatilag a hűtőlevegő felmelegedésével egyenlő, és ez az átáramló hűtőlevegő hőkapacitásának függvénye. A levegő hőkapacitása viszont a nyomással egyenesen arányos.The invention is based on the discovery that the temperature of the rotor winding of turbochargers with an intense direct-cooled rotor, which is also a critical limiting parameter of the load, can be intensively controlled by varying the pressure of the cooling air. This results from the fact that the heating of the rotor winding in such cases is practically equal to the heating of the cooling air and is a function of the heat capacity of the cooling air flowing through. However, the heat capacity of the air is directly proportional to the pressure.

Nyilvánvaló, hogy a nyomás növelésével a generátor ventilációs és légsúrlódási veszteségei is arányosan növekednek. Ennek a növekedésnek a számszerűsített gazdasági hatása azonban — különösen a kombinált hűtőlevegő betáplálású intenzív közvetlen vezetőhűtéses forgórész tekercseléssel rendelkező turbógenerátorok esetében — lényegsen kisebb a terhelhetőség szabályozhatóságából és növelhetőségéből adódó gazdasági előnyöknél.Obviously, as the pressure increases, the ventilation and friction losses of the generator also increase proportionally. However, the quantified economic impact of this increase, especially for turbochargers with intensive direct-cooled coil winding with combined cooling air supply, is substantially less than the economic benefits of adjustable and expandable load capacity.

A találmánnyal eljárást hoztunk létre gyorsforgású, léghűtéses turbógenerátorok terhelhetőségének szabályozására, amelynél a forgórész tekercselésnek intenzív közvetlen vezetőhűtése van, amelynek során mérjük a forgórész tekercselésének a hőmérsékletét, és amikor a hőmérséklet egy adott, a turbógenerátorra előírt terhelési határértékhez tartozó hőmérsékletet meghalad, akkor a forgórészhez nyomásszabályozó szelepen vagy szelepeken keresztül az atmoszférikus nyomást meghaladó nyomású hűtőlevegőt vezetünk, és a nyomás változtatásával a mért hőmérsékletet adott tartományon belül tartjuk, a szabályozás során a nyomást legfeljebb 2 bar abszolút értékig növeljük.The present invention provides a method for controlling the load capacity of high-speed, air-cooled turbo generators, wherein the rotor winding has an intense direct conductive cooling, measuring the temperature of the rotor winding, and when the temperature is cooling air is pressurized through the valve (s) above atmospheric pressure and, by varying the pressure, maintaining the measured temperature within a given range and increasing the pressure up to an absolute value of up to 2 bar.

A forgórész tekercselésének hőmérsékletét legfeljebb ±5 °C tartományon belül változtatjuk.The rotor winding temperature is varied within a range of ± 5 ° C.

Az eljárás egy előnyös foganatosítási módjánál a forgórész tekercselés hőmérsékletét a keresztülfolyó áram és a rajta eső feszültség mérése alapján ha-2HU 203622Β tár ózzuk meg.In a preferred embodiment of the method, the temperature of the rotor winding is stored based on the measurement of the current flowing through and the voltage applied thereto.

Az eljárás forganatosítására alkalmas elrendezésnél a turbógenerátomak tömítésekei lezárt belső tere, ehhez pneumatikus vezetéken keresztül kapcsolódó körléghűtő rendszere és légadagoló szerkezete van, amely tartalmaz kompresszort, levegőtartályt, továbbá nyomásmérőt, és a találmány szerint a vezetékhez nyomásszabályozó szelep csatlakozik, amelynek vezérlő bemenete szabályozó szervvel van összekötve, és a szabályozó szerv bemenete a forgórész tekercselés hőmérsékletét mérő egységgel van összekötve.The arrangement for carrying out the method comprises a sealed interior of the seals of the turbine generators, a circulating air cooling system connected to it by a pneumatic line and an air supply device comprising a compressor, an air reservoir and a pressure gauge. , and the input of the regulator is connected to a unit for measuring the temperature of the rotor winding.

Egy előnyös kiviteli alaknál a hőmérsékletet mérő egységet a forgórész tekercselésének ellenállását mérő egység képezi.In a preferred embodiment, the temperature measuring unit is a rotor winding resistance measurement unit.

A találmány szerinti megoldást a továbbiakban példá kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az:The invention will now be described in more detail by way of example only, with reference to the drawing. The drawing shows:

1. ábra ismét intenzív közvetlen vezetőhűtésű turbógenerátor forgórésztekercselés hornyának vázlatos keresztmetszeti képe, aFigure 1 is a schematic cross-sectional view of the rotor winding groove of an intense direct-driven turbo generator again,

2. ábra az 1. ábrán vázolt tekercselés egy elemi részletének távlati képe, amely hőmérséklet-távolság diagramot is tartalmaz,Figure 2 is a perspective view of an elemental part of the winding shown in Figure 1, which also includes a temperature-distance diagram,

3. ábra a találmány szerinti elrendezés vázlata,Figure 3 is a schematic diagram of an arrangement according to the invention,

4. ábra a forgórésztekercselés hőmérsékletének változását szemléltető diagramsorozat a tekercselésben keletkező veszteségi teljesítmény függvényében, és azFigure 4 is a series of diagrams showing the change in rotor winding temperature versus loss power in the winding, and

5. ábra a 4. ábrához kapcsolódó diagramsorozat, amely a hatásfok változását szemlélteti a terhelés függvényében.Figure 5 is a series of diagrams related to Figure 4 illustrating a change in efficiency as a function of load.

A találmány szerinti eljárás megértéséhez a turbógenerátor forgórésztekercselését alkotó réz és az azt hűtő levegő között kialakuló hőátadás viszonyait célszerű először elemezni. Ebből a célból az 1. ábrán a hivatkozott és az 1 456 068 Isz. GB szabadalomból ismert kombinált levegőbetáplálású, rövid hűtőcsatomákkal rendelkező közvetlen hűtésű forgórész tekercselésének egy horonyban elhelyezett vázlatos metszetét szemléltettükA rézből készült tekercselés egyes meneteit egymástól szigetelés választja el, és minden menetben egy vagy több keresztirányú 1 hűtőcsatorna található. Az 1 hűtőcsatomák a hűtőlevegő áramlása szempontjából párhuzamosan kapcsolódnak, beömlési oldaluk a horony baloldali 2 csatornájából nyílik. A 2 csatorna hűtőlevegővel való táplálása felülről, 3 légrés irányából és alulról 4 szellőzőhoronyból történik Az 1 hűtőcsatornák kiömlési oldalai a horony jobboldali 5 csatornájával közlekednek, ahonnan a felmelegedett levegőa légrés hányában távozik. A hűtőlevegő áramlását az 1. ábrán nyilak szemléltetik.In order to understand the method of the present invention, it is useful to first analyze the heat transfer relationships between the copper forming the rotor winding of the turbo generator and the cooling air. For this purpose, reference is made in Fig. 1 to U.S. Pat. No. 1,456,068. A schematic sectional view of a coil-fed, direct-cooled rotor with short cooling passages, known from GB, is illustrated in a groove. Each thread of copper coil is separated by an insulation and each passage has one or more transverse cooling passages. The cooling ducts 1 are connected in parallel with respect to the flow of cooling air, their inlet side opening from the left channel 2 of the groove. The channel 2 is fed with cooling air from above, from the air gap 3, and from below the vent groove 4. The outlet sides of the cooling channels 1 pass through the right channel 5 of the groove, from where the heated air is discharged in the air gap. The flow of cooling air is illustrated in Figure 1 with arrows.

A hivatkozott pick-up rendszerű hűtés esetén az alsó betáplálás, a szellőzőhorony felől megadott hűtés esetén pedig a felső betáplálás hiányzik A 2. ábrán a tekercselés egy részlete látható, amelyen szaggatott vonal jelöl egy kiválasztott 1 hűtőcsatornát és a teljes vonallal jelölt téglatest azt a réztérfogatot jelöli, amelynek hűtését a kiválasztott 1 hűtőcsatorna biztosítja. Közvetlenül az 1 hűtőcsatorna fölött a hűtőlevegő hőmérsékletének és a réz hőmérsékletének Atgill, Atxváltozatát tüntettük fel az 1 hűtőcsatorna mentén.Figure 2 shows a detail of the winding with a dashed line representing a selected cooling channel 1 and a full line rectangle representing that volume of copper. denoted by the selected cooling channel 1. Immediately above the cooling duct 1 is the Atgill, Atx version of the cooling air temperature and the copper temperature along the cooling duct 1.

Miután a réz igen jó hővezető, hőmérséklete a rö4 vid csatorna mentén a konduktív hőáramlás következtében állandónak vagy közel állandónak tekinthető. A belépő hűtőlevegő az 1 hűtőcsatomában felmelegszik és kilépéskor hőmérséklete alig különbözik a rézétől. A levegő hőmérséklete a csatorna végére Atgnértékkel növekszik, és a réz hőmérséklete Át]» Atnér tékkel magasabb a beáramló hűtőlevegő hőmérsékleténél.Since copper is a very good thermal conductor, its temperature along the r04 channel can be considered constant or near constant due to conductive heat flux. The incoming cooling air in the cooling duct 1 warms up and, on exiting, has a temperature slightly different from that of copper. The air temperature at the end of the duct increases by Atgn, and the temperature of the copper is by more than an inch higher than the temperature of the incoming cooling air.

Bár a réz hűtése az itt hivatkozott ismert megoldásoktól eltérő módon is megoldható, a találmány szerinti eljárás használata olyan hűtési rendszert feltételez, amelynél az egyes hűtőcsatomák teljes hossza mentén a réz hőmérséklete lényegében állandó, azaz mintegy legfeljebb 5 °C értékhatáron belül állandó legyen, és ez a hőmérséklet 5 °C értékhatáron belül állandó legyen, és ez a hőmérséklet lényegében azonos legyen a kilépő levegő hőmérsékletével, azaz annál legfeljebb mintegy 10 ’C-kal legyen magasabb. Az ilyen hűtéseket tekintjük intenzív közvetlen vezetőhűtéses megoldásoknak Az intenzív közvetlen vezetőhűtéses turbógenerátorok forgórésze a súrlódási veszteségek csökkentése érdekében általában megnövelt hosszal és viszonylag kis átmérővel rendelkezik, hossz-átmérő arányuk általában 3-5 között van.Although copper cooling can be accomplished in ways other than those known herein, the use of the process of the present invention requires a cooling system in which the copper temperature is substantially constant over the entire length of each cooling duct, i.e. within about 5 ° C. the temperature must be constant within 5 ° C and be substantially the same as the outlet air temperature, that is to say, not more than about 10 ° C. Such coolants are considered to be intensive direct conductive cooling solutions. The rotor of an intensive direct conductive cooling turbine generator generally has an extended length and a relatively small diameter, generally having a length to diameter ratio of 3 to 5, to reduce friction losses.

Most a 3. ábrára hivatkozunk, amelyen a találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas elrendezés vázlatát szemléltettük Az intenzív közvetlen vezetőhűtéses forgórésszel ellátott, léghűtéses 10 turbógenerátor állórésztekercselés hűtőrendszeréhez kapcsolódó vízzel táplált 11 és 12 hőkicserélőkkel rendelkezik, melyek be- és kiömlései 13 és 14 csatlakozásokon keresztül hűtővíz keringető rendszerhez csatlakoznak A10 turbógenerátor forgórészének a szerkezeti házból kinyúló tengelyvégei 15, tömítésekkel vannak ellátva, amelyek lehetnek a hidrogénhűtésű turbógenerátorokhoz szokásosan használt olajkenésű tengelyzárak vagy szűk hézaggal működő száraz, pl. széngyűrűs tengelyzárakReferring now to Figure 3, a schematic of an arrangement for carrying out the method of the present invention is illustrated. The shaft ends 15 of the turbo generator A10 rotor are projecting from the structural housing and are provided with gaskets, which may be oil-lubricated shaft locks commonly used for hydrogen-cooled turbo generators, or dry-greased, e.g. carbon ring shafts

A forgórész hűtési rendszeréhez 17 vezeték csatlakozik amely 18 és 19 nyomásszabályozó szelepeken át 20 levegőtartállyal van összekötve. A szabad légtérből levegő a 21 szűrőn, két párhuzamosan üzemeltethető 22,23 kompresszoron és 24 szárítón keresztül juthat a 20 levegőtartályhoz.A conduit 17 is connected to the rotor cooling system, which is connected to the air reservoir 20 via pressure control valves 18 and 19. From the open air, air is supplied to the air reservoir 20 through the filter 21, two parallel compressors 22,23 and a dryer 24.

A 20 levegőtartályban jellegzetesen 10 bar körüli nyomás uralkodik, amelyet 25 nyomásmérő jelez. A vezetékben és igya 10 turbógenerátor belsejében a nyomást 26 nyomásmérő méri. A 18 nyomásszabályozó szelep 27 mágneses szeleppel kiiktatható. A 18,19 nyomásszabályozó szelepek segítségével a 10 turbógenerátorban uralkodó nyomás mintegy 1,01 és 2 bar között folyamatosan szabályozható. A szabályozás megoldható kézi vezérléssel, de automatikus működtetéssel is.The air reservoir 20 typically has a pressure of about 10 bar, indicated by a pressure gauge 25. The pressure in the line and inside the turbine generator 10 is measured by 26 pressure gauges. The pressure control valve 18 can be bypassed by a magnetic valve 27. By means of the pressure control valves 18,19, the pressure in the turbine generator 10 can be continuously controlled between about 1.01 and 2 bar. The control can be done manually or by automatic operation.

A 10 turbógenerátor üzemi jellemzőit mérő és jelző műszereket az egyszerűség kedvéért a 3. ábrán nem tüntettük fel.For the sake of simplicity, the instruments measuring and indicating the operating characteristics of the turbine generator 10 are not shown in FIG.

A 3. ábrán vázolt elrendezés lehetővé teszi, hogy a nagyteljesítményű 10 turbógenerátor belső terében a hűtőlevegő nyomását az atmoszférikus értéktől kezdve folyamatosan mintegy 2 bar értékig növeljük és állandó szinten tartsuk.The arrangement illustrated in Figure 3 allows the cooling air pressure in the interior of the high-power turbo generator 10 to be continuously increased from the atmospheric value to about 2 bar and maintained constant.

Mintemlítetük, a 10 turbógenerátor légsúrlódási veszteségei a kis forgórész-átmérőből adódóan vi3As mentioned, the air friction losses of the turbine generator 10 due to the small rotor diameter vi3

-3HU 203622Β szonylag alacsony szinten vannak. Ez a tény, valamint az intenzív közvetlen vezetőhűtésből adódó egyenletes és kézben tartható rézhőmérséklet célszerűvé tette az üzemi nyomás növelését a terhelhetőség növelése érdekében. Az alábbiakban mérések alapján megmutatjuk a 10 turbógenerátor főbb jellemzőinek alakulását különböző hűtőlevegő nyomások alkalmazása esetén.-3GB 203622Β are at a relatively low level. This, together with the constant and manageable copper temperature resulting from intense direct cooling, made it necessary to increase the operating pressure to increase the load capacity. The measurements below show the evolution of the main characteristics of the turbo generator 10 at different cooling air pressures.

A méréseket levegőhűtésű 75 MVA névleges teljesítményű 10 turbógenerátorral és összehasonlításként 80 MW névleges teljesítményű vele azonos belső elrendezéssel és méretekkel rendelkező hidrogénhütésű másik három turbógenerátorral is elvégeztük, és hűtőközegként hidrogén helyett levegőt használtunk. A nyomást 1 és 2,2 bar között mintegy 50 mérési pontban változtattuk A mérési eredmények részletes elemzése kimutatta, hogy az egyes gépeken végzett hőmérsékletnövekedési értékek jó egyezést mutattak, és ezekből általánosabb érvényű összefüggéseket is nyerhettünkMeasurements were also performed on air-cooled 75 MVA turbocharged power generators with 10 turbine generators and, for comparison, 80 MW hydrogen-cooled turbochargers with the same internal layout and dimensions, using air instead of hydrogen as the refrigerant. The pressure was varied between 1 and 2.2 bar at about 50 measurement points A detailed analysis of the measurement results showed that the temperature rise values on each machine were in good agreement and that more general relationships were obtained.

Azt tapasztaltuk, hogy léghűtés esetén a gép terhelhetőségét döntően a forgórész tekercselésének a hőmérsékletnövekedése korlátozza.It has been found that in the case of air cooling, the load on the machine is mainly limited by the temperature increase of the rotor winding.

A forgórész hőmérsékletnövekedésére az alábbi összefüggés adódott:The rotor temperature increase has the following relationship:

Át>6 + (0,017/p) [PFePd + (0,25-p°' ahol:Over> 6 + (0.017 / p) [PFePd + (0.25-p ° 'where:

Atj? a forgórész hőmérsékletnövekedése (°C) p- az abszolút levegőnyomás (bar)Atj? rotor temperature increase (° C) p- absolute air pressure (bar)

PFe a vasveszteség (kW)PFe is the iron loss (kW)

Pa· a rövidzárási veszteség (kW)Pa · short-circuit loss (kW)

Pp· a forgórész részvesztesége (kW)Pp · rotor partial loss (kW)

A 4. ábrán látható diagramok a forgórész tekercselésének a hőmérsékletnövekedését szemléltetik a benne keletkezett veszteségi teljesítmény függvényében a gép különböző terheléseinél különböző légnyomások mellett, állandó vasveszteségek változásának elhanyagolásával. Az ábrán bejelöltük az egyes jellegzetes pontokhoz tartozó teljesítményeket is. Az összehasonlítás érdekében a hidrogénhűtésű gép forgórész tekercselése hőmérsékletnövekedését is felvázoltuk (ferde vonalkázással jelölt tartomány).The diagrams in Fig. 4 illustrate the increase in temperature of the rotor winding as a function of the loss power therein at different loads of the machine at different air pressures, neglecting the change in constant iron losses. The performances for each characteristic point are also marked in the figure. For the sake of comparison, the temperature increase of the rotor winding of the hydrogen-cooled machine is also sketched (range marked with oblique line shading).

MVA-es terhelés és cos<p= 0,85 esetében a forgórész vesztesége a hideg hűtőlevegő hőmérsékletétől, valamint nyomásától függően 230 és 250 kW között volt. Ha a belső légnyomást 25%-kal megnöveltük, akkor ugyanolyan hőmérsékletnövekedés tartásával a forgórész vesztesége is körülbelül ilyen mértékben növelhető meg. A veszteség ezen mintegy 25%-os növekedése a gerjesztőáram mintegy 12%-os növekedésének és a leadott teljesítmény mintegy 20%-os növekedésének felel meg, azaz a 75 MVA-es gép közelítően 90 MVA teljesítménnyel terhelhető (változatlan forgórészhőmérsékletnővekedés mellett). Amint a 4. ábrán láthatjuk, a gép terhelhetősége a nyomás további növelésével még tovább fokozható (egészen 100 MVA értékig 1,5 bar nyomásnál). Az állórész tekercselése ezen növekedést még megengedi. A costp-1 értékhez közeli tartományban való működéskor az állórész vastest lemezeit végeiben keletkezett melegedést azonban a légnyomás növekedése nem befolyásolja Uyen mér4 tékben. A légnyomással arányosan növekedő légsúrlódási veszteségek a hatásfok fokozatos romlásához vezetnek és ez gyakorlati korlátot szab a belső nyomás további növelésének.At MVA load and cos <p = 0.85, the rotor loss was between 230 and 250 kW, depending on the temperature and pressure of the cold cooling air. If the internal air pressure is increased by 25%, the rotor loss can be increased by approximately the same temperature increase. This about 25% increase in loss corresponds to about 12% increase in excitation current and about 20% increase in output power, i.e. the 75 MVA machine can be loaded with approximately 90 MVA output (with constant rotor temperature increase). As shown in Figure 4, the machine's load capacity can be further increased by further increasing the pressure (up to 100 MVA at 1.5 bar). The stator winding still allows this increase. However, when operating within the range of costp-1, the heat generated at the ends of the stator body plates is not affected by the increase in air pressure. Increasing air friction losses in proportion to air pressure lead to a gradual deterioration in efficiency, which puts a practical constraint on further increasing internal pressure.

Ezen jelenségeket együttesen megfigyelhetjük az 5. ábra diagramjain. Az a görbe a vizsgált típusú gép hatásfokát szemlélteti 1 bar nyomásnál, a b görbe ugyanezt 1,25 bar nyomás mellett szemlélteti, végül a c görbét 1,5 bar nyomás mellett rajzoltuk fel. A vasmag végeinél tapasztalt hatások eredményeként a forgórész által meghatározott terhelhetőségnek az 1,25 bar nyomás mellett tapasztalt 90 MVA-es és 1,5 bar mellett tapasztalt 100 MVA-es értékei a valóságban 88, illetve 95 MVA értékekre korlátozódtak.Together, these phenomena can be observed in the diagrams in Figure 5. Curve a illustrates the efficiency of the tested machine at 1 bar, curve b shows the same at 1.25 bar, and finally curve c is drawn at 1.5 bar. As a result of the effects at the ends of the iron core, the rotor loadings at 90 MVA at 1.25 bar and 100 MVA at 1.5 bar were actually limited to 88 and 95 MVA, respectively.

A turbógenerátorban uralkodó légnyomás folyamatos változtatása mellett kiadódó hatásfok görbét a pontvonallal jelölt d görbe mutatja a 75 MVA-nál nagyobb terhelésekre.The efficiency curve of continuously varying air pressure in the turbo generator is shown by the dotted curve d for loads greater than 75 MVA.

Megjegyezzük, hogy a vizsgált turbógenerátor forgórészének átmérője 930 mm, hossza pedig 2850 mm volt. Az 5. ábrán vázolt e és f diagramok két különböző, de 95 MVA-es névleges terhelésre méretezett turbógenerátor hatásfok jelleggörbéit szemléltetik normál légköri nyomás mellett. Az e diagram esetében a forgórész átmérője 930 mm, hossza 3700 mm, míg az/ diagram esetében az átmérő 1000 mm, a hosszúság 3250 mm. Mindkét utóbbi esetben a forgórész gyakorlatilag azonos.Note that the turbo generator under investigation has a rotor diameter of 930 mm and a length of 2850 mm. The diagrams e and f in Figure 5 illustrate the efficiency curves of two different turbocharger generators rated at 95 MVA at normal atmospheric pressure. The rotor has a diameter of 930 mm and a length of 3700 mm in the case of this diagram, the diameter of the rotor is 1000 mm and the length is 3250 mm. In both of these cases the rotor is practically identical.

Az azonos terhelésekhez tartozó hatásfokok, azaz az a és d, valamint e diagramok egybevetéséből az üzemeltetési eredő hatásfok megállapítása tekintetében az játszik döntő szerepet, hogy egy adott időszak (pl. egy év) alatt milyen terheléssel mennyi időt üzemel a gép. Ha az idő túlnyomó részében (pl. 90%-ban) a terhelést 75 MVA jelenti és a csúcsterhelést jelentő 95 MVA-es érték csak ritkán fordul elő, akkor a megnövelt nyomású gép eredő hatásfoka is kedvezőbb. A viszonylag nagyobb átmérőjű és rövidebb gép (f diagram) hatásfoka 95 MVA-es terhelésig kifejezetten rosszabb a 75 MVA-es névleges teljesítményű gépnél.Comparing the efficiency of the same loads, that is, a and d, and comparing these diagrams to determine the operating efficiency, the time during which a machine is operating at a given time (eg one year) plays a decisive role. If most of the time (eg 90%) the load is 75 MVA and the peak load 95 MVA is rare, the resulting efficiency of the high pressure machine is also better. The efficiency of a relatively larger diameter and shorter machine (f diagram) up to 95 MVA is clearly worse than a 75 MVA rated machine.

Az összehasonlítás még nem veszi figyelembe azt a döntő körülményt, hogy a 95 MVA-es terhelésre méretezett gép beruházási költsége lényegesen magasabb a 75 MVA-es gépéhez viszonyítva.The comparison does not yet take into account the decisive circumstance that the investment cost of a 95 MVA machine is significantly higher than that of a 75 MVA machine.

A találmány szerint tehát a generátorban uralkodó levegőnyomás növelésével egy adott névleges terhelésre méretezett gép terhelhetősége növelhető, így az időszakos csúcsterhelések további gépek beruházása nélkül vagy a csúcsterhelésre méretezett költségesebb gép beállítása nélkül fedezhetők.Thus, according to the invention, by increasing the air pressure in the generator, the load capacity of a machine designed for a given rated load can be increased so that peak loads can be covered without the need for additional machinery or without setting up a more expensive machine designed for peak loads.

Úgy tűnik, hogy a csúcsterheléshez képest 7080% közötti névleges terhelésre méretezett turbógenerátorok használata a találmány szerinti eljárással indokolt és előnyös lehet.It appears that the use of turbo generators rated for a peak load of 7080% of peak load may be justified and advantageous in the present invention.

A hagyományos léghűtési turbógenerátorokhoz képest további jelentős előnyök származnak abból, hogy a terheléstől függetlenítetten a forgórész hőmérséklete állandó, ezért a vas és a réz változó hőtágulásából adódó problémák gyakorlatilag megszűnnek. Előny származik a zárt rendszerű léghűtésből, miután a levegő nedvességtartalma kézben tartható. A nagy nedvességtartalom ismert módon a turbógenerátorok élettartamát és megbízhatóságát csök-4HU 203622Β kenti.Compared with conventional air-cooled turbo generators, there are further significant advantages in that, regardless of the load, the rotor temperature is constant, so that problems due to the variable thermal expansion of iron and copper are virtually eliminated. The advantage of closed air cooling is that the moisture content of the air can be controlled. High moisture content is known to reduce the life and reliability of turbochargers.

A hűtőlevegő nyomásának szabályozását a találmány szerinti elrendezéssel legcélszerűbb a forgórész ellenállásának vagy a karakterisztika alapján a forgórész veszteségének mérése alapján végezni. A forgórész ellenállásából a tekercselés hőmérsékletét határozhatjuk meg, és a terhelés növekedésekor vagy csökkenésekor a nyomást állandó forgórész hőmérséklet tartása mellett kell szabályozni. A forgórész veszteség a forgórész feszültsége vagy árama alapján meghatározható.The control of the cooling air pressure in the arrangement according to the invention is preferably carried out by measuring the rotor resistance or the rotor loss based on the characteristic. From the rotor resistance, the winding temperature can be determined and, as the load increases or decreases, the pressure must be controlled while maintaining a constant rotor temperature. The rotor loss can be determined by the rotor voltage or current.

A szabályozás történhet kézi beavatkozással, de az itt leírt követelmények alapján automatikus szabályozás is könnyen használható.Control can be done manually, but automatic control is easy to use based on the requirements described here.

Claims (5)

SZABADALMI IGÉNYPONTOKPATENT CLAIMS 1. Eljárás gyorsforgású, léghűtéses turbógenerátorok tekercselhetőségének szabályozására, amelynél a forgórész tekercselésnek intenzív közvetlen vezetőhűtése van, amelynek során mérjük a forgórész tekercselésének a hőmérsékletét, azzal jellemezve, hogy amikor a hőmérséklet egy adott, a turbógenerátorra előírt terhelési határértékhez tartozó hőmérsékletet meghalad, akkora forgórészhez nyomásszabályozó szelepen vagy szelepeken (18, 19) keresztül az atmoszférikus nyomást meghaladó nyomású hűtőlevegőt vezetünk, és a nyomás vátloz8 tatásával a mért hőmérsékletet adott tartományon belül tartjuk, a szabályozás során a nyomást legfeljebb 2 bar abszolút értékig növeljük.CLAIMS 1. A method for controlling the winding of high speed air-cooled turbo generators, wherein the rotor winding has intense direct conduction cooling, wherein the temperature of the rotor winding is measured, wherein when the temperature is above cooling air with a pressure above atmospheric pressure is passed through the valve (s) (18, 19) and, by varying the pressure, the measured temperature is kept within a certain range and the pressure is increased to an absolute value of up to 2 bar. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a forgórész tekercselésésének hőmérsékletét legfeljebb ± 5 'C tartományon belül változtatjuk.The method of claim 1, wherein the temperature of the rotor winding is varied within a range of up to ± 5 ° C. 3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a forgórész tekercselés hőmérsékletét a keresztülfolyó áram és a rajta eső feszültség mérése alapján határozzuk meg.3. The method of claim 2, wherein the rotor winding temperature is determined by measuring the current flowing through and the voltage applied thereto. 4. Elrendezés az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, amelynél a turbógenerátornak tömítésekkel (15,16) lezárt belső tere, ehhez pneumatikus vezetéken (17) keresztül kapcsolódó körléghűtő rendszere és légadagoló szerkezete van, amely tartalmaz kompresszort (22, és/vagy 23), levegőtartályt (20), továbbá nyomásmérőt (26), azzal jellemezve, hogy a vezetékhez (17) nyomásszabályozó szelep (18, 19) csatlakozik, amelynek vezérlő bemenete szabályozó szervvel van öszszekötve, és a szabályozó szerv bemenete a forgórész tekercselés hőmérsékletét mérő egységgel van összekötve.4. Arrangement of Figures 1-3. A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the turbine generator has an interior enclosed by seals (15,16), a circulating air cooling system connected thereto by a pneumatic conduit (17) and an air supply device comprising a compressor (22, and / or 23), air reservoir (20). and a pressure gauge (26), characterized in that a pressure control valve (18, 19) is connected to the conduit (17), the control input of which is connected to the control body and the control body input is connected to the rotor winding temperature measuring unit. 5. A 4, igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a hőmérsékletet mérő egységet a forgórész tekercselésének ellenállását mérő egység képe-Arrangement according to Claim 4, characterized in that the temperature measuring unit is formed by a unit measuring the rotor winding resistance.