Analysis of electromagnetic vibration forces in the elements of the turbogenerator stator fastening to the case in non-nominal operation modes

Abstract

Purpose. The purpose of the paper is to determine the value of additional electromagnetic forces (EMF) that are created by the fluxes of scattering of the back of the turbogenerator (TG) stator core in the elements of its fastening to the case when operating in non-nominal modes according to the vibration control data. Methodology. The paper used the theory of electromagnetic fields, the method of polynomial approximation, mathematical modeling in the MathCAD-2000 professional package and the provisions of the general theory of electrical machines. Results. Analytical and numerical calculations of additional EMF values are performed, which were created by the leakage fluxes of the back of the stator core in the elements of fastening of the TG to the case when operating in non-nominal modes, which is determined by the need for night unloading of the power system. The values of these TG forces are established with a change in the output and consumption of reactive power and with a change in voltage. Originality. For the first time for TGs operating in non-nominal modes, the estimation and calculation of additional EMF in the elements of the TG core fastening to the case are carried out, which are created by the leakage fluxes of the back of the stator core and supplement the action of the basic EMF. The definition of these forces is relevant, because turbogenerators of TPPs in Ukraine with a capacity of 200-300 MW are maneuvering capacities and solve the problem of maintaining the power factor of the power system. Practical value. It was found that if the TGs often operate in non-nominal modes, the wear of the stator core fastening systems to the case is more significant than in the case of their operation only in nominal modes. The obtained data will allow to more accurately determine the scope of repair work, draw up schedules for their implementation, determine the locations of the sensors for monitoring, and can be used at the design stage of new machines.

Целью статьи является определение величины дополнительных электромагнитных сил (ЭМС), которые создаются потоками рассеяния спинки сердечника статора турбогенератора (ТГ) в элементах его крепления к корпусу при работе в неноминальных режимах по данным вибрационного контроля. Методика. В работе использовали теорию электромагнитных полей, метод аппроксимация полиномами, математическое моделирование в пакете MathCAD2000 professional, положения общей теории электрических машин. Результаты. Выполнены аналитические и численные расчеты дополнительных величин ЭМС, создаваемых потоками рассеяния спинки сердечника статора в элементах крепления ТГ к корпусу при работе в неноминальных режимах, что определяется необходимостью ночных разгрузок энергосистемы. Установлены значения этих сил ТГ при изменении выдачи и потребления реактивной мощности и при изменении напряжения. Научная новизна. Впервые для ТГ, работающих в неноминальных режимах, выполнены оценка и расчет дополнительных ЭМС в элементах крепления сердечника ТГ к корпусу, которые создаются потоками рассеяния спинки сердечника статора и дополняют действие основных ЭМС. Определение этих усилий актуально, т.к. турбогенераторы ТЭС Украины мощностью 200-300 МВт являются маневренными мощностями и решают задачу поддержания коэффициента мощности энергосистемы. Практическое значение. Было установлено, что если ТГ часто работают в неноминальных режимах, износ систем крепления сердечников статора к корпусам более значителен, чем в случае их работы только в номинальных режимах. Полученные данные позволят более точно определять объемы проведения ремонтных работ, составлять графики их проведения, определять места установки датчиков контроля, могут быть использованы на этапе проектирования новых машин.