सिंक्रोनस टर्बोस और हाइड्रोजनरेटर्स की व्यवस्था कैसे की जाती है?

पनबिजली संयंत्रों में, जनरेटर पानी के टर्बाइनों द्वारा संचालित होते हैं जो 68 से 250 आरपीएम की गति से घूमते हैं। ताप विद्युत संयंत्रों में, विद्युत ऊर्जा भाप टरबाइन और टरबाइन जनरेटर से युक्त टरबाइन इकाइयों द्वारा उत्पन्न होती है। भाप ऊर्जा के बेहतर उपयोग के लिए, टर्बाइनों को 3000 आरपीएम की घूर्णन गति के साथ उच्च गति वाले टर्बाइनों के रूप में बनाया जाता है। बड़े औद्योगिक उद्यमों में थर्मल प्लांट भी उपलब्ध हैं।

अल्टरनेटर डिजाइन में सरल होते हैं और डीसी जनरेटर की तुलना में काफी अधिक शक्ति के साथ बनाए जा सकते हैं।

अधिकांश सिंक्रोनस मशीनें उलटे डिज़ाइन का उपयोग करती हैं डीसी मशीनें, अर्थात। उत्तेजना प्रणाली रोटर पर और आर्मेचर वाइंडिंग स्टेटर पर स्थित है। यह इस तथ्य के कारण है कि ऑपरेटिंग कॉइल को करंट की आपूर्ति करने की तुलना में स्लाइडिंग संपर्कों के माध्यम से उत्तेजना कॉइल को अपेक्षाकृत कम करंट की आपूर्ति करना आसान है। एक तुल्यकालिक मशीन की चुंबकीय प्रणाली को अंजीर में दिखाया गया है। 1.

तुल्यकालिक मशीन के उत्तेजन ध्रुव रोटर पर स्थित होते हैं।इलेक्ट्रोमैग्नेट्स के पोल कोर उसी तरह से बनाए जाते हैं जैसे डायरेक्ट करंट मशीनों में। स्थिर भाग पर, स्टेटर, एक कोर 2 होता है, जो विद्युत स्टील की इंसुलेटेड शीट से बना होता है, जिसके चैनलों में प्रत्यावर्ती धारा के लिए एक कार्यशील कुंडल होता है - आमतौर पर तीन-चरण।

चावल। 1. एक तुल्यकालिक मशीन की चुंबकीय प्रणाली

जब रोटर घूमता है, तो आर्मेचर वाइंडिंग में एक वैकल्पिक ईएमएफ प्रेरित होता है, जिसकी आवृत्ति रोटर की गति के सीधे आनुपातिक होती है। वर्किंग कॉइल के माध्यम से बहने वाली प्रत्यावर्ती धारा अपना चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। रोटर और वर्किंग कॉइल का क्षेत्र एक ही आवृत्ति पर घूमता है — तुल्यकालिक… मोटर मोड में, घूर्णन कार्य क्षेत्र में उत्तेजना प्रणाली के मैग्नेट होते हैं, और जनरेटर मोड में, इसके विपरीत।

अधिक विवरण के लिए यहां देखें: सिंक्रोनस मशीनों का उद्देश्य और व्यवस्था

सबसे शक्तिशाली मशीनों को डिजाइन करने पर विचार करें — टर्बोस और हाइड्रोजनरेटर... टर्बाइन जनरेटर भाप टर्बाइनों द्वारा संचालित होते हैं, जो उच्च गति पर सबसे किफायती होते हैं। इसलिए, टरबाइन जनरेटर उत्तेजना प्रणाली के ध्रुवों की न्यूनतम संख्या के साथ बनाए जाते हैं - दो, जो 50 हर्ट्ज की औद्योगिक आवृत्ति पर 3000 आरपीएम की अधिकतम रोटेशन गति से मेल खाती है।

टर्बोजेनरेटर इंजीनियरिंग की मुख्य समस्या विद्युत, चुंबकीय, यांत्रिक और तापीय भार के सीमित मूल्यों के साथ एक विश्वसनीय मशीन का निर्माण है। ये आवश्यकताएं मशीन के पूरे डिजाइन (चित्र 2) पर एक छाप छोड़ती हैं।

चावल। 2. टरबाइन जनरेटर का सामान्य दृश्य: 1 - स्लिप रिंग और ब्रश उपकरण, 2 - बियरिंग, 3 - रोटर, 4 - रोटर स्ट्रिप, 5 - स्टेटर वाइंडिंग, 6 - स्टेटर, 7 - स्टेटर वाइंडिंग, 8 - पंखा।

टरबाइन जनरेटर का रोटर 1.25 मीटर तक के व्यास के साथ ठोस फोर्जिंग के रूप में बनाया जाता है, जिसकी लंबाई 7 मीटर (काम करने वाला हिस्सा) तक होती है। फोर्जिंग की कुल लंबाई, शाफ्ट को ध्यान में रखते हुए, 12 - 15 मीटर है। काम करने वाले हिस्से पर चैनल मिल जाते हैं, जिसमें उत्तेजना का तार रखा जाता है। इस प्रकार, स्पष्ट रूप से परिभाषित ध्रुवों के बिना एक बेलनाकार द्विध्रुवीय विद्युत चुंबक प्राप्त होता है।

टरबाइन जनरेटर के उत्पादन में, नवीनतम सामग्री और डिजाइन समाधानों का उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से, शीतलन एजेंट - हाइड्रोजन या तरल के जेट द्वारा सक्रिय भागों का प्रत्यक्ष शीतलन। उच्च शक्ति प्राप्त करने के लिए, लंबाई बढ़ाना आवश्यक है मशीन की, जो इसे बेहद खास लुक देती है।

हाइड्रो जनरेटर (चित्र 3) टरबाइन जनरेटर से निर्माण में काफी भिन्न होते हैं। हाइड्रोलिक टरबाइन के संचालन की दक्षता जल प्रवाह की गति पर निर्भर करती है, अर्थात। कोशिश। समतल नदियों पर उच्च दबाव बनाना असंभव है, इसलिए टरबाइन की घूर्णी गति बहुत कम है - प्रति मिनट दसियों से लेकर सैकड़ों क्रांतियाँ।

50 हर्ट्ज की औद्योगिक आवृत्ति प्राप्त करने के लिए, ऐसी कम गति वाली मशीनों को बड़ी संख्या में ध्रुवों के साथ बनाया जाना चाहिए। बड़ी संख्या में ध्रुवों को समायोजित करने के लिए, हाइड्रोजेनरेटर के रोटर के व्यास को बढ़ाना आवश्यक है, कभी-कभी 10-11 मीटर तक।

चावल। 3. अम्ब्रेला हाइड्रोजन जनरेटर का अनुदैर्ध्य खंड: 1 - रोटर हब, 2 - रोटर रिम, 3 - रोटर पोल, 4 - स्टेटर कोर, 5 - स्टेटर वाइंडिंग, 6 - क्रॉस बीम, 7 - ब्रेक, 8 - थ्रस्ट बियरिंग, 9 - रोटर आस्तीन।

शक्तिशाली टर्बोस और हाइड्रो जनरेटर बनाना एक इंजीनियरिंग चुनौती है।यांत्रिक, विद्युत चुम्बकीय, थर्मल और वेंटिलेशन गणना के कई मुद्दों को हल करना और उत्पादन में संरचना की विनिर्माण क्षमता सुनिश्चित करना आवश्यक है। केवल शक्तिशाली डिजाइन और प्रोडक्शन टीम और कंपनियां ही इन कार्यों को संभाल सकती हैं।

विभिन्न प्रकार की संरचनाएं बहुत ही रोचक हैं। तुल्यकालिक माइक्रोमशीनें, जिसमें स्थायी चुंबक और प्रतिक्रियाशील प्रणाली का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, अर्थात। ऐसी प्रणालियाँ जिनमें कार्यशील चुंबकीय क्षेत्र उत्तेजना चुंबकीय क्षेत्र के साथ नहीं, बल्कि रोटर के फेरोमैग्नेटिक मुख्य ध्रुवों के साथ संपर्क करता है, जिसमें वाइंडिंग नहीं होती है।

फिर भी मुख्य तकनीकी क्षेत्र जहां आज सिंक्रोनस मशीनों का कोई प्रतिस्पर्धी नहीं है, ऊर्जा है। बिजली संयंत्रों में सभी जनरेटर, सबसे शक्तिशाली से लेकर मोबाइल तक, सिंक्रोनस मशीनों पर आधारित होते हैं।

से संबंधित तुल्यकालिक मोटर्स, तो उनकी कमजोर जगह स्टार्टअप समस्या है। अपने आप में, एक तुल्यकालिक मोटर आमतौर पर गति नहीं कर सकती है। ऐसा करने के लिए, यह एक एसिंक्रोनस मशीन के सिद्धांत पर काम करने वाले एक विशेष स्टार्टिंग कॉइल से लैस है, जो डिजाइन और शुरुआती प्रक्रिया को ही जटिल बनाता है। इसलिए सिंक्रोनस मोटर्स आम तौर पर मध्यम से उच्च शक्ति रेटिंग में उपलब्ध होती हैं।

नीचे दिया गया आंकड़ा टरबाइन जनरेटर के निर्माण को दर्शाता है।

जनरेटर का रोटर 1 स्टील फोर्जिंग से बना होता है, जिसमें एक विशेष डीसी मशीन 10 द्वारा संचालित उत्तेजना कॉइल के लिए खांचे मिल जाते हैं, जिसे एक्साइटर कहा जाता है। रोटर वाइंडिंग को करंट हाउसिंग 9 द्वारा बंद स्लिप रिंग के माध्यम से दिया जाता है, रोटर वाइंडिंग के तार उनसे जुड़े होते हैं।

घूर्णन करते समय, रोटर एक बड़ा केन्द्रापसारक बल उत्पन्न करता है।रोटर के खांचे में, घुमावदार को धातु के वेजेज द्वारा रखा जाता है, और स्टील के रिटेनिंग रिंग 7 को सामने के हिस्सों के खिलाफ दबाया जाता है।

स्टेटर को विशेष विद्युत स्टील की मुहर लगी शीट 2 से इकट्ठा किया जाता है, जिसे शीट स्टील से वेल्डेड 3 फ्रेम में प्रबलित किया जाता है। प्रत्येक स्टेटर पत्ती में कई भाग होते हैं, जिन्हें खंड कहा जाता है, जो 4 बोल्ट के साथ तय होते हैं।

स्टेटर के चैनलों में, एक कॉइल 6 रखी जाती है, जिसके तारों में रोटर के घूमने पर इलेक्ट्रोमोटिव बल प्रेरित होते हैं। श्रृंखला से जुड़े घुमावदार तारों के इलेक्ट्रोमोटिव बलों में वृद्धि होती है और टर्मिनलों 12 पर कई हजार वोल्ट का वोल्टेज उत्पन्न होता है। जब घुमावदार तारों के बीच करंट प्रवाहित होता है, तो बड़ी ताकतें पैदा होती हैं। इसलिए, स्टेटर वाइंडिंग के सामने के हिस्से रिंग 5 से जुड़े होते हैं।

रोटर बियरिंग्स 8 में घूमता है। असर और बेस प्लेट के बीच एक सर्किट-ब्रेकिंग इंसुलेशन बिछाया जाता है, जिसके जरिए बियरिंग करंट को बंद किया जा सकता है। दूसरा असर भाप टरबाइन के साथ मिलकर बनाया गया है।

जनरेटर को ठंडा करने के लिए, स्टेटर को अलग-अलग पैकेजों में बांटा गया है, जिसके बीच वेंटिलेशन नलिकाएं स्थित हैं। हवा रोटर पर लगे पंखे 11 द्वारा संचालित होती है।

शक्तिशाली जनरेटर को ठंडा करने के लिए, उनके माध्यम से हवा की एक बड़ी मात्रा को धकेलना आवश्यक है, दसियों क्यूबिक मीटर प्रति सेकंड तक पहुंचना।

यदि स्टेशन के परिसर से ठंडी हवा ली जाती है, तो उसमें सबसे नगण्य मात्रा में धूल (कुछ मिलीग्राम प्रति घन मीटर) की उपस्थिति के साथ, जनरेटर थोड़े समय में धूल से दूषित हो जाएगा। इसलिए, टरबाइन जनरेटर एक बंद वेंटिलेशन सिस्टम के साथ बनाए जाते हैं।

हवा, जो जनरेटर के वेंटिलेशन चैनलों से गुजरते समय गर्म होती है, टरबाइन जनरेटर के आवरण के नीचे स्थित विशेष एयर कूलर में प्रवेश करती है।

वहां, गर्म हवा एयर कूलर की पंख वाली नलियों के बीच से गुजरती है, जिससे पानी बहता है और ठंडा होता है। फिर हवा को पंखे में लौटा दिया जाता है, जो इसे वेंटिलेशन नलिकाओं के माध्यम से आगे बढ़ाता है। इस तरह, जनरेटर लगातार उसी हवा से ठंडा होता है और धूल जनरेटर के अंदर नहीं जा सकती।

टरबाइन जनरेटर के रोटर की परिधि के साथ गति 150 m / s से अधिक है। इस गति से हवा में रोटर के घर्षण पर बड़ी मात्रा में ऊर्जा खर्च होती है। उदाहरण के लिए, 50,000 kWt की शक्ति वाले टरबाइन जनरेटर में, वायु घर्षण के कारण होने वाली ऊर्जा हानि सभी हानियों के योग का 53% है।

इन नुकसानों को कम करने के लिए, शक्तिशाली टरबाइन जनरेटर के आंतरिक स्थान को हवा से नहीं, बल्कि हाइड्रोजन से भरा जाता है। हाइड्रोजन हवा की तुलना में 14 गुना हल्का है, यानी इसका घनत्व समान रूप से कम है, जिसके कारण रोटर घर्षण हानि काफी कम हो जाती है।

हवा में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण से बनने वाले ऑक्सीहाइड्रोजेन के विस्फोट को रोकने के लिए, जनरेटर के अंदर वायुमंडलीय दबाव से अधिक सेट किया जाता है। इसलिए, वायुमंडलीय ऑक्सीजन जनरेटर में प्रवेश नहीं कर सकती है।

भाप टरबाइन जनरेटर का 3डी मॉडल:

1965 में स्कूल आपूर्ति कारखाने द्वारा बनाया गया एक शैक्षिक टेप:
तुल्यकालिक जनरेटर