ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ И ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ 5 страница

Первые отечественные роторные заготовки создавались при совместном участии специалистов завода «Электросила» и завода «Баррикады» в г. Сталинграде (ныне Волгограде) еще в 30‑е годы. По качеству они не уступали лучшим зарубежным аналогам фирм «Крупп», «Шкода», «Метрополитен‑Викерс». В середине 70 ‑х годов в связи с необходимостью создания еще больших роторных заготовок, что было сопряжено с разработкой производства крупных стальных слитков (массой свыше 250 т), их производство параллельно с заводом «Баррикады» было налажено на Ижорском заводе (г. Ленинград), который постепенно стал специализироваться именно на производстве роторных заготовок особо крупных размеров для турбогенераторов мощностью 800, 1000 и 1200 МВт, а также для тихоходных турбогенераторов АЭС.

Наша страна вошла в число трех стран, выпускающих крупные заготовки роторов турбогенераторов (СССР, Япония, США). Этому способствовала деятельность специалистов‑металлургов электротехнической промышленности И.А. Одинга, П.Р. Веррилепа, В.К. Дебрера, A.M. Шкатовой. И.А. Одинг был одним из первых исследователей во вновь организованной в 1922 г. лаборатории металлов завода «Электросила». Став членом‑корреспондентом АН СССР, он непрерывно помогал лаборатории. П.Р. Веррилеп работал долгие годы главным металлургом завода «Электросила» (до 1964 г.). Он участвовал в организации производства роторов на заводе «Баррикады», за совершенствование технологии производства роторных заготовок был удостоен Государственной премии СССР Всю жизнь проработал на «Электросиле». В.К. Дебрер – неутомимый экспериментатор и изобретатель приборов и методик усталостной прочности роторных сталей. A.M. Шкатова – бессменный руководитель производства практически всех роторных заготовок как на заводе «Баррикады», так и на Ижорском заводе.

Немагнитные бандажные кольца – очень специфическая деталь турбогенератора. Внешняя простота их конфигурации и сравнительно небольшие массы (0,8–2,6 т) могут ввести в заблуждение относительно легкости изготовления этой детали. Можно сказать, что эта деталь является ключевой в конструкции ротора турбогенератора, а следовательно, и во всем генераторе. Полная немагнитность, высокие прочностные и пластические свойства (это самая нагруженная деталь во вращающемся роторе), наконец, надежная коррозионная стойкость – все эти требования сильно ограничивают выбор материала и усложняют технологию производства. Хорошей иллюстрацией сказанного является то, что во всем мире имеются лишь четыре завода, где могут быть надежно выполнены все требования заказчиков этого вида продукции. В первую очередь следует назвать фирму VSG (ранее «Крупп») в Эссене, которая удовлетворяет 2/3 потребности в бандажных кольцах всех мировых фирм, изготавливающих и ремонтирующих турбогенераторы. Три остальных завода (в Японии, Франции и России) в сумме производят 1/3 общей потребности. Заводы России способны в настоящее время изготовить современные, не уступающие по качеству и размеру зарубежным, бандажные кольца.

На заводе «Уралмаш» производят бандажные кольца из стали. Поскольку диаметр бандажных колец больше диаметра бочки ротора и они, кроме того, удерживают лобовые части обмотки ротора, то здесь требуется особенно высокая механическая прочность. Для этого используется холодное растяжение на гидравлическом прессе с усилием 30 тыс. т. В результате предел текучести может быть увеличен с 40 до 115 кг/мм (в зависимости от диаметра бандажного кольца). В последнее десятилетие удалось перейти на коррозионно‑стойкие стали за счет введения в состав материала азота, увеличения содержания хрома и марганца. На заводе в г. Верхняя Салда освоено производство титановых бандажных колец. Следует отметить, что производство и применение бандажных колец из титановых сплавов до настоящего времени никем еще не повторено, несмотря на их бесспорные преимущества по совокупности технических и экономических характеристик. Следует заметить, что нагрев титановых колец перед посадкой на ротор должен быть больше, чем стальных бандажей, что исключает повреждение лобовых частей. В создание технологии изготовления бандажных колец существенный вклад внесли Г.И. Арковенко и Е.П. Силина.

Если в середине 60‑х годов потребность в электротехнической стали в значительной мере удовлетворялась за счет импорта, то, начиная с 70‑х и особенно в последние 15–20 лет, специализированные заводы нашей страны полностью удовлетворяют потребность отечественного электромашиностроения по номенклатуре и количеству электротехнической стали. Немало ценных исследовательских и опытных работ было проведено Верх‑Исетским (г. Екатеринбург) и Липецким металлургическими заводами. Этому способствовали исключительная инициатива и творческое участие специалистов металлургов Т.А. Казариновой и В.Д. Дуриева.

При производстве гидрогенераторов традиционными являются следующие три вида металлургических заготовок: втулка ротора, представляющая собой стальную кольцевую двухфланцевую деталь сложной конфигурации, масса которой достигает 70 т, чаще всего изготавливаемую методом литья; четырехмиллиметровый стальной лист повышенной прочности для обода ротора и, наконец, диск подпятника, представляющий собой кольцевую поковку массой до 30 т, изготавливаемую методом пластической деформации. Производство этих металлических деталей для гидрогенераторов освоено на ряде металлургических заводов.

Данные об использовании материалов будут неполными, если не упомянуть опыт применения проводниковой меди для различных видов обмоток ротора, якорей, коллекторов и статоров электрических машин. Еще в 50‑е годы для получения твердой коллекторной меди впервые в стране был применен сплав меди с небольшим количеством серебра (не более 0,1%). При небольшой стоимости он обеспечивал высокое качество (повышенную теплостойкость) коллекторов практически всех машин постоянного тока. Это позволило отказаться от использования менее технологичной и, как выяснилось позже, экологически вредной кадмиевой меди. Медь с небольшой добавкой серебра применяется до сих пор, ее использование распространено и на производство обмоток других машин, например роторной и демпферной обмоток турбогенераторов. Тем не менее сейчас из экономических соображений ведутся работы по замене серебра на более дешевые легирующие элементы. Инициаторами и разработчиками сплавов меди с серебром были Т.Ф. Зикеева, В.И. Вайнус, а в настоящее время И.Ю. Радионова.

Общеизвестна роль термической обработки в производстве сварных конструкций. Она необходима для уменьшения остаточных напряжений изделия после его окончательной механической обработки. Для этого сначала производится нагрев до 650–680 °С, а затем медленное охлаждение (24–72 ч.).

Следует иметь в виду, что остаточные напряжения можно снизить и виброобработкой. Для этого частота вынужденных колебаний должна быть близка к собственной резонансной. Время обработки сокращается с 2–3 сут до 1–2 ч. И, наконец, следует особо подчеркнуть важность ультразвукового контроля дефектов крупных заготовок, который начал применяться с 1953 г.