STAL TURBOGENERATORen kortfattad systembeskrivning

En turbogenerator

kan exempelvis vara en ångturbin med tillhörande generator/generatorer. Underen sådan turbogenerator finns en kondensor placerad vilken kyler av avloppsångan till kondensat.Kondensatet(vattnet) pumpas med en högtryckspump in i ångpannan och omvandlas där åter igen tillvattenånga - i ett slutet kretslopp. Den här principen för produktion av el och fjärrvärme är ganskavanlig i Sverige. Sättet hur ångpannan eldas varierar beroende på vilken typ av bränsle man har valt.

Det är speciellt en typ av turbinarrangemang som man kan träffa på här och där och det är den s.k.Ljungströmturbinen eller dubbelrotationsturbinen. Ångturbinen är av radialtyp - ångan tillförs icentrum och expanderar utåt mot periferin. Den är därför tvåaxlad med minst en turbinskiva för varjeaxel och med varsin generator. Alltså är det två generatorer per ångturbin vilket bildar en styckenturbogenerator. Generatorerna roterar båda med samma hastighet men åt motsatt håll. Turbintypenär relativt enkel och har några fördelar. Ångtekniskt sett har den gynnsamma strömningsegenskaperdå den faktiskt roterar med det dubbla axelvarvtalet. Varje skiva är försedd med skovelkransar(ringar) och saknar därmed fasta ledskenor (stillastående skovlar) vilket gör att man kan nyttja ettfyra gånger så stort värmefall. Den är dessutom enkel, kompakt, effektiv (hög verkningsgrad) ochsnabbstartad.

Kondensor

Generator Generator

Magnetiserings-generatorer

Dubbelrotationsturbinen

Ångavlopp

Kylvatten-eller

fjärrvärmepump

Golv (turbinhall)

OR

Vätgaskylda gene-ratorer förekommer

av Björn Lindqvist

200812 rev.1

Kondensatpump >

Sidvy STAL turbogenerator (föreg.) En sammansatt radial- & axialturbin Krans med skovlar

Stor ångturbin utförd som en turbogenerator - enkelroterande axialturbin med flera axialsteg

Det är själva magnetiseringsgraden* av rotorn som bestämmer generatorns avgivna el-effekt mendet förutsätter även att ångventilen till turbinen öppnar upp för mera ånga. Regleringen är utförd såatt båda följs åt och det fungerar så att man mäter spänningen på generatorns faser. Om spänningendå sjunker så ökas magnetiseringsgraden i rotorn automatiskt. Samtidigt eller dessförinnan har ång-ventilen öppnat för mera ånga. Genom att manipulera dessa två storheter kan olika resultat uppnås.En ensam generator kan aldrig påverka frekvensen eller för den delen spänningen i nätet. Man sägeratt nätet är starkt eller ett starkt nät. Om man tänker sig en tandemcykel med många som trampar ochatt någon vill trampa hårdare så ökar effekten högst marginellt men detta kan då kompenseras avnågon enskild trampande person, eller så kan alla de andra minska sin andel något. Då frekvensen skavara 50 Hz måste tandemcykeln (i just den här jämförelsen) hela tiden ha samma hastighet.

En generator kan kopplas ifrån nätet när som helst men innan man kopplar in en generatorn måsterotorn ha samma hastighet och även samma läge i förhållande till det roterande magnetfältet (somnätet orsakar). Skulle en infasning ske utan att dessa villkor vore uppfyllda kan det leda till en kraftigströmstöt på kraftnätet beroende på hur stor avvikelse i hastighet och ”läge” det rör sig om. En turbinkan haverera om dess skovlar skulle lossna. Det kan leda till en dominoeffekt med många skovlarinblandade. Så p.g.a. den uppkomna obalansen havererar turbinen s.k.”turbinsallad”. Ett sådant haverikan t ex orsakas av att vatten av någon anledning befinner sig i turbinhuset.* Synkrongeneratorns Emk beror på

Imagn. och Iankar enligt Er = f(Im;Ia;φ).

3000 v/m

Stator

Stator

Rotor

Generatorn

Rotor

Stator

L1 L2

L3

+

-

- ur en principiell synvinkel

- magnetiserbar rotor (2-polig)

Axel

För magnetiseringen används likström. Genom att ändra spänningen kan strömmen styras och därmed magnetiseringsgraden.

Ankarlindning: Fältlindning:

Blockschema över reglersystemet för en STAL-turbin

G GGPMG

+

Vi har alltså två parallellkopplade ”huvudgeneratorer” som producerar den omvandlade energin frånångturbinens axel till elektrisk energi. De två andra - extra - generatorerna som bara finns på den enageneratorn ser endast till att rotorerna får sin nödvändiga magnetisering tillgodosedd.

Likriktar-dioder

Tyristordioder

Permanentmagnet symbol +

Strömmen tas ut från respektive stator och likriktas därefter. Från den minsta generatorn medpermanentmagneterna likriktas strömmen samtidigt som den regleras. Detta åstadkommer man medtyristorer. Tyristorn är en halvledardiod med ett styre och via styret kan man bestämma när dioden skaöppnas. Principen är mycket snarlik manövreringen av likströmsmotorn i elektriska lok (RC-lok).Tyristorerna i det här sammanhanget ska tåla höga strömstyrkor och är lite speciella i det avseendet.

Den likriktade strömmen tar sedan vägen in i rotorn på den andra ”extrageneratorn” via två borstar.Det är strömmen och inte spänning som ger upphov till magnetfältet i rotorn men då fältlindningenhar en bestämd impedans kan man reglera strömmen via spänningen. Spänningen hackas ner avnämnda tyristorer för att sedan matas in i rotorn. Rotorfältlindningarna i huvudgeneratorerna ärseriekopplade så den ström som flyter i den ena rotorn är densamma som i den andra. Detta är nöd-vändigt då de två generatorerna ska vara helt identiska (elektriskt sett). Även i huvudgeneratorernahar man alltså borstar.

Regleringen av fältströmmen styrs via automatik men kan även väljas att styras manuellt. I manuelltläge kan man reglera den reaktiva effekten. Med en synkrongenerator har man då denna extra resursatt ta till i vissa situationer. Man kan alltså välja att antingen tillföra mer fältström än nödvändigt ellermindre fältström än nödvändigt. Väljer man det första fallet med högre ström så blir rotorn Över-magnetiserad och generatorerna levererad då reaktiv effekt till kraftnätet. I det andra fallet medmindre fältström blir generatorerna undermagnetiserade och då förbrukas reaktiv effekt från kraftnätet.Förutom att producera elenergi, kan man alltså (och samtidigt) faskompensera nätet.

Alla generatorer är av typen trefas och alstrar därmed växelström vilka likriktas, förutom de tvåhuvudgeneratorerna. Förövrigt kallas den andra hjälpgeneratorn för huvudmatare och den minsta förhjälpmatare. Hjälpmataren är uppbyggd av permanentmagneter som på det viset levererar magnet-iseringströmmen till huvudmataren. Benämningen är permanentmagnetgenerator eller PMG.

Generellt kretsschema över reglersystemet för elgeneratorerna till en STAL-turbin

G G G PMG

M

V

H/A

AUTOMATISK DEL MANUELL DEL

- som här avser två synkrongeneratorer

L1 L2 L3

SRE SPE

SRE – styrregler enhetSPE – styrpuls enhet

# Undermagnetiserad – Generatorn förbrukar reaktiv effekt.= Induktiv reaktans (spole).

# Övermagnetiserad – Generatorn producerar reaktiv effekt.= Kapacitiv reaktans (kondensator).

TR

AF

O+

+

Ljungströmturbinen eller STAL-turbinen är en svensk uppfinning. STAL är en förkortning av SvenskaTurbinfabriks Ab Ljungström. 1959 slogs STAL ihop med AB de Lavals Ångturbin och några år senareantogs det nya namnet: STAL-LAVAL Turbin AB.

Birger Ljungström 1872-1948 Gustaf de Laval 1845-1913

Tvåpolig höghastighetsrotormed synliga fältlindningar >

Axiala ångturbintyper

>