Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата

Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата

Проведена сравнительная оценка массогабаритных параметров турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения. Приведены статистические данные, сформулированы и обоснованы технические требования, определяющие значения массогабаритных параметров, обуславливающие конкурентоспособность турбо...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Проблемы машиностроения
Datum:2010
1. Verfasser: Минко, А.Н.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України 2010
Schlagworte:
Энергетическое машиностроение
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141824
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата / А.Н. Минко // Проблемы машиностроения. — 2010. — Т. 13, № 4. — С. 9-14. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-141824
record_format dspace
spelling Минко, А.Н.
2018-09-14T15:07:15Z
2018-09-14T15:07:15Z
2010
Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата / А.Н. Минко // Проблемы машиностроения. — 2010. — Т. 13, № 4. — С. 9-14. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
0131-2928
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141824
621.735
Проведена сравнительная оценка массогабаритных параметров турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения. Приведены статистические данные, сформулированы и обоснованы технические требования, определяющие значения массогабаритных параметров, обуславливающие конкурентоспособность турбоагрегата.
Проведено порівняльну оцінку масогабаритних параметрів турбогенераторів з повітряною та водневою системами охолодження. Наведено статистичні дані, сформульовано й обґрунтовано технічні вимоги, що визначають значення масогабаритних параметрів, які обумовлюють конкурентоздатність турбоагрегату.
The comparative estimation massgabarit parameter turbo-alternator is organized with air and with hydrogen system of the cooling. They are brought statistical data, are worded and motivated specificationses, defining importances massgabarit parameter, competitiveness alternator.
ru
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
Проблемы машиностроения
Энергетическое машиностроение
Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата
Massgabarit parameters of turbogenerators with air and hydrogen cooling system as leading index to turboset competitiveness
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата
spellingShingle Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата
Минко, А.Н.
Энергетическое машиностроение
title_short Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата
title_full Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата
title_fullStr Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата
title_full_unstemmed Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата
title_sort массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата
author Минко, А.Н.
author_facet Минко, А.Н.
topic Энергетическое машиностроение
topic_facet Энергетическое машиностроение
publishDate 2010
language Russian
container_title Проблемы машиностроения
publisher Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
format Article
title_alt Massgabarit parameters of turbogenerators with air and hydrogen cooling system as leading index to turboset competitiveness
description Проведена сравнительная оценка массогабаритных параметров турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения. Приведены статистические данные, сформулированы и обоснованы технические требования, определяющие значения массогабаритных параметров, обуславливающие конкурентоспособность турбоагрегата. Проведено порівняльну оцінку масогабаритних параметрів турбогенераторів з повітряною та водневою системами охолодження. Наведено статистичні дані, сформульовано й обґрунтовано технічні вимоги, що визначають значення масогабаритних параметрів, які обумовлюють конкурентоздатність турбоагрегату. The comparative estimation massgabarit parameter turbo-alternator is organized with air and with hydrogen system of the cooling. They are brought statistical data, are worded and motivated specificationses, defining importances massgabarit parameter, competitiveness alternator.
issn 0131-2928
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141824
citation_txt Массогабаритные параметры турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения как основной показатель конкурентоспособности турбоагрегата / А.Н. Минко // Проблемы машиностроения. — 2010. — Т. 13, № 4. — С. 9-14. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT minkoan massogabaritnyeparametryturbogeneratorovsvozdušnoiivodorodnoisistemamiohlaždeniâkakosnovnoipokazatelʹkonkurentosposobnostiturboagregata
AT minkoan massgabaritparametersofturbogeneratorswithairandhydrogencoolingsystemasleadingindextoturbosetcompetitiveness
first_indexed 2025-11-27T04:30:12Z
last_indexed 2025-11-27T04:30:12Z
_version_ 1850800312557764608
fulltext ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 4 9 4. Ковальский А. Э. Моделирование процесса каплеударной эрозии рабочих лопаток паровых турбин с целью совершенствования их противоэрозионных показателей: Автореф. дисc…. канд. техн. на- ук. – 1987. – Л. – 16 с. 5. Шубенко А. Л. Кинетическая модель каплеударной эрозии рабочих лопаточных аппаратов паро- вых турбин / А. Л. Шубенко, А. Э. Ковальский // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1989. – № 5. – С. 94–101. 6. Перельман Р. Г. Эрозия элементов паровых турбин / Р. Г. Перельман, В. В. Пряхин. – М.: Энерго- атомиздат, 1986. – 184 с. Поступила в редакцию 10.01.10 УДК 621.735 А. Н Минко ГП завод «Электротяжмаш» (г. Харьков) МАССОГАБАРИТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ С ВОЗДУШНОЙ И ВОДОРОДНОЙ СИСТЕМАМИ ОХЛАЖДЕНИЯ КАК ОСНОВНОЙ ПОКАЗАТЕЛЬ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ТУРБОАГРЕГАТА Проведена сравнительная оценка массогабаритных параметров турбогенераторов с воздушной и водородной системами охлаждения. Приведены статистические данные, сформулированы и обоснованы технические требования, определяющие значения массо- габаритных параметров, обуславливающие конкурентоспособность турбоагрегата. Проведено порівняльну оцінку масогабаритних параметрів турбогенераторів з повіт- ряною та водневою системами охолодження. Наведено статистичні дані, сформульо- вано й обґрунтовано технічні вимоги, що визначають значення масогабаритних пара- метрів, які обумовлюють конкурентоздатність турбоагрегату. Постановка задачи и анализ литературы Постоянная конкуренция среди производителей энергомашиностроительной отрасли диктует новые технические и технологические требования к современным турбогенераторам (ТГ). Важным технико-экономическим показателем изготовления ТГ являются его массога- баритные параметры, которые определяют экономическую целесообразность изготовления ТГ, т. е. конкурентоспособность машины, и выражаются рыночным соотношением «доллар – за килограмм». Технический и экономический уровень строительства и реконструкции тепловых и атомных электростанций во многом зависит от себестоимости основного оборудования [1– 3], т.е. турбогенератора и турбины. Генерируемая мощность и массогабаритные параметры ТГ имеют прямую зависимость от применяемых в них систем охлаждения. Анализ мировых стандартов, работа на мировых рынках сбыта, статистические данные, полученные лабора- торным путем, практика проектирования турбогенераторов показывает высокую конкурен- тоспособность ТГ с воздушной системой охлаждения (ВСО) по сравнению с ТГ с водород- ным охлаждением, в плане снижения величины массогабаритных параметров. Так, напри- мер, вес ТГ с ВСО при мощности 220 МВт составляет 268 т, а ТГ с водородной системой охлаждения 321 т при мощности 200 МВт. (по данным паспортов ТГ). Нашей задачей является поиск решений изменения конструкции неактивной зоны ТГ при замене водородной системы охлаждения ТГ на воздушную систему не только с целью улучшения технических параметров и, в первую очередь, эксплуатационной безопасности, но и повышение конкурентоспособности турбогенераторов отечественного производства за счет снижения удельных массогабаритных показателей. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 4 10 Целью работы является сравнительная оценка массогабаритных параметров ТГ с воздушной и водородной системами охлаждения, анализ конструкции неактивной зоны ТГ, а также определение возможных путей ее изменения с целью оптимизации (снижения) мас- согабаритных показателей. Основной материал Анализ тепловых расчетов [4–5] турбогенераторов, выпускаемых заводом «Электро- тяжмаш» (г. Харьков, Украина) позволяет отметить, что в ТГ с водородным охлаждением существует запас по превышению температуры нагрева машины в 20–25% по отношению к допустимой температуре нагрева принятого класса нагревостойкости изоляции. Отказ от за- паса по температурным характеристикам изоляции на один класс нагревостойкости (service – factor), принятый еще в СССР, сделал возможным проектировать новые ТГ с прежними зна- чениями мощности на базе ТГ с водородным охлаждением, но, применяя систему воздушно- го охлаждения, сохраняя запас по превышению температуры в 2–4%, что определяется ми- ровыми стандартами. На заводе «Электротяжмаш» уже изготовлены ТГ с воздушной системой охлаждения мощностью 120 и 160 МВт, но они уступают мировым аналогам по удельному соотношению мощности и веса. Поэтому идет поиск решений по изменению этого показателя. Новые разработки конструкций турбоустановок сфокусированы не только на повы- шение мощности в исходном габарите и увеличении значения КПД, но направлены и на уменьшение материалоемкости для повышения конкурентоспособности ТГ на мировом рынке. В ходе работы проанализированы конструкции ТГ украинского и российского про- изводства [1], для сравнения соотношения мощности машин и их весовых показателей. Ус- ловное соотношение веса активной и неактивной частей составляет соответственно 85 и 15%. Вес активной части ТГ определяется весом ротора (около 30%) и статора (около 70%). В табл. 1 приведены некоторые данные для некоторых ТГ с воздушной системой охлажде- ния производства Украины («Электротяжмаш») и России («Электросила», г. Санкт- Петербург). Таблица 1. Значения мощности и веса турбогенераторов серии ТА и Т3Ф с воздушной системой охлаждения Тип Мощность, МВт Масса, т Производитель ТЗФП-120-2 120 178 «Электросила» ТА-120-2 120 257 «Электротяжмаш» ТА-160-2 160 300 «Электротяжмаш» ТЗФП-160-2М 160 243 «Электросила» ТЗФ-220-2 220 268 «Электросила» ТЗФ-350-2 350 280 «Электросила» Вес ТГ завода «Электротяжмаш» остается довольно высоким в сравнении с продук- цией российской электромашиностроительной отрасли, что свидетельствует о необходимо- сти ведения работы в данном направлении [2–3]. Для доказательства актуальности выполнения работ по изменению конструктивных решений неактивной зоны ТГ для уменьшения их массы при переходе от водородного к воз- душному охлаждению рассмотрим показатели веса и мощности этих машин (табл. 2). По сравнению с ТГ с ВСО, турбогенераторы серии ТГВ обладают большим весом и большими габаритными размерами. Это обусловлено техническими и технологическими требованиями эксплуатации ТГ, а именно: − обеспечение механической прочности конструкции; − соблюдение герметичности газового пространства; ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 4 11 − наличие сложных вспомогательных систем для осуществления водородной системы ох- лаждения; − обеспечение прочности при повышенной взрывоопасности ТГ; − чувствительность компоновки газоохладителей. Таблица 2. Сравнение мощности и массы турбогенераторов производства завода «Электротяжмаш» с водородным (серия ТГВ, ТВВ) и воздушным охлаждением Водородное охлаждение Воздушное охлаждение тип мощность, МВт масса, т тип мощность, МВт масса, т ТГВ-200-2М 200 321 ТА-160-2 160 300,5 ТГВ-300-2 300 364 ТА-200-2* 200 264 ТГВ-500-2 500 495 ТА-350-2* 350 303,5 ТВВ-1000-2 1000 561 – – – * – проект находится на стадии разработки. В табл. 3 подробно дана информация сравнительной массогабаритной оценки основ- ных элементов конструкции ТГ, которая условно разделена на три основных элемента: ста- тор, ротор и торцевая часть (теплообменник вертикального исполнения отнесен в торцевую зону ТГ). Таблица 3. Массогабаритная оценка турбогенераторов ТА-200 и ТГВ-200 ТА-200 ТГВ-200 Элементы конструкции Узел Габариты, мм Масса, кг Габариты, мм Масса, кг Система охлаждения: Воздушная Водородная Корпус 3220, ∅3400 19000 3600, ∅3815 24500 Нажимная плита 370, ∅2600,∅1900 1100 400, ∅3050, ∅2750 1700 Обмотка (клин) 3400×26,5×110 145 3450×28×130 160 Статор Сердечник 3200, ∅2540, ∅1300 48000 3560, ∅3000, ∅1430 61000 Сердечник 3000, ∅1100, ∅6500 43000 3650, ∅1280 ∅7200 56500 Обмотка (клин) 3000×23×83 131 3600×26,5×95 148 Ротор Бандажное кольцо 320, ∅1150, ∅860 1020 360, ∅1330, ∅1100 1400 Щиты 475, ∅3420 2800 506, ∅3620 3730 Подшипник 2050×2140×810 6420 2210×2300×890 6970 Торцевая зона Теплообменник 2430×450×450 745 2670×500×500 855 ТГ с ВСО отличаются сравнительной простотой исполнения, требуют меньше затрат материала на производство, обеспечивают высокую безопасность эксплуатации, а также по- зволяют осуществить компоновку с газовой турбиной. У ТГ с водородной системой охлаждения увеличивается вес из-за увеличения тол- щины стенок элементов корпуса статора для повышения безопасности эксплуатации турбо- генератора, [3]. В табл. 4 представлены допустимые прочностные показатели ТГ среднего класса мощности (120–320 МВт). Исходя из вышеизложенного, сформулируем основные технические требования, ко- торые предъявляются к массогабаритным показателям ТГ, [1–3]. Представим их в виде структурно-логической схемы (см. рис. 1). ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 4 12 ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ КОМПОНЕНТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ КОМПОНЕНТ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОМПОНЕНТ Технические требования, предъявляемые к массогабаритным параметрам ТГ Унификация основных элементов конструкции Снижение уровня сложности инженерных расчетов Снижение материальных затрат на производство ТГ Обеспечение высокого уровня параметров Активной части ТГ Неактивной части ТГ Снижение трудоемкости Временные затраты Стали Цветные Изоляция Прочностных показателей Тепловых нагрузок Электромагнит- ных нагрузок Менее трудоемкий ремонт и диагностика ТГ Простота монтажных и пусконаладочных работ Оптимальное использование материалов в конструкции ТГ Безопасность и непрерывность выработки электроэнергии Статических узлов ТГ Динамических узлов ТГ Сварных, болтовых и д.р. соединительных элементов Токоведущих элементов Изоляционных материалов Обслуживающий персонал Сопряженные объекты с ТГ Турбогенератор Снижение потребляемых мощностей на изготовление конструкции ТГ Оптимизация распорядка и кол-ва трудодней исполнительного персонала Рациональное финансирова- ние снабжения основными материалами Целесообразность финансовых затрат на осуществление вентиляции, охлаждения Механических Электрических Тепловых Финансовые затраты Оплата труда Условия труда Металлы Неметаллы Гидравлические устройства для теплообмен- ников Системы маслоснабжения Оборудование для обеспечения необходимого давления газа внутри корпуса ТГ Рис 1. Основные технические требования к проектированию современных турбогенераторов ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 4 13 Таблица 4. Толщина элементов корпуса статора ТГ среднего класса мощности Система охлаждения Наружный диаметр обшивки, мм Толщина обшивки, мм Толщина торцевых стенок, мм Толщина поперечных стенок, мм Опорные лапы, мм Воздушное 1300 1700–2000 2250–3350 6 8 10–16 30–34 30–34 34– 50 12–16 12–16 20–24 30–40 36–42 42–50 Водородное До 3000 Свыше 3000 20 24 70–80 70–80 20 25– 30 70 70 Структурно-логическая схема разбита на три основных компонента: проектировоч- ный, эксплуатационный и экономический. На наш взгляд, эти компоненты являются фунда- ментальными «стержнями» процесса проектирования турбогенераторов. В схеме условно можно различить четыре основных ветви развития (слева – направо), дадим краткую харак- теристику каждой ветви: I. Техническая – содержит в себе техническую сторону вопросов оптимизации кон- струкции турбогенератора, в части рационального управления процессом производства тур- богенератора. II. Управленчески-кадровая – отображает состояние проектирования турбогенерато- ров с учетом человеческого фактора, т.е. временных рамок поставленных задач, уровня ква- лификации инженерного персонала, оплату и условия труда и т.д. III. Материально-снабженческая – характеризует требования об оптимальном ис- пользовании основных материалов и своевременном снабжении необходимыми материала- ми цехов. Как показывает практика, отсутствие нужного металла или изоляционного мате- риала сильно тормозит и усложняет процесс изготовления конструкции турбогенератора. IV. Технологическая – формулирует требования к той части проектирования турбо- генератора, задачами которой являются обеспечение необходимым уровнем качества пара- метров будущего турбогенератора. Высокий показатель результативности проектирования турбогенератора будет дос- тигнут только при обеспечении надежной связи всех компонентов структурно-логической схемы. Выводы 1. На основании анализа технических данных и отечественного опыта проектирова- ния электрических машин выделены основные элементы конструкции ТГ, которые опреде- ляют массогабаритные характеристики ТГ с воздушной и водородной системами охлажде- ния. Предложена сравнительная массогабаритная оценка турбогенераторов с воздушной (се- рия ТА) и водородной (серия ТГВ) системами охлаждения как основной показатель конку- рентоспособности. 2. Сформулированы технические требования, которые предъявляются к массогаба- ритным показателям ТГ, на основе которых может быть разработана техническая докумен- тация более рентабельной конструкции ТГ. 3. Перечислены технические и технологические требования эксплуатации ТГ с воз- душной и водородной системами охлаждения. 4. Установлено, что в ТГ с водородными системами охлаждения существует запас по превышению температуры нагрева машины в 20–25 % по отношению к допустимой темпе- ратуре нагрева при принятом классе нагревостойкости изоляции. Кроме того, отказ от service–factor-a сделает возможным проектировать новые ТГ, не уступающие своими пара- метрами турбогенераторам с водородной системой охлаждения, экономическая эффектив- ность которых буде значительно выше. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 4 14 Литература 1. Филиппов И. Ф. Вопросы охлаждения электрических машин / И. Ф. Филиппов. – М.: Госэнергоиз- дат, 1974. – 334 с. 2. Алексеев А. Е. Конструкция электрических машин / А. Е. Алексеев. – Киев.: Госэнергоиздат, 1968. – 428 с. 3. Жерве Г. К. Промышленные испытания электрических машин / Г. К. Жерве. – М.: Энергия, 1978. – 574 с. 4. Протокол испытаний турбогенератора ТА–120: № ОТХ 129.2491. ГП завод «Электротяжмаш», – Харьков, 2009 г. – 46 с. 5. Рихтер Р. Электрические машины / Р. Рихтер. В 2-х т. – М.: Энергия, 1976. – 688 с. Поступила в редакцию 06.06.10

Ähnliche Einträge