Помощь студентам в учебе
Стартер - генератор микрогазотурбинной энергоустановки
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ АНАЛОГОВ 9
2 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ МАШИНЫ 11
3 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ
3.1 Постоянные величины 13
3.2 Выбор главных размеров 14
3.3 Расчет магнитной цепи 17
3.4 Поверочный расчет постоянного магнита 18
3.5 Расчет параметров обмотки статора 24
3.6 Параметры обмотки для номинального режима работы 26
3.6 Расчет массы активных материалов 27
3.7 Потери и коэффициент полезного действия 28
ВЫВОД ПО РАЗДЕЛУ 3 30
4 СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВОПРОС
4.1 Общие сведения о Ansoft 32
4.2 Обзор пакета Ansoft Maxwell 33
4.3 Программные модули Ansys Maxwell 33
4.4 Моделирование в программе Maxwell 34
4.5 Снятие характеристик режима двигателя 37
4.6 Снятие характеристик режима генератора 39
ВЫВОД ПО РАЗДЕЛУ 4 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 42
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ АНАЛОГОВ 9
2 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ МАШИНЫ 11
3 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ
3.1 Постоянные величины 13
3.2 Выбор главных размеров 14
3.3 Расчет магнитной цепи 17
3.4 Поверочный расчет постоянного магнита 18
3.5 Расчет параметров обмотки статора 24
3.6 Параметры обмотки для номинального режима работы 26
3.6 Расчет массы активных материалов 27
3.7 Потери и коэффициент полезного действия 28
ВЫВОД ПО РАЗДЕЛУ 3 30
4 СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВОПРОС
4.1 Общие сведения о Ansoft 32
4.2 Обзор пакета Ansoft Maxwell 33
4.3 Программные модули Ansys Maxwell 33
4.4 Моделирование в программе Maxwell 34
4.5 Снятие характеристик режима двигателя 37
4.6 Снятие характеристик режима генератора 39
ВЫВОД ПО РАЗДЕЛУ 4 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 42
Многообразие потребителей энергии и требований к виду и качеству энергообеспечения, заставляет по-новому взглянуть на роль автономных энергетических агрегатов малой мощности (от десятков киловатт до нескольких мегаватт) в общей структуре энергетики. В условиях экономического кризиса трудно рассчитывать на изыскание, достаточных материальных ресурсов для ввода в эксплуатацию в ближайшие годы новых энергетических станций большой мощности (за исключением завершения строительства ранее начатых объектов).
Вместе с тем наличие большой доли оборудования, уже отслужившего проектный ресурс или приближающегося к этому сроку, связано с неизбежным выводом из эксплуатации части этого оборудования, что приводит к определенному сокращению производства тепловой и электрической энергии. В таких условиях в ближайшей перспективе серьезное внимание следует уделить сооружению относительно дешевых автономных энергетических установок (АЭУ) малой мощности, различного назначения, финансирование которых возможно как из местных бюджетов, так и за счет инвестиций частного капитала.
Область применения автономных энергетических установок малой мощности очень широка. К ней, в частности, относятся:
— промышленные предприятия, медицинские учреждения, коттеджи, сегмент HoReCa (отели/ рестораны/ кафе), бизнес- и торгово
развлекательные центры, другие объекты крупных городов;
— нефтегазовый комплекс (магистральные газопроводы, газораспределительные станции, нефтепроводы и пр.);
— аграрный сектор (крупные животноводческие фермы, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции), предприятия лесозаготовительной промышленности;
— мощности по переработке бытовых отходов;
— районы, где в настоящее время отсутствуют энергоисточники и линии электропередачи;Многообразие потребителей энергии и требований к виду и качеству энергообеспечения, заставляет по-новому взглянуть на роль автономных энергетических агрегатов малой мощности (от десятков киловатт до нескольких мегаватт) в общей структуре энергетики. В условиях экономического кризиса трудно рассчитывать на изыскание, достаточных материальных ресурсов для ввода в эксплуатацию в ближайшие годы новых энергетических станций большой мощности (за исключением завершения строительства ранее начатых объектов).
Вместе с тем наличие большой доли оборудования, уже отслужившего проектный ресурс или приближающегося к этому сроку, связано с неизбежным выводом из эксплуатации части этого оборудования, что приводит к определенному сокращению производства тепловой и электрической энергии. В таких условиях в ближайшей перспективе серьезное внимание следует уделить сооружению относительно дешевых автономных энергетических установок (АЭУ) малой мощности, различного назначения, финансирование которых возможно как из местных бюджетов, так и за счет инвестиций частного капитала.
Область применения автономных энергетических установок малой мощности очень широка. К ней, в частности, относятся:
— промышленные предприятия, медицинские учреждения, коттеджи, сегмент HoReCa (отели/ рестораны/ кафе), бизнес- и торгово
развлекательные центры, другие объекты крупных городов;
— нефтегазовый комплекс (магистральные газопроводы, газораспределительные станции, нефтепроводы и пр.);
— аграрный сектор (крупные животноводческие фермы, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции), предприятия лесозаготовительной промышленности;
— мощности по переработке бытовых отходов;
— районы, где в настоящее время отсутствуют энергоисточники и линии электропередачи;
Многообразие потребителей энергии и требований к виду и качеству энергообеспечения, заставляет по-новому взглянуть на роль автономных энергетических агрегатов малой мощности (от десятков киловатт до нескольких мегаватт) в общей структуре энергетики. В условиях экономического кризиса трудно рассчитывать на изыскание, достаточных материальных ресурсов для ввода в эксплуатацию в ближайшие годы новых энергетических станций большой мощности (за исключением завершения строительства ранее начатых объектов).
Вместе с тем наличие большой доли оборудования, уже отслужившего проектный ресурс или приближающегося к этому сроку, связано с неизбежным выводом из эксплуатации части этого оборудования, что приводит к определенному сокращению производства тепловой и электрической энергии. В таких условиях в ближайшей перспективе серьезное внимание следует уделить сооружению относительно дешевых автономных энергетических установок (АЭУ) малой мощности, различного назначения, финансирование которых возможно как из местных бюджетов, так и за счет инвестиций частного капитала.
Область применения автономных энергетических установок малой мощности очень широка. К ней, в частности, относятся:
— промышленные предприятия, медицинские учреждения, коттеджи, сегмент HoReCa (отели/ рестораны/ кафе), бизнес- и торгово
развлекательные центры, другие объекты крупных городов;
— нефтегазовый комплекс (магистральные газопроводы, газораспределительные станции, нефтепроводы и пр.);
— аграрный сектор (крупные животноводческие фермы, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции), предприятия лесозаготовительной промышленности;
— мощности по переработке бытовых отходов;
— районы, где в настоящее время отсутствуют энергоисточники и линии электропередачи;— поисковые партии газовиков, геологов и др., нуждающиеся электрической, тепловой, механической энергии, подаче воды и сжатого воздуха;
— мобильные источники электрической и тепловой энергии для нужд МЧС;
— резервирование линий электропередачи, питающих ответственных потребителей энергии, а также восполнение дефицита электроэнергии, вызванного перегрузками сетей электроснабжения, стихийными бедствиями и другими чрезвычайными ситуациями;
— стратегические и военные объекты.
Не исключено, что в связи с высокой стоимостью строительства и эксплуатации линий электропередачи в условиях сельской местности или в еще недостаточно освоенных (с точки зрения гарантированного электроснабжения) районах потребность в таких АЭУ может оказаться значительной.
Эффективность использования АЭУ малой мощности определяется:
— низкой себестоимостью производства электроэнергии и тепла при использовании совершенного оборудования;
— высокой надежностью энергоснабжения;
— существенным сокращением сроков их сооружения;
— независимостью режима работы от загруженности энергосистемы;
— уменьшением отчуждения территории под крупное энергетическое строительство;
— повышением экологичности производства электроэнергии и тепла, снижением затрат на охрану окружающей среды;
— применением перспективных современных технологий и технических решений при создании новой техники.
Перспективным видом АЭУ малой мощности являются микрогазотур- бинные установки, обладающие следующими преимуществами:
1. Имеет очень низкий уровень вредных выбросов;
2. Не требует больших расходов на эксплуатацию и обслуживание.
3. Легко объединяются в кластер - единую энергетическую систему.
4. Воздушное охлаждение микротурбины повышает надежность установки
5. Работа без вибраций, низкий уровень шума.
Важнейшим узлом микрогазотурбинной установки является электрический генератор, преобразующий механическую энергию вращения турбины в электрическую энергию на выходе установки. Зачастую генератор выполняет и функции стартера, сообщающего необходимую частоту вращения валу турбины и компрессора при запуске системы. Сегодня на рынке доминируют микро- газотурбинные установки импортного производства, отечественные разработки, дошедшие до серийного производства, можно пересчитать по пальцам.
В связи с этим разработка современных стартер-генераторов, не уступающих западным аналогам, является актуальной задачей, требующей учета целого ряда факторов, обусловленных спецификой работы электрической машины в составе газотурбинной установки. Практически все современные СГ газотурбинных установок являются бесконтактными машинами с возбуждением от постоянных магнитов.
Целью настоящей работы является разработка магнитоэлектрического стар- тер-генератора для микрогазотурбинной установки мощностью 100 кВт.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Выбрать конструкцию стартер-генератора;
2. Произвести электромагнитный расчет стартер-генератора;
3. Произвести уточнение произведенных расчетов путем моделирования магнитного поля в рабочем объеме стартер-генератора;
4. Рассчитать основные показатели и характеристики СГ.
Используемое в работе программное обеспечение:
— MathCad;
— Компас;
— Maxwell.
Вместе с тем наличие большой доли оборудования, уже отслужившего проектный ресурс или приближающегося к этому сроку, связано с неизбежным выводом из эксплуатации части этого оборудования, что приводит к определенному сокращению производства тепловой и электрической энергии. В таких условиях в ближайшей перспективе серьезное внимание следует уделить сооружению относительно дешевых автономных энергетических установок (АЭУ) малой мощности, различного назначения, финансирование которых возможно как из местных бюджетов, так и за счет инвестиций частного капитала.
Область применения автономных энергетических установок малой мощности очень широка. К ней, в частности, относятся:
— промышленные предприятия, медицинские учреждения, коттеджи, сегмент HoReCa (отели/ рестораны/ кафе), бизнес- и торгово
развлекательные центры, другие объекты крупных городов;
— нефтегазовый комплекс (магистральные газопроводы, газораспределительные станции, нефтепроводы и пр.);
— аграрный сектор (крупные животноводческие фермы, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции), предприятия лесозаготовительной промышленности;
— мощности по переработке бытовых отходов;
— районы, где в настоящее время отсутствуют энергоисточники и линии электропередачи;Многообразие потребителей энергии и требований к виду и качеству энергообеспечения, заставляет по-новому взглянуть на роль автономных энергетических агрегатов малой мощности (от десятков киловатт до нескольких мегаватт) в общей структуре энергетики. В условиях экономического кризиса трудно рассчитывать на изыскание, достаточных материальных ресурсов для ввода в эксплуатацию в ближайшие годы новых энергетических станций большой мощности (за исключением завершения строительства ранее начатых объектов).
Вместе с тем наличие большой доли оборудования, уже отслужившего проектный ресурс или приближающегося к этому сроку, связано с неизбежным выводом из эксплуатации части этого оборудования, что приводит к определенному сокращению производства тепловой и электрической энергии. В таких условиях в ближайшей перспективе серьезное внимание следует уделить сооружению относительно дешевых автономных энергетических установок (АЭУ) малой мощности, различного назначения, финансирование которых возможно как из местных бюджетов, так и за счет инвестиций частного капитала.
Область применения автономных энергетических установок малой мощности очень широка. К ней, в частности, относятся:
— промышленные предприятия, медицинские учреждения, коттеджи, сегмент HoReCa (отели/ рестораны/ кафе), бизнес- и торгово
развлекательные центры, другие объекты крупных городов;
— нефтегазовый комплекс (магистральные газопроводы, газораспределительные станции, нефтепроводы и пр.);
— аграрный сектор (крупные животноводческие фермы, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции), предприятия лесозаготовительной промышленности;
— мощности по переработке бытовых отходов;
— районы, где в настоящее время отсутствуют энергоисточники и линии электропередачи;
Многообразие потребителей энергии и требований к виду и качеству энергообеспечения, заставляет по-новому взглянуть на роль автономных энергетических агрегатов малой мощности (от десятков киловатт до нескольких мегаватт) в общей структуре энергетики. В условиях экономического кризиса трудно рассчитывать на изыскание, достаточных материальных ресурсов для ввода в эксплуатацию в ближайшие годы новых энергетических станций большой мощности (за исключением завершения строительства ранее начатых объектов).
Вместе с тем наличие большой доли оборудования, уже отслужившего проектный ресурс или приближающегося к этому сроку, связано с неизбежным выводом из эксплуатации части этого оборудования, что приводит к определенному сокращению производства тепловой и электрической энергии. В таких условиях в ближайшей перспективе серьезное внимание следует уделить сооружению относительно дешевых автономных энергетических установок (АЭУ) малой мощности, различного назначения, финансирование которых возможно как из местных бюджетов, так и за счет инвестиций частного капитала.
Область применения автономных энергетических установок малой мощности очень широка. К ней, в частности, относятся:
— промышленные предприятия, медицинские учреждения, коттеджи, сегмент HoReCa (отели/ рестораны/ кафе), бизнес- и торгово
развлекательные центры, другие объекты крупных городов;
— нефтегазовый комплекс (магистральные газопроводы, газораспределительные станции, нефтепроводы и пр.);
— аграрный сектор (крупные животноводческие фермы, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции), предприятия лесозаготовительной промышленности;
— мощности по переработке бытовых отходов;
— районы, где в настоящее время отсутствуют энергоисточники и линии электропередачи;— поисковые партии газовиков, геологов и др., нуждающиеся электрической, тепловой, механической энергии, подаче воды и сжатого воздуха;
— мобильные источники электрической и тепловой энергии для нужд МЧС;
— резервирование линий электропередачи, питающих ответственных потребителей энергии, а также восполнение дефицита электроэнергии, вызванного перегрузками сетей электроснабжения, стихийными бедствиями и другими чрезвычайными ситуациями;
— стратегические и военные объекты.
Не исключено, что в связи с высокой стоимостью строительства и эксплуатации линий электропередачи в условиях сельской местности или в еще недостаточно освоенных (с точки зрения гарантированного электроснабжения) районах потребность в таких АЭУ может оказаться значительной.
Эффективность использования АЭУ малой мощности определяется:
— низкой себестоимостью производства электроэнергии и тепла при использовании совершенного оборудования;
— высокой надежностью энергоснабжения;
— существенным сокращением сроков их сооружения;
— независимостью режима работы от загруженности энергосистемы;
— уменьшением отчуждения территории под крупное энергетическое строительство;
— повышением экологичности производства электроэнергии и тепла, снижением затрат на охрану окружающей среды;
— применением перспективных современных технологий и технических решений при создании новой техники.
Перспективным видом АЭУ малой мощности являются микрогазотур- бинные установки, обладающие следующими преимуществами:
1. Имеет очень низкий уровень вредных выбросов;
2. Не требует больших расходов на эксплуатацию и обслуживание.
3. Легко объединяются в кластер - единую энергетическую систему.
4. Воздушное охлаждение микротурбины повышает надежность установки
5. Работа без вибраций, низкий уровень шума.
Важнейшим узлом микрогазотурбинной установки является электрический генератор, преобразующий механическую энергию вращения турбины в электрическую энергию на выходе установки. Зачастую генератор выполняет и функции стартера, сообщающего необходимую частоту вращения валу турбины и компрессора при запуске системы. Сегодня на рынке доминируют микро- газотурбинные установки импортного производства, отечественные разработки, дошедшие до серийного производства, можно пересчитать по пальцам.
В связи с этим разработка современных стартер-генераторов, не уступающих западным аналогам, является актуальной задачей, требующей учета целого ряда факторов, обусловленных спецификой работы электрической машины в составе газотурбинной установки. Практически все современные СГ газотурбинных установок являются бесконтактными машинами с возбуждением от постоянных магнитов.
Целью настоящей работы является разработка магнитоэлектрического стар- тер-генератора для микрогазотурбинной установки мощностью 100 кВт.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Выбрать конструкцию стартер-генератора;
2. Произвести электромагнитный расчет стартер-генератора;
3. Произвести уточнение произведенных расчетов путем моделирования магнитного поля в рабочем объеме стартер-генератора;
4. Рассчитать основные показатели и характеристики СГ.
Используемое в работе программное обеспечение:
— MathCad;
— Компас;
— Maxwell.
В результате выполнения работы был спроектирован стартер-генератор с заданными номинальными параметрами.
Также расчет спроектированного двигателя был проверен в программе MAXWELL. С помощью программы мы удостоверились в правильности произведенных расчетов.
Иллюстрации статора, ротора с габаритными размерами приведены в приложении.
Таким образом, спроектированный стартер-генератор отвечает поставленным в техническом задании требованиям.
Также расчет спроектированного двигателя был проверен в программе MAXWELL. С помощью программы мы удостоверились в правильности произведенных расчетов.
Иллюстрации статора, ротора с габаритными размерами приведены в приложении.
Таким образом, спроектированный стартер-генератор отвечает поставленным в техническом задании требованиям.
