При обслуживании турбогенератора машинисту тур­бины приходится вести наблюдение и за работой систе­мы охлаждения электрогенератора. Поэтому эксплуата­ционный персонал турбинного цеха должен быть знаком с устройством и с правилами эксплуатации системы ох­лаждения генераторов.

Охлаждение электрогенераторов может быть: а) воз­душным; б) водородным; в) водородно-водяным.

Воздушное охлаждение может выполняться по разо­мкнутой (проточной) и замкнутой системам. Проточная воздушная вентиляция согласно ГОСТ 533-51 допуска­ется только для генераторов мощностью 750 и 1 500 квт. Для генераторов большей мощности делается замкнутая система охлаждения.

При проточной системе охлаждения воздух до по­ступления в генератор проходит фильтры для отделения ныли и других взвешенных частиц, а после генератора выбрасывается наружу. При замкнутой системе охлаж­дения нагретый воздух из генератора направляется под напором вентиляторов, насаженных на вал ротора, в ка­меру воздухоохладителей. Воздухоохладители представ­ляют собой теплообменные аппараты рекуперативного типа. По трубкам воздухоохладителей протекает вода, поступающая из напорных водоводов конденсатора. На аварийный случай имеется резервный подвод воды к воз­духоохладителям от технического водопровода. Для пре­дохранения трубок воздухоохладителей от загрязнений охлаждающая вода до поступления в охладители про­ходит через водяной фильтр.

Для каждого генератора заводом-изготовителем уста­навливаются предельно допустимые значения темпера­туры активных частей (обмоток статора, ротора и актив­ной стали). В соответствии с этим в эксплуатационных инструкциях указывается температура охлаждающего газа (воздуха или водорода), которую необходимо под­держивать при работе генератора.

Для измерения температуры охлаждающего газа на каждом торцовом щите и на корпусе статора в зоне наи­большей температуры устанавливаются ртутные термо­метры, а перед каждым вентилятором и в струе выходя­щего воздуха — термометры сопротивления. При работе генератора необходимо вести наблюдение за температу­рой охлаждающего воздуха и поддерживать такую тем­пературу, которая указана в инструкции. Это достигает­ся регулированием расхода охлаждающей воды через воздухоохладители в зависимости от температуры воды и от нагрузки генератора.

Согласно ГОСТ 533-51 охладители генератора долж­ны быть рассчитаны так, чтобы они могли обеспечить работу генератора и возбудителя с номинальной нагруз­кой при температуре поступающей в охладители воды + 30° С, а по требованию заказчика—до +33° С. Охла­дители рассчитываются на давление воды не менее 2 ат.

С 1947 г. на отечественных тепловых электростанци­ях стали устанавливать генераторы с водородным ох­лаждением. Первые генераторы имели низконапорную систему водородного охлаждения. Избыточное давление водорода в таких системах составляло 0,05 ат. Позднее появились генераторы с давлением водорода 1—2 ат, а в настоящее время они имеют давление водорода до 3 ат.

Применение водорода для охлаждения генераторов оказывается целесообразным вследствие весьма благо­приятных теплофизических его свойств. Теплопровод­ность водорода в 6,69 раза выше теплопроводности воз­духа, а коэффициент теплоотдачи от поверхности к во­дороду при ламинарном потоке больше чем у воздуха в 1,51 раза. Плотность водорода составляет только 0,07 плотности воздуха, водород не вызывает окисления.

Применение водорода в качестве охлаждающего ра­бочего тела позволило значительно улучшить отвод те­пла от генераторов по сравнению с воздушным охлажде­нием и в результате этого повысить их мощность при тех же электромагнитных нагрузках. Например, мощ­ность генератора с воздушным охлаждением при работе с водородным охлаждением увеличивается с 25 до 30 Мвт.

При водородном охлаждении заметно уменьшается поверхность охлаждения газоохладителей. Вследствие этого оказывается возможным располагать газоохлади­тели непосредственно в корпусе статора генератора. При таком расположении газоохладителей напор циркуляци­онных насосов для подачи охлаждающей воды в газо­охладители оказывается недостаточным и поэтому для подачи охлаждающей воды устанавливаются специаль­ные, так называемые подъемные насосы. Число этих на­сосов на установку должно быть не менее двух: один ра­бочий, а второй — резервный. Подъемные насосы под­ключают к напорной стороне циркуляционных водово­дов через водяной фильтр. Линия резервного подвода воды подключается к всасывающим линиям подъемных насосов.

Некоторые технические данные газоохладителей и расход воды на газоохладители приведены в табл. 3-9.

Благодаря значительно меньшей плотности водорода по сравнению с плотностью воздуха при водородном ох­лаждении уменьшаются вентиляционные потери в гене­раторе и потери на трение ротора об охлаждающую сре­ду. Кроме того, благодаря малой плотности водорода почти полностью исчезает шум в работающем генерато­ре. При водородной системе охлаждения устраняется опасность возникновения пожара в генераторе.

Наряду с положительными свойствами водорода как охлаждающего рабочего тела он имеет и отрицательные свойства. Главным отрицательным свойством водорода является его взрывоопасность. Смесь водорода с возду­хом взрывоопасна. Поэтому заполнение корпуса ге­нератора водородом или воздухом можно производить только путем полного вытеснения воздуха или водорода каким-то третьим промежуточным газом. В качестве та­кого промежуточного газа используется углекислый газ. Необходимо иметь в виду, что длительная работа гене­ратора на углекислом газе не допускается, хотя эффек­тивность охлаждения углекислым газом примерно такая же, как и при охлаждении воздухом. При длительной работе генератора с углекислым газом последний всту­пает в соединение с влагой, которая в том или ином ко­личестве всегда имеется в корпусе генератора. Продукт реакции углекислоты с влагой откладывается на частях генератора и загрязняет детали, ухудшая отвод тепла от генератора. Поэтому углекислый газ следует приме­нять только для вытеснения воздуха и водорода из кор­пуса во время пуска и остановки генератора.

При заполнении системы охлаждения водородом уг­лекислый газ должен быть полностью вытеснен из кор­пуса генератора. При остановке генератора на ремонт водород, заполняющий корпус, вытесняется углекислым газом, а последний в свою очередь вытесняется возду­хом.

Необходимо отметить, что генераторы типов ТВ Ф-60-2, ТВ Ф-100-2 ТВФ-200, ТГВ-200, ТГВ-300, ТВБ-116:5-2, ТВВ-200-2 и ТВВ-300-2 нельзя допускать к работе с воздушным охлаждением.

Генераторы с водородным охлаждением имеют неко­торые конструктивные особенности по сравнению с гене­раторами с воздушным охлаждением. Корпус генерато­ра с водородным охлаждением должен допускать внутри размещение газоохладителей и обладать необходимой механической прочностью на случай взрыва гремучей смеси. Кроме того, корпус, торцовые щиты и другие де­тали должны быть газоплотными, способными обеспечи­вать минимальную утечку водорода из системы охлажде­ния. Водород по сравнению с воздухом обладает высокой способностью диффузии сквозь сварные швы, фарфор и другие материалы. Для предотвращения утечки водо­рода через зазоры между валом и корпусом генератора устраивают масляные уплотнения концов вала ротора. Конструктивное выполнение уплотнений вала генерато­ров ТГВ показано на рис. 3-11.

Уплотняющееся масло под давлением, превышающим давление водорода в корпусе генератора на 0,2—0,8 ат, полается в напорную камеру А и из камеры через отвер­стия во вкладыше поступает в концевую канавку, рас­точенную в баббитовой заливке вкладыша. Из канавки масло растекается в обе стороны, образуя сплошную масляную пленку, которая препятствует проникновению водорода из корпуса генератора наружу.

При эксплуатации системы водородного охлаждения необходимо следить за давлением масла, поступающего на масляное уплотнение вала генератора. Для этой цели устанавливаются манометры на нагнетательном масло­проводе после насосов и манометры для измерения дав­ления масла непосредственно в уплотнениях вала. Мас­ло на уплотнения подается из- специального масляного бака винтовым насосом, с приводом от электродвигате­ля переменного тока.

Масло проходит через маслоохладитель и фильтр и после этого поступает на уплотнение. В случае снижения давления масла, идущего на уплотнения, автоматически от электроконтактного манометра включается резервный, масляный насос с электродвигателем постоянного тока.

Если произойдет отключение рабочего и резервного масляных насосов, то предусматривается аварийная пода­ча масла на уплотнение вала от системы регулирования турбины.

После уплотняющего вкладыша масло сливается в картер основного подшипника генератора и из карте­ра в сливной коллектор, который через гидравлический затвор соединяется с масляным баком турбины. Слив­ной коллектор имеет вытяжную трубу, которая выводит­ся через крышу машинного зала для отвода водорода, который выделяется из масла, прошедшего через уплот­нения и имевшего там соприкосновение с водородом.

Газовый объем масляного бака турбины вентилиру­ется специальным центробежным вентилятором. Благо­даря этому исключается накопление водорода и образо­вание воздушно-водородной смеси по газовым объемам масляной системы генератора.

В масляный бак системы уплотнения масло поступа­ет из масляного бака турбины через гидравлическую пе­тлю. Давление масла, поступающего к масляным уплот­нениям, регулируется автоматически в зависимости от давления водорода в корпусе генератора. Для этой цели используется либо электронный регулирующий прибор, либо регулятор прямого действия ДРДМ конструкции ЦКБ Главэнергостройпрома.

Схема газовой части системы водородного охлажде­ния построена таким образом, что позволяет осуществ­лять следующие операции: наполнение генератора водо­родом, автоматическое поддержание заданного давле­ния и чистоты водорода в корпусе генератора, удаление водорода и переход на воздушное охлаждение при холо­стом ходе генератора.

Как уже отмечалось выше, промежуточным газом для вытеснения воздуха или водорода из корпуса гене­ратора является углекислый газ. Баллоны с углекислым газом и водородом устанавливаются на газовом посту системы охлаждения генератора. Промежуточный газ при переходе на работу с воздушным охлаждением вы­тесняется сжатым воздухом, который подается в корпус генератора от компрессора через фильтр-осушитель, уста­новленный также на газовом посту. Чистота водорода в баллонах должна соответствовать ГОСТ 3022-61. Объ­емное содержание водорода должно быть не менее 99,5%. Чистота углекислого газа должна удовлетворять требованиям ГОСТ 2391. Его объемное содержание долж­но быть не менее 98%.

Количество водорода, необходимого для заполнения газовой системы охлаждения, должно быть порядка 2,5— 3 объема газовой системы. Количество углекислого газа, необходимого для вытеснения воздуха из системы, долж­но быть около 2,0—2,5 объема газовой смеси.

Минимальный запас водородных и углекислотных баллонов для перевода генератора на водородное охлаж­дение указывается для каждого генератора в инструк­циях по эксплуатации системы охлаждения генератора. Для примера можно указать, что для генератора мощ­ностью 150 Мвт минимальное количество водородных баллонов составляет 120, а углекислотных — 50 (емікость баллона 40 л).

Заполнение системы охлаждения генератора газом производится по специальной инструкции, которая уста­навливает последовательность и продолжительность всех операций по заполнению корпуса газом и порядок проведения анализов на процентное содержание газа в системе охлаждения. Процесс вытеснения водорода или воздуха из корпуса генератора является довольно про­должительным и занимает, например, для турбогенера­тора мощностью 100 Мвт около 5—6 ч, а у генераторов мощностью 200 Мвт—10—11 ч.

Перед пуском турбогенератора должно быть обяза­тельно подано масло на уплотнение вала генератора. Это необходимо для обеспечения смазки и создания уплотнения, обеспечивающего поддержание в корпусе избыточного давления газа. Избыточное давление газа в корпусе исключает подсосы атмосферного воздуха, а вместе с ним и пыли, а также паров масла из уплот­нения вала в генератор во время его пуска.

Следует иметь в виду, что при пуске турбогенератора с водородным охлаждением необходимо критическое чи­сло оборотов проходить с возможно большей скоростью. Это делается с той целью, чтобы избежать повреждений масляных уплотнений вследствие сильной вибрации ро­тора при критической скорости вращения. Включать по­дачу воды в газоохладители при пуске турбогенератора следует только при повышении температуры газа в кор­пусе генератора. При пуске охлаждающей воды необхо­димо следить за тем, чтобы не произошло резкого по­нижения температуры газа. Обычно температура газа перед вентиляторами должна поддерживаться в преде­лах 30—40° С.

При пуске на холостом ходу все газоохладители должны быть заполнены водой, а напорные вентили на водяных линиях должны быть открыты. Регулировать подачу воды в газоохладители следует только сливными вентилями; при этом требуется, чтобы температура ох­лажденного газа была примерно одинакова во всех га­зоохладителях.

Необходимо помнить, что если корпус генератора за­полнен водородом, то, независимо от того, работает ге­нератор или не работает, центробежный вентилятор для отсоса газов из главного масляного бака турбины дол­жен быть включен в работу.

При работе генератора с водородным охлаждением необходимо вести наблюдение за давлением масла на напорном маслопроводе от масляных насосов, давлением масла перед уплотнениями, температурой поступающего масла (обычно она должна быть в пределах 30—40° С) и масла на сливе из уплотнений, давлением, чистотой и влажностью водорода и за температурой газа, поступаю­щего в генератор.

Если произойдет аварийное отключение насосов, по­дающих масло на уплотнения вала ротора, и не будет возможности быстро восстановить подачу масла на уплотнения, следует немедленно приступить к вытесне­нию водорода из корпуса генератора, а затем остановить турбогенератор.

Дежурный персонал при работе турбогенератора дол­жен систематически вести записи параметров системы охлаждения в суточной ведомости.

Для генераторов большой мощности типов ТВ В-165-2, ТВВ-200-2 и ТВВ-300-2 принята водородно-водяная си­стема охлаждения, которая является более эффективной, чем водородная система. Водородом охлаждается ро­тор, роторная обмотка и активная сталь статора. Ста­торная обмотка охлаждается конденсатом, циркулирую­щим в полых проводниках. Водород циркулирует в кор­пусе генератора под действием двух пропеллерных вен­тиляторов, насаженных на вал ротора. Водород охлаж­дается в газоохладителях, которые установлены в кор­пусе генератора. Для подвода и отвода охлаждающего конденсата к проводникам статора у генератора со сто­роны турбины установлены два кольцевых изолирован­ных от корпуса коллектора.

На коллекторах имеются штуцеры, на которые навернуты резиновые шланги, подводящие и отводящие конденсат к проводникам статора.

Нa наивысших точках напорного и сливного коллек­торов установлены контрольные трубки с крапами для удаления воздуха из системы водяного охлаждения ге­нератора при заполнении ее конденсатом. Система водя­ного охлаждения заполняется конденсатом, прошедшим обессоливание.

На рис. 3-12 показана принципиальная схема водя­ного охлаждения обмоток статора генератора. Конден­сат, прошедший генератор, нагревается и для охлажде­ния поступает в водо-водяные теплообменники. Охлаж­дающим рабочим телом в теплообменниках является конденсат, подаваемый конденсатнымн насосами турби­ны, либо сырая вода, поступающая от подъемных насо­сов газоохладителей.

Для удаления воздуха из конденсата предусматри­вается вакуумная обработка конденсата в расширитель­ном баке, куда поступает нагретый конденсат из обмо­ток статора. Конденсат в расширительном баке посту­пает на решетку и разбрызгивается. Выделяющийся при этом воздух отсасывается из бака водоструйным эжек­тором.

Эксплуатационная инструкция водородно-водяной си­стемы охлаждения генератора включает в себя правила обслуживания водородной системы охлаждения и пра­вила обслуживания водяного контура охлаждения обмо­ток статора. Последние по существу ничем не отличают­ся от обычных правил обслуживания центробежных на­сосов и теплообменных аппаратов.