Электромагнитные силы, изгибающие моменты и механические напряжения в крайних сегментах статора турбогенератора
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-7-54-60Ключевые слова:
турбогенератор, торцевые пакеты, электромагнитные силы, изгибающие моменты, механические напряженияАннотация
В статье рассматривается решение вопросов усталостного разрушения сегментов железа статора турбогенератора. С учетом конструктивных особенностей, электромагнитных нагрузок и режимов работы турбогенераторов задана бегущая волна плотности электромагнитной силы, действующей на крайние сегменты торцевых пакетов статора. Концентрация силового воздействия на краях зубцов распушенных сегментов учтена в аналитических решениях для пульсирующих во времени изгибающих электромагнитных моментов, действующих на радиальные и тангенциальные закрепления (заделки) сегментов. Решения для изгибающих моментов получены с использованием эквивалентной сосредоточенной силы. Установлено, что для применяемых в турбогенераторах соотношениях ширины зубцов и длины полюсных дуг изгибающие моменты практически неизменны по ширине зубцов, независимо от расположения заделок. Изгибающий момент сегмента относительно радиальной заделки подобен моменту радиальной консольной балки, пропорционален эквивалентной силе на краю зубца и плечу этой силы от ее приложения до линии заделки. Изгибающий момент относительно тангенциальной заделки подобен моменту тангенциальной консольной балки, расположенной вдоль края пластины, пропорционален эквивалентной силе, действующей на радиальном краю зубца в центре между боковым краем сегмента и тангенциальной заделкой, и плечу этой силы от ее приложения до линии заделки. Установлены напряжения в заделках сегментов и определены критерии, при превышении которых возможны разрушения. Показано, что наиболее опасны изгибные напряжения на краях тангенциальных заделок, что подтверждается практическим опытом обследования турбогенераторов на электростанциях. Даны рекомендации по предотвращению разрушений крайних сегментов в торцевых зонах турбогенераторов
Библиографические ссылки
1. Сборник распорядительных документов по эксплуатации энергосистем. Электротехническая часть. М.: РАО «ЕЭС России», 2021, 223 с.
2. Бутов А.В. и др. Повреждаемость и контроль зубцовых зон запеченных пакетов стали сердечников статоров турбогенераторов. – Электрические станции, 2001, № 5, с. 41–47.
3. Mamikonyants L.G., Pikulskiy V.A., Polyakov F.A. Service Life Prolongation and Reliability Increase of Long Operating Turbo-generators. – CIGRE Session, 2006, Paper A1-211.
4. Wang L. at al. Influence of Underexcitation Operation on Electromagnetic Loss in the End Metal Parts and Stator Step Packets of a Turbogenerator. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2014, vol. 29, No. 3, pp. 748–757, DOI: 10.1109/TEC.2014.2320900.
5. Варламов Ю.В. Ройтгарц М.Б., Чечурин В.Л. Численный электромагнитный анализ в торцевой зоне мощного турбогенератора. – Проблемы создания и эксплуатации новых видов энергетического оборудования. СПб.: РАН. Отделение проблем электроэнергетики, 2004, вып. 6, с. 60–78.
6. Roytgarts M., Varlamov Yu., Smirnov A. Electromagnetic Computation in the End Zone of Loaded Turbogenerator. – Advanced Computer Techniques in Applied Electromagnetics, 2008, Chapter C. Applications, C1. Electrical Machines and Transformers, pp. 324–334.
7. Бураков А.М. и др. Оценка электромагнитных сил, действующих на листы крайних пакетов мощного генератора. – Электричество, 1981, № 8, с. 59–62.
8. Бураков А.М. и др. Электромагнитные силы в торцевой зоне при распушении крайних пакетов статора генератора. – Электротехника, 1982, № 12, с. 12–14.
9. Stancheva R., Iatcheva I. 3-D Electromagnetic Force Distribution in the End Region of Turbogenerator. – IEEE Transactions on Magnetics, 2009, vol. 45, No. 3, pp. 1000–1003, DOI: 10.1109/TMAG.2009.2012540.
10. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, 1966, 636 с.
11. Технический паспорт Voltatex 1175. Лак для нанесения на листы сердечника. 2014, 4 с.
12. Мотовилов Б.В., Миронов Л.В., Петренко А.Г. Холоднокатанные электротехнические стали. М.: Металлургия, 1989, 168 с.
13. ГОСТ 21427.2-83. Сталь электротехническая холоднокатанная изотропная тонколистовая. Технические условия. М.: Металлургия, 1983, 14 с.
14. Roytgarts M. Electromagnetic Forces and Mechanical Stresses in the Outer Segments of Turbine Generator Stator. – 24th Int. Conf. on Renewable Energies and Power Quality, 2026.
15. Курбатова Е.П. и др. Особенности электромагнитных процессов и силовых взаимодействий в турбогенераторах при потреблении реактивной мощности. – Электротехника, 2024, № 1, с. 66–73.
16. Битней В.Д. и др. Влияние режима потребления реактивной мощности на техническое состояние турбогенератора Т3ФП-110-2МУ3. – Вестник Ивановского государственного энергетического университета, 2023, № 3, с. 34–43.
#
1. Sbornik rasporyaditel’nyh dokumentov po ekspluatatsii energosistem. Elektrotekhnicheskaya chast’ (Collection of Admini-strative Documents on the Operation of Power Systems. Electrical Part). M.: RAO «EES Rossii», 2021, 223 p.
2. Butov A.V. et al. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 2001, No. 5, pp. 41–47.
3. Mamikonyants L.G., Pikulskiy V.A., Polyakov F.A. Service Life Prolongation and Reliability Increase of Long Operating Turbogenerators. – CIGRE Session, 2006, Paper A1-211.
4. Wang L. at al. Influence of Underexcitation Operation on Electromagnetic Loss in the End Metal Parts and Stator Step Packets of a Turbogenerator. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2014, vol. 29, No. 3, pp. 748–757, DOI: 10.1109/TEC.2014.2320900.
5. Varlamov Yu.V. Roytgarts M.B., Chechurin V.L. Problemy sozdaniya i ekspluatatsii novyh vidov energeticheskogo oborudovaniya – in Russ. (Problems of Creation and Operation of New Types of Energy Equipment). SPb.: RAN. Otdelenie problem elektroenergetiki, 2004, iss. 6, pp. 60–78.
6. Roytgarts M., Varlamov Yu., Smirnov A. Electromagnetic Computation in the End Zone of Loaded Turbogenerator. – Advanced Computer Techniques in Applied Electromagnetics, 2008, Chapter C. Applications, C1. Electrical Machines and Transformers, pp. 324–334.
7. Burakov A.M. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1981, No. 8, pp. 59–62.
8. Burakov A.M. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 1982, No. 12, pp. 12–14.
9. Stancheva R., Iatcheva I. 3-D Electromagnetic Force Distri-bution in the End Region of Turbogenerator. – IEEE Transactions on Magnetics, 2009, vol. 45, No. 3, pp. 1000–1003, DOI: 10.1109/TMAG.2009.2012540.
10. Timoshenko S.P., Voynovskiy-Kriger S. Plastiny i obolochki (Plates and Shells). M.: Nauka, 1966, 636 p.
11. Tekhnicheskiy pasport Voltatex 1175. Lak dlya naneseniya na listy serdechnika (Voltatex 1175 Technical Data Sheet. Varnish for Application on Core Sheets). 2014, 4 p.
12. Motovilov B.V., Mironov L.V., Petrenko A.G. Holodnoka-tannye elektrotekhnicheskie stali (Cold-Rolled Electrical Steels). M.: Metallurgiya, 1989, 168 p.
13. GOST 21427.2-83. Stal’ elektrotekhnicheskaya holodnokatan-naya izotropnaya tonkolistovaya. Tekhnicheskie usloviya (Electrical Cold-Rolled Isotropic Thin-Sheet Steel. Technical Specifications). M.: Metallurgiya, 1983, 14 p.
14. Roytgarts M. Electromagnetic Forces and Mechanical Stresses in the Outer Segments of Turbine Generator Stator. – 24th Int. Conf. on Renewable Energies and Power Quality, 2026.
15. Kurbatova E.P. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2024, No. 1, pp. 66–73.
16. Bitney V.D. et al. Vestnik Ivanovskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of the Ivanovo State Power Engineering University), 2023, No. 3, pp. 34–43
