Турбогенератор — это электрический генератор, соединенный с валом водяной турбины , паровой турбины или газовой турбины для выработки электроэнергии . [примечание 1] Большие паровые турбогенераторы обеспечивают большую часть электроэнергии в мире и также используются на паротурбоэлектрических судах . [1]
Небольшие турбогенераторы, приводимые в действие газовыми турбинами, часто используются в качестве вспомогательных силовых установок (ВСУ, в основном для самолетов ).
Первые турбогенераторы были электрическими генераторами, работающими от водяных турбин . Первая венгерская водяная турбина была спроектирована инженерами завода Ганц в 1866 году; промышленное производство динамо-генераторов началось только в 1883 году. [2] Инженер Чарльз Алджернон Парсонс продемонстрировал паровой турбогенератор постоянного тока с использованием динамо-машины в 1887 году, [3] а к 1901 году поставил первый крупный промышленный турбогенератор переменного тока мощностью в мегаватт на завод в Эберфельде, Германия. [4]
Турбогенераторы также использовались на паровозах в качестве источника энергии для освещения вагонов и водяных насосов для систем отопления.
Турбогенераторы используются для высоких скоростей вращения вала, типичных для паровых и газовых турбин. Ротор турбогенератора — неявнополюсный, обычно с двумя полюсами. [5]
Нормальная скорость турбогенератора составляет 1500 или 3000 об/мин с четырьмя или двумя полюсами при 50 Гц (1800 или 3600 об/мин с четырьмя или двумя полюсами при 60 Гц). Вращающиеся части турбогенератора подвергаются высоким механическим нагрузкам из-за высокой рабочей скорости. Чтобы сделать ротор механически устойчивым в больших турбогенераторах, ротор обычно выковывают из цельной стали и используют такие сплавы, как хромоникелевая сталь или хромоникелемолибден. Выступ обмоток на периферии будет закреплен стальными стопорными кольцами. Тяжелые немагнитные металлические клинья на верхней части пазов удерживают обмотки возбуждения от центробежных сил. Твердые композиционные изоляционные материалы, такие как слюда и асбест , обычно используются в пазах ротора. Эти материалы могут выдерживать высокие температуры и большие сдавливающие силы. [6]
Статор больших турбогенераторов может быть изготовлен из двух или более частей, тогда как в меньших турбогенераторах он собирается как одна цельная деталь. [7]
На основе турбогенератора с воздушным охлаждением газообразный водород впервые был введен в эксплуатацию в качестве охлаждающей жидкости в турбогенераторе с водородным охлаждением в октябре 1937 года в Dayton Power & Light Co. в Дейтоне, штат Огайо . [8] Водород используется в качестве охлаждающей жидкости в роторе, а иногда и статоре , что позволяет увеличить удельное использование и КПД 99,0%. Из-за высокой теплопроводности , высокой удельной теплоемкости и низкой плотности газообразного водорода, это наиболее распространенный тип в своей области сегодня. Водород можно производить на месте путем электролиза .
Генератор герметично запечатан, чтобы предотвратить утечку водорода. Отсутствие кислорода в атмосфере внутри значительно снижает повреждение изоляции обмоток возможными коронными разрядами . Водород циркулирует внутри корпуса ротора и охлаждается теплообменником газ-вода . [ 9]