Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

является чрезвычайно важным при создании мощных электроэнергетических устройств.

Единая энергетическая система СССР объединяет более 900 электростанций общей

мощностью почти 300 тыс. МВт, но продолжается рост числа электрогенераторов и их

единичной мощности. Выгода от создания крупных машин очевидна: при мощности 300

МВт нужен 1 кг металла на 1 кВт, а для машины мощностью 800 МВт — только 0,58

кг/кВт! Вот почему генераторы становятся все крупнее: в США созданы генераторы

на 1050 МВт, во Франции — на 660; в Англии, ФРГ — на 600…1300 и в СССР — на

1200 МВт. Работают крупнейшие в мире гидрогенераторы на Саяно-Шушенской ГЭС

мощностью 800 МВт.

Допустим, необходимо построить электростанцию мощностью 2400 МВт. Обычно такую

мощность обеспечивают восемь блоков по 300 МВт. А если взять более мощные

машины? Укрупнение мощности энергоблоков на ГРЭС общей мощностью 2400 МВт с 300

до 800 МВт уменьшает удельные капиталовложения на 10,6 %, снижает трудозатраты на

30 %, повышает производительность труда в эксплуатации на 42 % и уменьшает расход

условного топлива на 4 %.

Этим в основном и объясняется невиданный рост мощностей турбогенераторов: в 2

раза за каждые 7…10 лет. Так быстро растут мощности разве что у двигателей

ракет и самолетов. "Гигантомания" имеет, оказывается, прочную экономическую

основу.

Дальнейший рост единичной мощности турбогенераторов существенно ограничивает

техническую мощность роторов и бандажных колец. При частоте вращения 3000 об/мин

на них действуют громадные центробежные усилия, тем большие, чем больше диаметр

ротора. Так, в турбогенераторе на 100 МВт при частоте вращения 3000 об/мин

диаметр ротора составляет 1000 мм, а в генераторе мощностью 1200 МВт — "всего"

1250 мм. При увеличении мощности в 12 раз диаметр ротора изменится лишь в 1,25

раза. При дальнейшем увеличении диаметра ротора его могут разорвать центробежные

силы.

В настоящее время на Костромской ГРЭС успешно работает крупный советский

двухполюсный турбогенератор ТВВ-1200-2. Его ротор цельнокованый из

высококачественной легированной стали. Охлаждение обмоток ротора производится

водородом, статора — водой. Сооружение этой машины стало для советской и мировой

техники весьма знаменательным событием. Из числа многих технических трудностей,

которые пришлось преодолеть машиностроителям, назовем лишь одну — создание

цельной поковки ротора значительных габаритов. Инженеры и рабочие Ижорского

завода имени А.А.Жданова с честью вышли из этого затруднения: металл для

заготовки массой 230 т варили одновременно в мартеновской и двух электрических

печах; сталеваром удалось обеспечить синхронность плавок. Так был создан самый

крупный слиток в истории отечественной металлургии.

Технические данные советских турбогенераторов находятся сегодня на уровне

характеристик лучших зарубежных машин, а зачастую и превосходят их. Одно из

наиболее значительных зарубежных достижений — построенный в последние годы

фирмой "Броун-Бовери" (ФРГ) турбогенератор мощностью 1300 МВт для АЭС "Библис".

В отличие от большинства советских турбогенераторов у него невысокая частота

вращения (1500 об/ /мин), что позволяет резко увеличить диаметр ротора

(уменьшились центробежные усилия!), сделать его составным и увеличить объем

машины. Вот некоторые данные этого крупнейшего в мире турбогенератора: мощность

его 1300 МВт, КПД = 98,65 %, статор и ротор охлаждаются водой, масса ротора 204

т, статора 371 т, диаметр ротора 1,8 м, длина 7,5 м.

Разобравшись в наиболее современных конструкциях турбогенераторов, можно

заметить, что увеличение их мощности (повышающее экономичность электростанции и

темпы, ввода мощностей) наталкивается на серьезные трудности. Одна из них —

необходимость конструировать роторы диаметром, не превышающим 1350 мм. Такое

требование обусловлено, во-первых, возможностями металлургической

промышленности; во-вторых, достигнутым уже сейчас пределом механической

прочности (при частоте вращения 3000 об/мин). Кроме того, увеличить длину ротора

при заданном диаметре также невозможно из-за возникновения недопустимого прогиба

вала и резонансных явлений.

Не меньшая проблема — бандажи лобовых частей обмотки ротора (каппы) большого

диаметра из немагнитных материалов (составные роторы и бандажи при частоте

вращения 3000 об/мин не применяют вследствие низкой эксплуатационной

надежности).

С ростом мощности и интенсификации охлаждения меняются и показатели

турбогенераторов. Увеличивается токовая загрузка при сравнительно малой

изменяющейся магнитной индукции (последняя ограничена магнитными свойствами

материалов и не может быть существенно повышена). Резко снижается удельный

расход материалов, несколько возрастает КПД.

Наибольшая мощность двухполюсных генераторов традиционных типов, которую, по-

видимому, удастся реализовать в ближайшие 15 лет, будет 1500…2000 МВт, а

наибольшая мощность четырехполюсных 3000…4000 МВт.

Ясно, что для создания генераторов большей мощности понадобятся новые

конструкторские решения и материалы. В этой связи особые надежды ученые и

инженеры возлагают на сверхпроводимость. Недаром одним из основных направлений