Расчет турбогенератора Т-12 с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Техническое задание
1 Расчет
1.2 Статор, зубцовая зона и ярмо ротора
1.3 Электромагнитный расчёт
1.4 Параметры и постоянные времени, статическая перегружаемость и токи короткого замыкания, потери мощности и коэффициент полезного действия
1.5 Потери мощности при коротком замыкании
1.6 Потери мощности на возбуждение
1.7 Механические потери мощности
1.8 Потери мощности на вентиляцию
1.9 Тепловой расчет
1.10 Основы механических расчетов
1.11 Расчет напряжений в клине
1.12 Оценка напряжений в бандаже
1.13 Оценка критических частот
Заключение
Список литературы

363).
1.7 Механические потери мощности
182. Потери мощности на трение в двух подшипниках скольжения:
Вт,
где
кг – масса ротора.
Диаметр и длину шейки вала (цапфы) определяем из (10.62). Принимаем lц = 1.2dц ,
pуд Па,
,
отсюда
м,

м.
183. Потери мощности на трение вращающегося ротора о воздух в корпусе:
Вт.
184. Потери мощности на трение двух бандажных колец о воздух определяем по (10.65):
Вт,

где
м;

м,
С1 и С2 взяты со стр. 364.
185. Потери на трение торцевых поверхностей канавок рифления о воздух определяем по (10.66):
Вт,

здесь
-число канавок рифления (шаг рифления tp = 0.012м [см. п. 89];
глубину канавок рифления принимаем
м (стр.365).
186. Потери на трение щеток о контактные кольца:
Вт,
где sщ = м2 (А/м2); принимаем µт,
pщ Па (стр. 366).
1.8 Потери мощности на вентиляцию
187. Отводимые газом потери мощности:
Вт.
188. Расход газа при воздушном охлаждении:
м3/с,
принимаем 0С, 0C.
Вт,
189. Потери мощности на вентиляцию:

- КПД вентилятора (осевого).
где = (2.5 - 3.5) 103 Па,
192. Полные механические потери мощности, включая потери на вентиляцию и
охлаждение:
Вт.
Вт.
193. Сумма потерь мощности при номинальной нагрузке:
194. Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке:
%
Зависимость КПД от нагрузки достаточно построить для, P = (0.25; 0,5; 0,75; 1,0;
1,25)Рн. Для определения КПД при нагрузках, отличных от номинальной, следует найти постоянные потери мощности, не зависящие от нагрузки, и переменные потери мощности, определяемые нагрузкой.
195. Постоянные потери мощности, не зависящие от нагрузки:
Вт.
196. Потери мощности короткого замыкания:
,
где значение тока I1 при постоянном напряжении и постоянном коэффициенте мощности пропорционально мощности нагрузки:
; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25.
Результаты расчета сведены в табл. 3.
,
здесь I2-по регулировочной характеристике для соответствующей нагрузки
(см. табл. 2, рис. 5).
198. КПД при любой нагрузке в процентах:
.
Результаты расчета сведены в табл.3. По данным табл. 3 на рис. 6 построена кривая
(f( P/Pн ).
Таблица 3 - Зависимость КПД от нагрузки
1.9 Тепловой расчет
199. Геометрические размеры расчетного элемента:
ширина элемента на уровне ярма
м;
средняя ширина зубца
м.
200. Потери в расчетном элементе: потери в меди обмотки:
Вт,
31998 Вт-основные, а 350.3 Вт-добавочные потери в меди обмотки статора;
потери в стали ярма
Вт,
где
Вт – полные потери в стали ярма;
потери в стали зубцов
Вт,
здесь
Вт
- полные потери в стали зубцов.
201.Сопротивление теплопроводности пазовой изоляции обмотки статора. Пазовая
изоляция компаундированная обладает удельной теплопроводностью 0,2 Вт/(м0С).
0С/ Вт,
где
м,
м.
202. Тепловые сопротивления для стали зубца. По табл. 11.1 принимаем теплопро-
водность вдоль листов 25 Вт/(м0С), поперек листов – 3.75 Вт/ (м0С):
0С/ Вт,
0С/ Вт.
203. Тепловые сопротивления для стали ярма:
0С/ Вт,
0С/ Вт,
сопротивление между ярмом и зубцом
0С/ Вт.
204. Уточняем полный расход воздуха через статор, где P( = 274427,6 Вт;
сv = 1100 Дж/ - теплоемкость воздуха при давлении 0.1 (МПа); θ0 = 25 0C – средняя
температура подогрева воздуха.
м3/с.
205. Расход воздуха на один вентиляционный канал:
м3/с.
206. Скорость воздуха в зоне зубцового статора:
м/с.
207. Скорость воздуха в зоне ярма:
м/с.
208. Скорость воздуха в зоне внешней поверхности ярма принимает м/с.
209. Скорость воздуха в зазоре при средней максимальной скорости воздуха м/с
м/с,
где
м/с.
211. Коэффициенты теплоотдачи [Вт/ (м20С)]:
в зазоре

в каналах вблизи зубцовой зоны

в каналах в зоне ярма

в зоне внешней поверхности ярма

212. Сопротивления теплоотдачи (0С/Вт):
для зазора
;
c поверхности изоляции в канале
;
для зубца в канале
;
для ярма в канале
;
для внешней поверхности ярма
.
213. Сопротивления в схеме замещения (0С /Вт):
(из п. 203);
;
214. Перегрев зубцов:
0С,
Вт.
где

215. Перегрев меди обмотки:
0С.
216. Перегрев стали ярма:
0С.
Разность температур между медью и сталью зубцов статора 46.7—19.1=27.6 °С, что ниже допустимого значения (25 °С).
217. Окружная скорость на поверхности ротора:
м/с.
Скорость газа в каналах охлаждения ротора принимаем равной
0,4 от скорости на поверхности ротора, т. е. м/с.
218. Сопротивление теплоотдачи:
0С /Вт;
Сопротивление изоляции обмотки возбуждения
0С /Вт,
где
м,

Вт/(м0С).
219. Общая площадь каналов на половине длины отсека
м2,
где
- коэффициент, учитывающий рифление поверхности ротора.

220. Тепловые нагрузки для поверхности ротора:
Вт/м2,
где
Вт.
221. Мощность потерь, выделяемых на расчетном участке длины ротора:
Вт/м2.
223. Перегрев меди обмотки ротора:
0С,
где
0С – превышение температуры бочки ротора над температурой охлаждающей среды;
0С – перепад температуры в изоляции;
0С - перепад температуры по высоте зубца;
0С /Вт;
- удельная теплопроводность поковки ротора (см. табл. 11.1).
1.10 Основы механических расчетов
224. Угол между осями зубца и паза:
.
225. Диаметр по основанию клина:
м.
226. Диаметр по дну паза:
м.
227. Шаг по верху зубцов:
м.
228. Шаг по основанию клина:
м.
229. Шаг по дну паза:
м.
230. Размеры зубца на трех уровнях:
м,
м,
м,
где
м,

м.
231. Радиусы центров тяжести:
меди и изоляции
м,
клина
м,
головки зубца
м,
зубца с головкой
м.
232. Массы материалов:
площадь сечения меди в пазу ротора ( 1 элементарный проводник)
м2,
Масса меди в пазу
кг,
масса изоляции в пазу
кг,
масса головки зубца
кг,
масса части клина (дюралюминиевого кг/м3), соответствующей ширине
паза,
кг,
масса зубца, включая головку,
кг.
233. Центробежные силы:
квадрат угловой скорости (разгонной) при частоте вращения 3600 об/мин
с-2,
центробежные силы меди, изоляции и клина
Н,
сила, действующая на зубец (0):
Н,
сила, действующая на головку зубца:
Н,
центробежная сила зубца с головкой:
Н.
234. Напряжения:
в сечении зубца на уровне клина
Па,
в основании зубца
Па,
на периферии бочки ротора за счет внешней нагрузки
Па,
на периферии бочки ротора за счет собственной массы
Па,
отношение диаметра отверстия в теле бочки ротора к диаметру по дну пазов
,
коэффициенты напряжений
,
,
тангенциальные напряжения на поверхности внутреннего отверстия ротора
Па
1.11 Расчет напряжений в клине
235. Задаемся размерами клина по высоте:
м;
м:
м.
Находим :
.
По значению (1 и углу β = 45° из табл. 12.1 находим B1 = 0.64.
236. Коэффициент ослабления клина:
,
где шаг вентиляционных отверстий в клине равен 0.0743 м при размере отверстий по оси ротора 0.016 м.
237. Максимальное напряжение в хвосте клина с учетом ослабления вентиляцион-
ными отверстиями:
Па.
м.
Находим размер D:
Напряжения в середине клина с учетом ослабления
Па.
Коэффициенты запаса:
для клина
;
для зубца
;
для бочки ротора
.
1.12 Оценка напряжений в бандаже
Размеры бандажа: внешний диаметр 0.687 м, внутренний диаметр 0.59 м, длина бандажа 0.445 м, средний вылет лобовой части обмотки возбуждения 0.22 м.
238. Отношение внешнего диаметра к внутреннему:
.
239. Квадрат линейной скорости на среднем диаметре бандажа:
м2/с2.
240. Напряжения в бандаже от собственной массы:
Па.
241. Площадь сечения бандажа:
м2.
242. Средняя длина лобовой части обмотки возбуждения:
м
(пункт 114)
Масса меди лобовой части обмотки возбуждения:
кг.
243. Центробежная сила лобовой части:
Н.
244. Напряжения от давления лобовых частей:
Па.
245. Суммарные напряжения в бандаже:
Па.
246. Коэффициент запаса при пределе текучести бандажа Па:
.
1.13 Оценка критических частот
247. Вес ротора (из п. 182 масса ротора составляет 8391.36 кг):
Н.
248. Момент инерции:

м4,
где

.
249. Прогиб ротора от собственного веса:
м.
здесь длина ротора между центрами подшипников lp = 8 м.
250. Критическая частота вращения (первая):
об/мин.
Вторая критическая частота:
об/мин.
Обе частоты более чем на 20% отличаются от основной частоты 3000 об/мин.
Заключение
Турбогенераторы – весьма совершенные электрические машины, при проектировании и производстве которых постоянно находят применение последние достижения науки и техники.
В данном курсовом проекте представлен расчет турбогенератора типа Т – 12 с косвенным воздушным охлаждением обмотки статора и обмотки ротора. Основные параметры спроектированного турбогенератора сведены в таблицу.
Список литературы
Извеков В.И. Проектирование турбогенераторов. М: Высш. шк.,1990г.
Сергеев П.С. Проектирование электрических машин М: Энергия, 1969г
Кацман М.М. Электрические машины. М: Высш. шк.,1990г.
Вольдек А.И. Электрические машины. Л: Энергия, 1978г.

5
u
п
2
24

P
к
P
кн
I
1
I
1
н






2

273247
I
1
I
1
н






2

P
2
P
2
н
_75
I
2
I
2
н






2

73242.31
I
2
425.2




2

0.4

2

45.742

b
z1
t
п
b
п
2

0.041
0.029

0.0012
b
z2
t
к
b
кл

0.064
0.043

0.021
b
z3
t
b
п
2

0.069
0.029

0.04
G
м
8.9
10
3

F
м

8.9
10
3

2.64

10
3


l
л
2
0.82

k
зб

бт

б
5.586