Введение
Турбогенератор – это электрический генератор, соединенный с валом водяной, паровой или газовой турбины для выработки электроэнергии. Крупные паровые турбогенераторы вырабатывают основную часть электроэнергии в мире и также используются на паротурбоэлектрических судах. Небольшие турбогенераторы, приводимые в действие газовыми турбинами, часто используются в качестве вспомогательных силовых установок (APU, главным образом для самолетов).
История
Первые турбогенераторы были электрическими генераторами, приводимыми в действие водяными турбинами. Первая венгерская водяная турбина была спроектирована инженерами завода Ганца в 1866 году; промышленное производство с динамо-генераторами началось лишь в 1883 году. Инженер Чарльз Алгернон Парсонс продемонстрировал турбогенератор, работающий на пару постоянного тока и использующий динамо, в 1887 году, а к 1901 году поставил первый крупный промышленный турбогенератор переменного тока мощностью в мегаватт на завод в Эберфельде, Германия. Турбогенераторы также применялись на паровозах в качестве источника питания для освещения вагонов и водяных насосов систем отопления.
Особенности конструкции
Турбогенераторы используются при высоких скоростях вращения вала, характерных для паровых и газовых турбин. Ротор турбогенератора обычно имеет невыступающие полюса и состоит из двух полюсов. Номинальная скорость турбогенератора составляет 1500 или 3000 об/мин при четырех или двух полюсах на частоте 50 Гц (1800 или 3600 об/мин при четырех или двух полюсах на частоте 60 Гц). Вращающиеся части турбогенератора испытывают высокие механические напряжения из-за высокой скорости работы. Для обеспечения механической прочности ротора в крупных турбогенераторах он обычно изготавливается ковкой из цельной стали, при этом используются сплавы, такие как хромоникелевая сталь или хромоникелевомолибденовая сталь. Выступы обмоток по периферии фиксируются стальными удерживающими кольцами. Тяжелые немагнитные металлические клинья, расположенные в пазах, удерживают обмотки возбуждения от центробежных сил. В пазах ротора обычно используются твердые композиционные изоляционные материалы, такие как слюда и асбест, способные выдерживать высокие температуры и значительные сдавливающие усилия. Статор крупных турбогенераторов может состоять из двух или более частей, а статор небольших турбогенераторов обычно изготавливается как единое целое.
Турбогенератор с водородной системой охлаждения
Основанный на турбогенераторе с воздушным охлаждением, газообразный водород впервые был применен в качестве хладагента в турбогенераторе с водородным охлаждением в октябре 1937 года на электростанции Dayton Power & Light Co. в Дейтоне, штат Огайо. Водород используется для охлаждения ротора и иногда статора, что позволяет повысить удельную мощность и достичь эффективности 99,0%. Благодаря высокой теплопроводности, высокой удельной теплоемкости и низкой плотности газообразного водорода, он является наиболее распространенным типом в данной области и в настоящее время. Водород может производиться непосредственно на месте методом электролиза. Генератор герметично закрыт для предотвращения утечки водорода. Отсутствие кислорода в рабочей атмосфере значительно снижает повреждение изоляции обмоток, вызванное возможными коронными разрядами. Газообразный водород циркулирует внутри корпуса ротора и охлаждается газоводяным теплообменником.