Jubileusz 40-lecia działalności Energoserwisu S.A.

Transkrypt

1 Fryderyk Zębik Dyrektor Naczelny Energoserwis S.A. Jubileusz 40-lecia działalności Energoserwisu S.A. Na przełomie 2009 i 2010 roku przypada 40-lecie działalności Energoserwisu S.A. z Lublińca, jednej z największych w Europie firm specjalizujących się w produkcji oraz remontach generatorów i transformatorów dużych mocy. Jubileusz działalności przedsiębiorstwa to doskonała okazja, aby prześledzić etapy stanowiące kamienie milowe w rozwoju Firmy, a także określić kierunki rozwoju, które przyczyniły się do uzyskania przez nią silnej pozycji rynkowej. Po pierwsze specjalizacja Specjalizacja, czyli koncentracja działań na dziedzinie, w której Firma ma największe kompetencje, to pierwsza z zasad przyświecających od początku działalności spółki z Lublińca. Początki działalności Firmy sięgają lat 60-tych XX wieku, gdy ówczesny Minister Górnictwa i Energetyki wydał decyzję o budowie bazy remontowej generatorów i transformatorów dużych mocy dla Południowego Okręgu Energetycznego. Staraniem inżynierów Zakładu Naprawy Maszyn Elektrycznych w Gliwicach: Franciszka Jagiełły oraz Bernarda Wieczorka inwestycję o ówczesnej wartości 170 mln zł zlokalizowano w Lublińcu. Domeną Energoserwisu w pierwszych dwudziestu latach działalności były przede wszystkim remonty urządzeń energetycznych dużych mocy, głównie generatorów, transformatorów a także silników elektrycznych. W części mechanicznej Spółki realizowano produkcję wielu drobnych elementów, przede wszystkim do kotłów i turbin. Po roku 1989 zakres działalności Firmy znacząco się zwiększył, początkowo o modernizacje generatorów i transformatorów. Formalnie wyodrębnione zostały wówczas trzy jednostki biznesowe firmy, stanowiące o obecnym sukcesie firmy, tj. Zakład Generatorów, Zakład Transformatorów oraz Zakład Mechaniczny. ENERGOSERWIS SA 40 lat w służbie energetyki Na przełomie XX i XXI wieku Energoserwis S.A. stał się cenionym producentem nowych transformatorów o mocy do 305 MVA o górnym napięciu 400 kv oraz wykonawcą wysokiej jakości wielkogabarytowych elementów stojanów generatorów o ciężarze przekraczającym często 100 ton. W ostatnich dwóch latach Energoserwis wyspecjalizował się w produkcji nowych wirników i stojanów generatorów o mocy do 600 MW. Choć na przełomie czterdziestu lat Energoserwis znacząco zwiększył zakres swoich usług, to jednak zawsze dotyczyły one głównej specjalności Firmy w zakresie generatorów i transformatorów. Rys. 1. Transformator 305 MVA o górnym napięciu 400 kv Po drugie innowacje Wyróżnikiem działalności firmy Energoserwis S.A. są produkty o charakterze innowacyjnym. Obecnie piąta część obrotów w każdym roku to wartość sprzedaży nowych produktów i usług. W latach 70-tych i 80-tych Energoserwis jako jedna z pierwszych firm przemysłowych w Polsce rozpoczął szeroką współpracę z partnerami zagranicznymi, sprzedając swoje produkty i usługi m.in. do Egiptu, Szwajcarii i ówczesnej Jugosławii. Znaczącym krokiem w rozwoju było pozyskanie w 1996 roku inwestora strategicznego firmy Westinghouse. Owocem transferu nowych technologii było między innymi opracowanie i wdrożenie nowatorskiej technologii modernizacji generatorów 200 MW, w wyniku której uzyskuje się także wzrost mocy do 230 MW. Ważne nowe rozwiązania w swojej działalności wprowadził Zakład Mechaniczny, dostarczając nowoczesne korpusy i podstawy stojanów generatorów dla elektrowni na całym świecie, w tym dla elektrowni atomowych, co wymagało wdrożenia surowych wymagań technologicznych. Jednym z najbardziej innowacyjnych zakładów produkcyjnych Energoserwisu jest Zakład Transformatorów, który w ostatnich dziesięciu latach stworzył kilkadziesiąt nowych transformatorów, E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 567

2 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A w tym tak duże jednostki, jak transformatory blokowe 270 MVA i 305 MVA, autotransformatory 160 MVA, szereg transformatorów sieciowych oraz transformatory specjalne piecowe i prostownikowe, które oferuje jako jedna z niewielu firm na świecie. Innowacyjna działalność firmy związana jest również z projektowaniem nowych wyrobów. Energoserwis wykorzystuje m.in. metodę reverse engineering, pozwalającą odtworzyć w środowisku trójwymiarowym rzeczywistą geometrię mierzonych przedmiotów. Firma wykorzystuje również zintegrowany system CAD, który umożliwia integrację wszystkich etapów projektowania, począwszy od wykonania pomiarów, modeli koncepcyjnych, opracowania i obliczeń konstrukcji, do wytworzenia i weryfikacji parametrów urządzenia. Efektem prac jest dokumentacja techniczna, wygenerowana z parametrycznych modeli trójwymiarowych, na którą składają się: dokumentacja techniczna rysunkowa, dokumentacja technologiczna zawierająca opis technologii, kody maszynowych obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC) oraz modele porównawcze dla współrzędnościowych maszyn pomiarowych. Energoserwis wdraża także nowoczesne rozwiązania w dziedzinie metod i technik zarządzania. Firma jest jednym z pionierów wykorzystania metody Six Sigma w Polsce, w ostatnim okresie wdrożyła również zintegrowany system zarządzania jakością, bezpieczeństwem pracy i ochroną środowiska. Rys. 2. Nowoczesne narzędzia do obróbki mechanicznej Po trzecie inwestycje Wyróżnikiem działalności Firmy na rynku, poza specjalizacją i innowacjami, są bez wątpienia realizowane inwestycje umożliwiające rozwój Firmy. Po oddaniu do użytku części elektrycznej zakładu w roku 1970 (koszt inwestycji w przełożeniu na dzisiejszą siłę nabywczą szacować można na ok. 250 mln zł), w 1973 r. wybudowano Zakład Mechaniczny. Ważnym wydarzeniem w rozwoju Energoserwisu było oddanie do użytku w 1976 roku przyzakładowej szkoły zawodowej, której absolwenci w dużym stopniu przyczynili się do sukcesu Firmy w kolejnych latach. Innym kamieniem milowym rozwoju była budowa nowoczesnej odwirowni wirników generatorów. Rozpoczęcie tej inwestycji, w połowie lat osiemdziesiątych, Energoserwis zawdzięcza między innymi ogromnemu zaangażowaniu ówczesnego dyrektora naczelnego Firmy, inżyniera Tadeusza Musialskiego. W ostatnich dziesięciu latach Energoserwis realizuje ekspansywną politykę inwestycyjną dzięki czemu rośnie majątek trwały Firmy i jej możliwości produkcyjne. Do najważniejszych inwestycji w ostatnim okresie czasu należy zaliczyć: wdrożenie nowoczesnych technologii i oddanie do użytkowania wysoko specjalistycznych urządzeń do produkcji uzwojeń generatorów, rozwinięcie możliwości obróbki wielkogabarytowych konstrukcji stalowych i technologii spawalniczych, wyposażenie stacji prób i laboratoriów w nowoczesny sprzęt pomiarowy, badawczy i diagnostyczny, co pozwala na testowanie m.in. transformatorów dużych mocy, kompleksową modernizację hal produkcyjnych. Obecnie Energoserwis realizuje dużą inwestycję rozbudowy hali cewkarni Zakładu Generatorów, dzięki czemu będzie w jeszcze większym zakresie mógł spełniać potrzeby klientów, zarówno z Polski jak i zagranicy. Rys. 3. Widok na halę produkcyjną Po czwarte otwarcie na świat Jednym z elementów, który przyczynił się do silnej pozycji spółki Energoserwis na rynku jest duża otwartość Firmy na współpracę międzynarodową, która nie ogranicza się do kontaktów z klientami, kontrahentami i dostawcami, ale także obejmuje wymianę myśli technicznej i know-how. Dzięki wejściu firmy w struktury firmy Westinghouse, a następnie koncernu Siemens, znacząco wzrosły możliwości ekspansji międzynarodowej. O ile jeszcze w połowie lat dziewięćdziesiątych eksport stanowił nie więcej niż jeden procent obrotów firmy, to już w ostatnich dwóch latach ponad połowa sprzedaży Energoserwis S.A. to produkty dostarczane klientom zagranicznym. strona 568

3 Firma realizuje obecnie kontrakty na sześciu kontynentach, są to zarówno usługi i produkty realizowane na miejscu w Lublińcu, jak i prace serwisowo-remontowe u klientów na całym świecie. Rys. 4. Siedziba firmy Energoserwis S.A. Lubliniec Stefan Sieradzki, Damian Kardas Energoserwis S.A. Po piąte perspektywy na przyszłość Twórcze podejście Firmy do potrzeb klientów polega przede wszystkim na kompleksowej realizacji złożonych zleceń, od fazy stworzenia projektu i dokumentacji aż po nadzór przy uruchomieniu urządzenia na miejscu u klienta wraz z serwisowaniem. Obecnie priorytetem nowoczesnych gospodarek jest rozwijanie energooszczędnych, a jednocześnie wydajnych, technologii produkcji i przesyłu energii elektrycznej. Energoserwis S.A., realizując projekty produkcyjne, remontowe i serwisowe na całym świecie nabył wiele umiejętności i kompetencji w obsłudze maszyn elektrycznych największych światowych producentów. Dzięki temu Firma, realizując własne prace badawczo-rozwojowe, wykorzystuje nowoczesne technologie i procesy produkcyjne. Współczesne trendy w projektowaniu, produkcji i modernizacji maszyn elektrycznych i urządzeń mechanicznych wskazują na wzrost znaczenia międzynarodowego transferu wiedzy i knowhow. Energoserwis S.A. jako firma będąca częścią globalnej korporacji jest w stanie te możliwości maksymalnie wykorzystać. Nowoczesne techniki projektowania i wytwarzania maszyn elektrycznych i transformatorów Wymagania klienta odzwierciedlające współczesne warunki eksploatacji maszyn elektrycznych i transformatorów oraz konkurencyjność ceny wymuszają daleko idącą optymalizację konstrukcji i procesu ich wytwarzania. Kluczowym jest więc doświadczenie kadry inżynierskiej wsparte badaniami naukowymi, wykorzystanie właściwości nowoczesnych materiałów Rys.1. Schemat procesu projektowania i wytwarzania produktu konstrukcyjnych oraz zastosowanie efektywnych narzędzi obliczeniowych i projektowych. Drugą, równie ważną częścią jest optymalizacja procesu wytwarzania wyrobu. Wymaga to zastosowania wysokospecjalistycznej technologii i parku maszynowego. Uogólniony schemat procesu projektowania i wytwarzania produktu przedstawia rysunek 1. q E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 569

4 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A Dane wejściowe Wymagania klienta Niezależnie od typu produktu wymagania klienta można w skrócie wymienić w kilku najważniejszych punktach: wysoka niezawodność i trwałość produktu, wysoka sprawność, energooszczędność, konkurencyjna cena. W procesie projektowania i wytwarzania maszyn elektrycznych i transformatorów wymagane jest uwzględnienie wszystkich wymienionych wymagań klienta z określonymi, szczególnymi warunkami eksploatacyjnymi, wśród których można m.in. wymienić: rodzaj pracy, charakter i specyfikę obciążenia, przeciążalność. Każdy z wymienionych warunków pracy maszyny elektrycznej, transformatora wpływa na trwałość tego wyrobu i kumuluje skutki prowadzące po pewnym czasie do degradacji konstrukcji. Istotnym jest zatem powiązanie poszczególnych stanów pracy urządzeń oraz występujących uszkodzeń i uwzględnienie ich w procesie projektowania wyrobu. Przepisy prawne, normy i standardy techniczne Każdy proces, zarówno na etapie projektowania, jak i wytwarzania jest umocowany w ramach przepisów prawnych (m.in. dotyczących BHP i ochrony środowiska) oraz standardów technicznych (m.in. normy techniczne, przepisy UDT). Spełnienie wszystkich wymienionych uwarunkowań ma bezpośredni wpływ na zastosowane rozwiązania konstrukcyjne. Projektowanie Pomiary wstępne, reverse engineering Projektowanie produktu może obejmować modernizację istniejącej maszyny elektrycznej i transformatora (zmiana parametrów znamionowych) lub wytworzenie nowego wyrobu. W przypadku modernizacji na wstępie procesu projektowania wykonywana jest inwentaryzacja, pomiary odtworzeniowe oraz pomiary środowiska pracy. Jedną z najbardziej zaawansowanych form pomiarów odtworzeniowych jest reverse engineering, pozwalający odtworzyć w środowisku trójwymiarowym rzeczywistą geometrię mierzonych przedmiotów. Pomiary wykonywane są za pomocą współrzędnościowych maszyn pomiarowych i skanerów laserowych (rys. 2), a wyniki przenoszone są bezpośrednio do środowiska CAD w postaci modeli 3D, stanowiących bazę odniesienia do projektowanych nowych i zmodernizowanych wyrobów. a) b) Rys. 2. Pomiary współrzędnościowym ramieniem pomiarowym (a) oraz głowicą skanującą (b) Analiza zjawisk, badania modelowe W maszynach elektrycznych i transformatorach najczęściej dokonuje się analizy następujących zjawisk: elektromagnetycznych, cieplnych i wentylacyjnych, obciążeń elektrycznych i mechanicznych, drgań, hałasu. Wszystkie z wymienionych zjawisk są ze sobą ściśle powiązane i mają decydujący wpływ na prawidłową pracę maszyn elektrycznych i transformatorów. Część z nich można zidentyfikować i opisać wykonując badania i pomiary na rzeczywistym obiekcie, np.: badania cieplne, pomiary drgań, hałasu. Przykładem są przedstawione termogramy (rys. 3) rozkładu temperatury na powierzchni korpusu generatora, które pozwoliły a) b) Rys. 3. Termogram stojana generatora 55 MW przed (a) i po modernizacji (b) strona 570

5 na weryfikację przeprowadzonej modernizacji układu wentylacyjnego. Celem modernizacji była eliminacja obszarów o podwyższonej temperaturze w strefie rdzenia i uzwojeń. Natomiast inne zjawiska, ze względu na specyfikę pracy maszyn elektrycznych i transformatorów, po wykonaniu obliczeń projektowych dla nowych rozwiązań konstrukcyjnych, wymagają wykonania badań modelowych. a) b) Rys. 4. Model prototypu (w skali 1: 2) wentylatora na stanowisku prób (a) oraz prototypowy wentylator zamontowany na wirniku generatora 320 MW (b) [1] Przykładowo, w trakcie badań modeli prototypów wentylatora (rys. 4), zostały zweryfikowane obliczone charakterystyki przepływowe (rys. 5) dla zmiennej geometrii łopatek, liczby łopatek oraz kąta ich ustawienia. Celem badań było zwiększenie wydajności nowego typu wentylatora przy jednoczesnej poprawie stabilności jego pracy. Rys. 5. Wyznaczone punkty pracy nowych wentylatorów nastawnych do generatora TWW-230 i wentylatora oryginalnego [1] Symulacje komputerowe, obliczenia (CAE) Wykorzystanie współczesnych technik komputerowych do modelowania zjawisk występujących w maszynach elektrycznych pozwala w znacznym stopniu ograniczyć liczbę wykonywanych badań i testów. Jednocześnie na podstawie zebranych danych wciąż poszukuje się coraz doskonalszych modeli matematycznych, pozwalających na symulację działania maszyn oraz poszczególnych ich komponentów (rys. 6). Rys. 6. Geometria 3D modelu obliczeniowego części czołowej uzwojenia stojana oraz wirnika generatora 200 MW [8] Jedną z podstawowych grup obliczeń numerycznych maszyn elektrycznych i transformatorów stanowią obliczenia elektromagnetyczne. Pozwalają one na określenie m.in. rozkładu i natężenia linii pól elektromagnetycznych oraz modułu indukcji w elementach konstrukcyjnych (rys. 7). a) b) Rys. 7. Wyniki obliczeń elektromagnetycznych stojana generatora 560 MW rozkład linii ekwipotencjalnych (a) i modułu indukcji (b) [2] Na podstawie rozkładu modułu indukcji (rys. 7b) określony został rozkład strat w obszarze połączeń czołowych uzwojeń, skrajnych pakietów rdzenia oraz w sprężystej talerzowej płycie dociskowej. Wyznaczony rozkład strat pozwolił oszacować przyrosty temperatur, istotnych dla układu izolacyjnego uzwojeń i parametrów wytrzymałościowych płyty dociskowej. E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 571

6 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A Zastosowanie modeli matematycznych, dedykowanych dla poszczególnych typów maszyn elektrycznych i transformatorów, obejmujących rozkład: pól elektromagnetycznych, sił elektrodynamicznych (rys. 8), strat i związanych z nimi przyrostów temperatury, pozwala w krótkim czasie oszacować charakter i wielkość poszczególnych zjawisk. Rys. 8. Rozkład wypadkowej liniowej gęstości sił elektrodynamicznych działających na pręt fazowy (przebiegi czasowe oraz trajektorie wektorów sił) [9] Kolejną grupę analiz, stanowią obliczenia cieplne [3] (rys. 9) i wentylacyjne. a) b) Rys. 9. Uzwojenie wzbudzenia generatora 200 MW: przekrój poprzeczny żłobka wirnika (a) oraz model cieplny (b) [4] Na podstawie obliczonych wartości sił elektrodynamicznych, temperatury, obciążeń mechanicznych statycznych i dynamicznych oraz przyjętych kryteriów optymalizacyjnych, przeprowadzana jest analiza wytrzymałościowa konstrukcji (rys. 10). Zastosowanie Metody Elementów Skończonych dla obliczeń wytrzymałościowych pozwala uzyskać mapy rozkładu naprężeń w konstrukcji. Rozkład sił, jak w przypadku kadzi transformatora (rys. 10b), wyznaczany jest dla kilku przypadków obciążenia, m.in.: próżnią, nadciśnienia oraz w trakcie pracy na stanowisku i w transporcie. Na podstawie wyników pobranych z analizy wytrzymałościowej przeprowadzana jest analiza modalna konstrukcji korpusu stojana generatora (rys.11). Wyznaczenie częstotliwości drgań własnych korpusu pozwala uniknąć zjawiska rezonansu podczas pracy maszyny. a) b) a) b) Rys. 10. Model dyskretny korpusu generatora 560 MW (a) oraz model kadzi transformatora 173 MVA (b) z mapą naprężeń mechanicznych Rys. 11. Poziom częstotliwości drgań własnych korpusu stojana generatora 560 MW (a) w zależności od grubości płaszcza (b) [5] strona 572

7 Poszukiwanie warunków korelacji pomiędzy wszystkimi przeprowadzanymi obliczeniami, opracowanie coraz doskonalszych modeli matematycznych, pozwalających odzwierciedlić z coraz to mniejszym błędem warunki rzeczywiste oraz określenie stopnia uproszeń modeli numerycznych i ocena ich wpływu na wyniki obliczeń, jest procesem skomplikowanym i podlegającym ciągłemu doskonaleniu. a) b) Oprogramowanie CAD Proces projektowania z zastosowaniem systemu CAD, który jest oparty na w pełni parametrycznym środowisku 3D (rys. 12), pozwala na integrację wszystkich jego etapów, począwszy od wykonania pomiarów, modeli koncepcyjnych, opracowania i obliczeń konstrukcji, do wytworzenia i weryfikacji parametrów urządzenia. Rys. 12. Parametryczne modele 3D autotransformatora 160 MVA (a) i stojana generatora TWW-560 (b) Zintegrowany system CAD pozwala na równoczesną, współbieżną pracę zespołu projektowego złożonego z konstruktorów, technologów oraz analityków (rys. 13). Na podstawie wirtualnych, parametrycznych modeli 3D, generowana jest dokumentacja wykonawcza 2D oraz karty technologiczne. Ponadto, używając powiązanego oprogramowania CAM generowane są programy obróbcze na obrabiarki CNC (rys. 14), które za pomocą odpowiednich postprocesorów tłumaczone są na kody maszynowe. Kolejnym krokiem jest wysłanie kodów siecią intranetową do sterowników maszyn. Rys. 13. Schemat zintegrowanego systemu komputerowego CAD [6] a) b) Rys. 14. Obróbka kołpaka wirnika (a) oraz piasty wentylatora (b) na frezarce CNC Wykonane modele 3D są również podstawą do weryfikacji poprawności geometrii wytworzonych obiektów za pomocą współrzędnościowych maszyn pomiarowych. Możliwości wizualizacji urządzenia już na etapie procesu projektowania (rys. 15) pozwalają zapoznać się wykonawcy i odbiorcy z końcowym efektem prac. a) b) Rys. 15. Komputerowa wizualizacja (a) i zdjęcie rzeczywistego transformatora blokowego 305 MVA (b) E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 573

8 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A Zastosowanie środowiska parametrycznego pozwala tworzyć wielowariantowe koncepcje modyfikowane na poziomie modelu 3D, które znajdują automatyczne odzwierciedlenie w dokumentacji 2D, środowisku obliczeniowym oraz systemach CAM. Dobór materiałów Wśród materiałów stosowanych w konstrukcjach transformatorów i maszyn elektrycznych, można wyróżnić kilka grup: materiały elektroizolacyjne, materiały żelazne (magnetyczne i niemagnetyczne), materiały nieżelazne, materiały kompozytowe. Nowoczesne materiały konstrukcyjne charakteryzują się podwyższonymi własnościami wytrzymałości mechanicznej i elektrycznej, co bezpośrednio przekłada się na niezawodność konstrukcji oraz zmniejszenie gabarytów i masy (rys. 16). Rys. 16. Sprężysta talerzowa płyta dociskowa ze stopu aluminium, prasująca rdzeń generatora 230 MW Materiały kompozytowe są stosowane jako elementy usztywnień uzwojeń i konstrukcji wsporczych torów prądowych. Najczęściej są to materiały zbrojone włóknem szklanym lub węglowym, nasycone żywicą epoksydową. Zastosowanie odpowiednich metod łączenia materiałów konstrukcyjnych różnych typów pozwala wykonać bariery cieplne, elektryczne i elektromagnetyczne, które jednocześnie spełniają rygorystyczne założenia związane np. z wytrzymałością dynamiczną. Dokumentacja techniczna, CAD/CAM Wynikiem końcowym etapu projektowana jest dokumentacja techniczna, wygenerowana z parametrycznych modeli 3D. Składa się ona z kilku członów: dokumentacji technicznej rysunkowej, zawierającej wygenerowane rysunki wykonawcze elementów oraz rysunki złożeniowe poszczególnych podzespołów, dokumentacji technologicznej, zawierającej opis technologii wykonania elementów i zespołów, kodów maszynowych obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC) wraz opisem ustawienia baz przedmiotu, modeli porównawczych dla współrzędnościowych maszyn pomiarowych, wykorzystywanych do weryfikacji wyprodukowanych obiektów. Wszystkie wymienione części składowe dokumentacji są ze sobą ściśle powiązane dzięki zastosowaniu zintegrowanego środowiska projektowego. Produkcja Materiały Oprócz geometrii wykonywanego przedmiotu, typ i własności materiału determinują przyjęty proces jego obróbki, gdyż właśnie one charakteryzują jego zachowanie się w czasie procesów produkcyjnych. Na podstawie wyników prób i testów materiałów konstrukcyjnych definiowany jest proces obróbki i dobór narzędzi. Przykładem mogą być dwa rodzaje materiałów, wchodzących w skład konstrukcji maszyn elektrycznych i transformatorów: materiały niemagnetyczne oraz materiały elektroizolacyjne zbrojone włóknem szklanym. W przypadku materiałów niemagnetycznych niewłaściwie dobrane parametry i sposób obróbki mogą powodować pogorszenie ich własności magnetycznych. Konsekwencją tego jest wzrost strat i przyrostu temperatury w maszynie. W przypadku materiałów elektroizolacyjnych problemem jest ich trudna obróbka oraz brak typowych narzędzi skrawających. Podczas obróbki z użyciem chłodziwa istnieje możliwość rozwarstwienia materiału i penetracji cząsteczek wody w głąb materiału, natomiast podczas obróbki na sucho występuje bardzo duże zapylenie oraz przyspieszone zużycie narzędzi. Określenie zatem właściwego rodzaju obróbki i jej parametrów oraz typu narzędzi dla stosowanych materiałów wpływa w zasadniczy sposób na optymalizację procesu wytwarzania. Technologie W produkcji maszyn elektrycznych i transformatorów szczególne znaczenie mają stosowane technologie w procesach międzyoperacyjnych i montażu. Wśród nich można wyróżnić między innymi: pakietowanie rdzeni, klinowanie uzwojeń w żłobkach, wykonywanie izolacji głównej uzwojeń stojanów generatorów, usztywnianie części czołowych uzwojeń stojanów generatorów, lutowanie połączeń wodno-prądowych uzwojeń stojanów generatorów, wyważanie i odwirowanie wirników, nawijanie uzwojeń transformatorów, suszenie uzwojeń w technologii próżniowej, Dobór odpowiednich parametrów dla technologii zastosowanej w każdej fazie procesu wytwarzania wpływa bezpośrednio na własności elektryczne i mechaniczne, a w efekcie na jakość produkowanych urządzeń. Park maszynowy Zastosowanie w procesie wytwarzania urządzeń, maszyn sterowanych numerycznie (CNC) pozwoliło powiązać proces projektowania komponentów z ich wykonaniem. Dotyczy to zarówno strona 574

9 obrabiarek, jak również pras hydraulicznych i automatycznych oplatarek do uzwojeń (rys. 17). a) b) Rys. 17. Prasa hydrauliczna (a) oraz oplatarka CNC (b) do uzwojeń stojanów generatorów Wysokowydajne obrabiarki CNC pozwalają wykonać przedmioty o dowolnej geometrii w znacząco krótszym czasie, w porównaniu z maszynami tradycyjnymi. Ponadto, zastosowanie sond pomiarowych geometrii przedmiotów i narzędzi, eliminuje błędy związane z ustawieniami baz obróbczych przedmiotów i wpływ zużycia narzędzi. Jednostki sterujące w nowoczesnych maszynach CNC umożliwiają za pomocą sieci intranetu bezpośrednie połączenie z komputerami technologów przygotowujących programy sterujące. Technolodzy mają jednocześnie wgląd w bazy narzędzi maszyn oraz podgląd aktualnego stanu pracy maszyny. Pomiary i badania W procesie wytwarzania maszyn elektrycznych i transformatorów weryfikuje się geometrię wykonanych elementów i podzespołów za pomocą współrzędnościowych maszyn pomiarowych (rys. 18), wykorzystując porównanie modeli 3D z obiektami rzeczywistymi. a) b) Rys. 18. Weryfikacja geometrii uzwojenia stojana generatora (a) współrzędnościowym ramieniem pomiarowym (b) Każdy wyrób podlega badaniom i próbom końcowym (rys. 19), spośród których wymienić należy m.in.: elektryczne, mechaniczne, cieplne, szczelności. a) b) Rys. 19. Próby końcowe transformatora 270 MVA/400 kv (a) oraz próba ciśnieniowa korpusu generatora 560 MW (b) Spełnienie wszystkich wcześniej założonych kryteriów oceny wyrobu kończy proces wytwarzania. Produkt Końcowym rezultatem procesu projektowania i wytwarzania jest gotowy produkt, spełniający wszystkie przyjęte wcześniej dane wejściowe dotyczące wymagań klienta, przepisów prawnych i standardów technicznych, przy zachowaniu konkurencyjnej ceny. Kolejnym etapem jest zbieranie informacji z monitoringu pracy jednostki w czasie jej eksploatacji, wykonanych pomiarów diagnostycznych oraz z przeprowadzonego procesu walidacji produktu. Wygenerowane informacje wykorzystywane są w procesie projektowania kolejnych, nowych typów maszyn elektrycznych i transformatorów. Podsumowanie Zaprezentowane nowoczesne techniki projektowania i wytwarzania maszyn elektrycznych i transformatorów obejmują obszary analiz matematycznych, prac nad wdrażaniem nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych, doskonalenia procesów technologicznych, rozwijania systemów CAD/CAM/CAE, maszyn i technologii obróbki oraz metodologii pomiarów i badań. E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 575

10 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A Zaawansowane techniki projektowania oraz nowoczesny park technologiczny pozwalają na optymalizację parametrów technicznych produktu, spełnienie wymagań jakościowych, środowiska i bezpieczeństwa eksploatacji. Optymalizacja procesu projektowania i wytwarzania w efekcie finalnym zmniejsza jednostkowy wskaźnik zużycia materiałów i pracochłonności dla wytworzenia produktu, co wpływa na obniżenie jego ceny, a więc wzrost konkurencyjności na rynku. LITERATURA [1] Sieradzki S., Adamek J., Otte J., Dziuba J., Prysok E.: Nowa konstrukcja wentylatorów do generatorów dużej mocy, Energetyka 2007, nr 08/09 [2] Wiak S., Komęza K., Drzymała P., Wefle H.: Obliczenia struktur płaskich (2D) turbogeneratorów o mocach 230 MW i 560 MW. Dokumentacja Energoserwis S.A., 2008 [3] Sieradzki S., Adamek J., Krok R.: Modernizacje turbogeneratorów polegające na zamianie układu chodzenia uzwojenia wzbudzenia z pośredniego na bezpośredni zabierakowy na przykładzie turbogeneratora typu TWW XLII International Symposium on Electrical Machines SME 2006, Kraków, 3-6 lipca 2006, ss Wojciech Kandora, Andrzej Smyczek Energoserwis S.A. [4] Krok R., Sieradzki S., Adamek J.: Zastosowanie sieci cieplno-elektrycznych w systemie komputerowego wspomagania projektowania generatorów synchronicznych. XLII International Symposium on Electrical Machines SME 2006, Krakow, 3-6 lipca 2006, ss [5] Maniara R., Kardas D.: Parametryczna optymalizacja korpusu stojana generatora, Urządzenia dla Energetyki 2008, nr 5, ss [6] Kulik A., Kardas D.: Nowe techniki projektowania na tle wzrostu innowacyjności produktów firmy Energoserwis S.A., XV konferencja Energetyki, Ryn 5-7 września 2007, ss [7] Fenton R.E., Ulery D.R., Walker D.N.: Advances in Design Practices to Improve Rotor Dynamics Performance of Medium Sized Generators, CIGRE, Paper , 1994 [8] Stancheva R.D., Iatcheva I.I.: 3-D Electromagnetic Force Distribution in the End Region of Turbogenerator, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 45, Nr 3, 2009 [9] Drak B.: Zagadnienia elektromechaniczne czół uzwojeń stojanów maszyn elektrycznych dużej mocy prądu przemiennego, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Elektryka z 163, Gliwice 1998 Diagnostyka izolacji zwojowej wirników turbogeneratorów Nowoczesne metody pomiarowe Przyczyny oraz skutki zwarć zwojowych w wirnikach turbogeneratorów Silne naprężenia mechaniczne wynikające z dużych sił odśrodkowych działających na uzwojenia, naprężenia termiczne uzwojenia wynikające z wielokrotnych rozruchów maszyny, Rys. 1. Kolejne etapy postępującego uszkodzenie izolacji zwojowej uzwojenia wirnika turbogeneratora czynniki zewnętrzne, jak wilgoć czy zabrudzenia oraz zatkane kanały chłodzące, stwarzają warunki do powstania zwarć zwojowych wirnika. Szczególnie niebezpiecznym rodzajem zwarć zwojowych są zwarcia sąsiadujących cewek spowodowane migracją elementów usztywniających, a dalej migracją cewek w części podkołpakowej uzwojenia. Rys. 2. Usztywnienia czołowe wirnika przegrzane na skutek zwarcia zwojowego q strona 576

11 Zwarcia zwojowe osłabiają pole magnetyczne, co skutkuje zwiększonym prądem wzbudzenia przy znamionowych parametrach obciążenia. Asymetria magnetyczna przenosi się na magnetyzację beczki wirnika i zwiększenie wartości napięć wałowych. W miejscu występowania zwarcia wydziela się ciepło wynikające ze strat: w którym: U k różnica potencjałów zwartych zwoi uzwojenia wirnika gdzie: U f n k R c R k napięcie uzwojenia wirnika, liczba zwojów wirnika, liczba zwartych zwojów wirnika, rezystancja obwodu zwartego, rezystancja przejścia w miejscu występowania zwarcia. W zależności od wartości rezystancji w punkcie zwarcia, lokalnie wydzielana moc przy zwarciu sąsiednich zwojów generatora TWW może wynosić ( ) W. Przy zwarciu sąsiednich cewek straty mogą zawierać się w przedziale (5,9 7,9) kw. W szczególnych przypadkach zwarcie występujące pod kołpakiem może doprowadzić do jego uszkodzenia na skutek lokalnego przegrzania. Zwarcie sąsiednich zwojów tworzy obwód równoległy, w cewkach płynie prąd znacznie mniejszy niż w przypadku normalnej pracy, w zwartych cewkach wydziela się znacznie mniejsza ilość ciepła. Asymetria termiczna znacząco wpływa na poziom drgań wirnika. Miejsce występowania zwarcia ma istotny wpływ na drgania zwarcie zwojów cewki znajdującej się bliżej bieguna wpływa bardziej na poziom drgań niż zwarcie cewki w okolicach środka uzwojenia. Drgania o częstotliwości sieciowej, rosnące w funkcji prądu wzbudzenia, są głównym wskaźnikiem świadczącym o występowaniu zwarć zwojowych. Zwarcia zwojowe mogą skutkować drganiami wirnika znacznie przekraczającymi dopuszczalne normy pracy generatora i mogą prowadzić do awaryjnego odstawienia bloku. Metody pomiaru zwarć zwojowych wirników generatorów Energoserwis S.A. jako zakład produkcyjno-remontowousługowy wykonuje szereg prób i pomiarów elektrycznych w celu zdiagnozowania generatora, w tym stwierdzających obecność zwarć zwojowych oraz osłabienie izolacji zwojowej uzwojenia wirnika. Większość stosowanych metod diagnostycznych to metody porównawcze. W praktyce wykorzystuje się symetrię elektryczną oraz magnetyczną wirnika, jak również korzysta się z obszernej bazy danych wyników pomiarów. Podstawowymi pomiarami wirnika pod kątem wykrywania zwarć zwojowych w stanie statycznym są: pomiar impedancji statycznej wirnika, pomiar spadków napięć na biegunach wirnika, pomiar rozkładu strumienia rozproszenia na powierzchni wirnika, pomiar metodą impulsowa RSO. Pierwsze trzy pomiary wykonuje się przy zasilaniu uzwojenia wirnika napięciem przemiennym o częstotliwości 50 Hz lub 500 Hz. W przypadku występowania zwarcia pomiędzy sąsiednimi zwojami powstaje zwarta pętla. Przemienny strumień magnetyczny, przenikając przez pętlę, indukuje w niej silę elektromotoryczną, która jest źródłem dużego prądu zwarcia w zwartych zwojach. Prąd ten wpływa znacząco na prąd całkowity pobierany przez wirnik, jak również na rozkład napięcia na biegunach wirnika. Pomiar impedancji polega na porównaniu wartości prądu pobieranego przez wirnik z wynikami poprzednimi lub wynikami takich samych jednostek. W tabeli 1 przedstawiono wpływ metalicznego zwarcia zwojowego dla wirnika typu AEG FKWS 3742p o mocy 111 MW na procentowy wzrost prądu oraz na procentową różnicę spadków napięć na biegunach wirnika. Badany wirnik ma 7 cewek/biegun, cewka nr 1 ma 7 zwojów, pozostałe cewki mają po 20 zwojów każda. Tabela 1 Wpływ zwarcia na pobór prądu oraz na różnice spadków napięć na biegunach wirnika Miejsce zwarcia U, V U BI, V U BI, V I, A I, % U B, % Bez zwarcia 250,0 125,0 125,0 22,5 0,0 0,0 Cewka 1 249,2 128,9 120,3 23,5 4,4 6,7 Cewka 3 250,5 133,5 117,0 24,3 8,0 12,4 Cewka 5 249,7 139,4 110,3 26,1 16,0 20,9 Cewka 7 250,3 134,4 115,9 25,2 12,0 23,6 Jak wynika z tabeli zwarcie jednego zwoju przekłada się na znaczne różnice prądu oraz spadków napięć. Niejednokrotnie jednak podczas pomiaru nie ma dostępu do połączenia biegunów wirnika, jak również nie ma wyników wzorcowych. Wymienione metody nie są w stanie wskazać miejsca ewentualnego uszkodzenia izolacji, jedynie pomiar rozkładu strumienia rozproszenia na powierzchni wirnika daje taką możliwość. Pomiar polega na pomiarze kąta pomiędzy napięciem odniesienia a napięciem indukowanym w jarzmie pomiarowym. Jarzmo przesuwane jest wzdłuż każdego żłobka wirnika, jeżeli dla którejś z cewek następuje zmiana kąta o wartość ~180, wówczas w danej cewce stwierdza się zwarcie zwojowe. Popularną w ostatnich latach jest impulsowa metoda oceny stanu izolacji zwojowej RSO (z ang. Recurent Surge Oscilograph). Metoda polega na podaniu na jeden z biegunów wirnika impulsu napięciowego o bardzo dużej stromości narastania i rejestracji przebiegu oscylacyjnego tłumionego, podczas gdy drugi biegun wirnika jest uziemiony. Następnie podawany jest impuls na drugi biegun, przy uziemieniu pierwszego i porównuje się uzyskane przebiegi. Model elektryczny wirnika generatora można przedstawić jako układ RLC składający się z rezystancji uzwojenia, rezystancji izolacji, pojemności głównej, pojemności pomiędzy zwojami oraz indukcyjności uzwojenia. Odpowiedzią układu RLC na impuls jednostkowy jest przebieg oscylacyjny tłumiony. W przypadku obecności zwarcia zwojowego w jednym z biegunów wirnika, parametry schematu zastępczego ulegają zmianie przebiegi E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 577

12 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A pochodzące od pomiarów jednego bieguna mają inną częstotliwość drgań własnych niż od drugiego. Przykładowe przebiegi dla wirnika typu AEG FKWS 3742p bez zwarć po lewej oraz ze zwarciem po prawej przedstawiono na rysunku 3. Rys. 3. Wyniki badania wirnika metodą impulsową dla wirnika dobrego i ze sztucznym zwarciem Zwarcie zwojowe w jednym z biegunów powoduje odkształcenie przebiegu. Różnica w przebiegach określana jest poprzez wskaźnik EAR (z ang. error area ratio). Nawet niewielkie zmiany w przebiegach wpływają znacząco na wartość wskaźnika EAR. Jeżeli wartość maksymalna impulsu jest odpowiednio wysoka, możemy wówczas dodatkowo mówić o diagnostyce izolacji zwojowej pod względem osłabienia. Amplituda napięcia zależy od napięcia znamionowego maszyny oraz od czasu narastania impulsu napięciowego. Dla wirników generatorów amplitudę napięcia oblicza się z zależności: gdzie: U T U n amplituda napięcia testu, kv napięcie znamionowe wirnika, kv Tester wysokonapięciowy generuje impulsy z częstotliwością 8 Hz, Amplituda impulsów rośnie od zera aż do napięcia próby, w odpowiedzi na każdy impuls otrzymujemy szereg przebiegów tłumionych, przy czym tester przechowuje w pamięci i analizuje ostatnie dwa przebiegi. W przypadku przebicia izolacji zwojowej podczas najazdu napięcia tester na podstawie analizy różnicy przebiegów wskazuje na defekt. Zaletą metody jest łatwość wykonania oraz możliwość pomiarów w stanie dynamicznym wirnika. Źródłem napięcia testera jest wysokonapięciowy kondensator, który za pomocą kluczy tranzystorów IGBT w bardzo krótkim czasie zostaje rozładowany na obiekcie. Istotnym parametrem testera jest właściwa wartość pojemności kondensatora. Duża pojemność pozwala na uzyskanie dużej energii udaru, lepszy rozkład napięcia na cewkach wirnika, jednak pojemność kondensatora może być dominującym parametrem i zwarcie zwojowe może nie mieć widocznego wpływu na parametry przebiegu. Zbyt mała pojemność sprawia, że tylko na pierwszych cewkach odkładane jest właściwe napięcie. Wiele defektów izolacji ujawnia się dopiero w stanie dynamicznym wirnika. Istnieje więc potrzeba diagnostyki izolacji wirnika w funkcji obrotów. Jeżeli rezystancja styku w punkcie zwarcia jest stosunkowo duża i zależy od prędkości obrotowej, trudno jednoznacznie określić stan izolacji zwojowej na podstawie przebiegu impedancji. Wiarygodnym pomiarem wirnika w stanie dynamicznym jest pomiar napięć żłobkowych indukowanych w cewce pomiarowej. W przedstawianym pomiarze wirnik zasilany jest prądem stałym o wartości min 100 A, cewka pomiarowa umieszczona jest w odległości ok. 2 cm od beczki wirnika. Podczas wirowania wirnika w cewce pomiarowej indukują się siły elektromotoryczne pochodzące od każdego żłobka. Wyindukowane napięcie jest proporcjonalne to liczby zwojów w żłobku oraz parametrów obwodu magnetycznego. Aparatura pomiarowa rejestruje napięcia indukowane przez każdy żłobek, następnie program pomiarowy porównuje (nakłada na siebie) sygnały napięciowe pochodzące od pierwszego oraz drugiego bieguna, a następnie interpretuje sygnały pochodzące od połowy cewek danego bieguna. Pomiar wirnika przy zasilaniu uzwojenia prądem stałym eliminuje wpływ obwodów tłumiących na wyniki pomiaru. Pomiar ten jest jednym z podstawowych pomiarów elektrycznych wykonywanych podczas wyważania dynamicznego wirnika. Znając liczbę zwojów w każdej z cewek wirnika można oszacować liczbę zwarć oraz wskazać uszkodzoną cewkę. Rysunek 4 przedstawia oscylogramy napięć żłobkowych wirnika TWW 200-6c podczas pomiarów na odwirowni. W stanie statycznym, jak również do prędkości 500 rpm wirnik nie wykazywał defektów izolacji zwojowej. Wraz ze wzrostem prędkości wirowania w cewce nr 8 uwidaczniało się uszkodzenie izolacji zwojowej (rys. 5b). Po zdjęciu kołpaków dogłębna inspekcja wskazanej cewki wykazała lokalne uszkodzenie izolacji zwojowej. Rys. 4. Oscylogramy wirnika TWW 200-6c przy prędkości 3000 rpm strona 578

13 a) b) Rys. 5 Nałożone przebiegi napięć żłobkowych wirnika przy prędkości: a) 500 rpm, b) 3000 rpm Wnioski Podczas przeglądu wirnika w Zakładzie Generatorów Energoserwis S.A., wirnik poddawany jest szeregu próbom i pomiarom elektrycznym stwierdzającym obecność zwarć oraz stan izolacji zwojowej uzwojenia. Od lat dokonywany jest pomiar impedancji statycznej wirnika, pomiar spadków napięć na biegunach wirnika oraz pomiar rozkładu strumienia rozproszenia na powierzchni wirnika. Ostatnio rozszerzony został zakres badania o metodę RSO, a także pomiar napięć żłobkowych w stanie dynamicznym w odwirowni wirników, gdzie symulowane są warunki termiczne i dynamiczne odpowiadające warunkom panującym podczas pracy generatora. Pomiary elektryczne wykonywane w tym stanie pozwalają jednoznacznie określić stan techniczny izolacji zwojowej uzwojenia wirnika. Dzięki posiadanej bazie i stosowaniu szeregu metod wykrywania zwarć zwojowych, Energoserwis S.A. zapewnia wysoką jakość produkowanych i remontowanych wirników generatorów. LITERATURA [1] Albright Donald R., Albright David J.: Generator field winding shorted turn detection technology [2] Dąbrowski M.: Projektowanie maszyn elektrycznych, WNT Warszawa 2008 [3] Przybysz J.: Turbogeneratory. IEN, 2004 [4] Sieradzki S.: Wytyczne pisania referatów. Przegląd Elektrotechniczny 2008, nr 8, s [5] Wiedenbrug E., Frey G., Wilson J.: Impulse testing and turn insulation deterioration in electric motors [6] Generator field Winding Shorted Turns, Observed Conditions and Causes Advanced Generator Maintenance Technology Seminar [7] IEEE Std IEEE Guide for Testing Turn Insulation of Form-Wound Stator Coils for Alternating- Current Electric Machines [8] IKJ 004/0612 Pomiar impedancji wirnika (Procedura Energoserwis S.A.) [9] IKJ 007/0613 Pomiar strumienia rozproszenia na powierzchni wirnika (Procedura Energoserwis S.A.) Stefan Sieradzki, Eugeniusz Prysok, Jan Adamek, Joachim Otte, Jarosław Dziuba Energoserwis S.A. Wentylator osiowy z tylnymi łopatkami kierowniczymi do wentylatorów Zwiększanie mocy znamionowej generatorów wymusza między innymi intensyfikację systemów ich chłodzenia. W maszynach elektrycznych, takich jak generatory do chłodzenia uzwojeń stojana i wirnika stosowane są wentylatory osiowe lub promieniowe, których zadaniem jest przetłaczanie czynnika chłodzącego przez elementy generatora. Najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest układ dwóch wentylatorów zamontowanych pojedynczo po obydwu stronach wirnika generatora. Wentylatory pracują jako ssące albo tłoczące czynnik chłodzący. Wentylatory współpracują bezpośrednio z osłonami, które mogą być bezłopatkowe lub mogą posiadać łopatki kierownicze. Jako czynnik chłodzący stosowane jest powietrze lub wodór, który przepływa w obiegu zamkniętym. Często spotykanym w generatorach jest układ dwóch pojedynczych wentylatorów osiowych ssących współpracujących z osłoną bezłopatkową. W takim układzie czynnik chłodzący napływa na wentylator ze szczeliny pomiędzy wirnikiem a stojanem generatora oraz ze strefy połączeń czołowych, a następnie kierowany jest przez osłonę wentylatora oraz kanał pionowy w korpusie generatora na chłodnice, gdzie po ochłodzeniu kierowany jest na stojan i wirnik generatora. q E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 579

14 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A Generatory typu TWW i TWW-200-2A posiadają wentylatory osiowe pracujące w układzie ssącym z osłonami bezłopatkowymi. Czynnikiem chłodzącym jest wodór. Po dokonaniu modernizacji generatorów typu TWW i TWW-200-2A o mocy znamionowej 200 MW uzyskano wzrost mocy o 30 MW i oznaczono je typem TWW-230. W 2004 roku Energoserwis S.A podjął prace projektowo-badawcze, przy współpracy z Politechniką Śląską, nad nową konstrukcją wentylatorów osiowych do tego typu generatorów. Nowe wentylatory zaprojektowano z łopatkami nastawnymi, pracującymi w układzie ssącym. Prace projektowo-badawcze zakończono w I połowie 2007 roku. Zmodernizowana konstrukcja wentylatorów osiowych została wdrożona do produkcji w II połowie 2007 roku i zastosowana w generatorze typu TWW-320-2Y3. Przed modernizacją stosowano w tym generatorze konstrukcję wentylatorów jak w generatorze TWW-230. Przetłaczany czynnik wypływający z osłony wentylatora osiowego posiada pewną energię kinetyczną, która stanowi stratę wylotową wentylatora. Energia ta może być zamieniona na ciśnienie statyczne, a przez to zwiększyć ciśnienie całkowite wytwarzane przez wentylator. Zamiana energii kinetycznej czynnika wypływającego z osłony wentylatora na energię statyczną możliwa jest poprzez zastosowanie odpowiednio wyprofilowanych łopatek kierowniczych usytuowanych bezpośrednio za łopatkami wirnika wentylatora. Z powyższych względów w 2008 roku dokonano dalszej modernizacji konstrukcji wentylatora i zaprojektowano łopatki kierownicze usytuowane w osłonach wentylatorów generatora TWW-230. Po wykonaniu wentylatora z łopatkami kierowniczymi w skali modelowej przeprowadzono badania przepływowe na stanowisku pomiarowym na Politechnice Śląskiej w Gliwicach. Pozytywne wyniki badań na każdym etapie realizacji powyższego projektu skłoniły nas do zgłoszenia nowej konstrukcji wentylatorów osiowych z tylnymi łopatkami kierowniczymi do ochrony patentowej w Urzędzie Patentowym RP. Łącznie na powyższe rozwiązanie dokonano zgłoszenia do ochrony patentowej trzech wynalazków. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań modelowych wentylatora z łopatkami kierowniczymi oraz dokonano porównania jego rzeczywistej charakterystyki pracy z wentylatorem po pierwszym etapie modernizacji oraz z wentylatorem oryginalnym. Charakterystyka pracy wentylatorów osiowych stosowanych w generatorach Charakterystyka przepływowa typowego wentylatora jest to zależność spiętrzenia całkowitego od wydajności P c = f(v). Parametry punktu pracy wentylatora (wydajność, spiętrzenie) są określone z jednej strony poprzez charakterystykę przepływową wentylatora, a z drugiej strony poprzez krzywą oporów przepływu przetaczanego czynnika. Punkt pracy wentylatora na wykresie P c = f(v) jest punktem przecięcia się krzywej oporów przepływu czynnika z charakterystyką wentylatora. W przypadku stabilnej charakterystyki wentylatora istnieje możliwość zmiany parametrów jego punktu pracy (wydajności i spiętrzenia) poprzez zmianę kąta ustawienia łopatki. Zwykle wentylatory osiowe mają niestabilną charakterystykę pracy w lewej swej części [1 5]. Ponieważ przepływ czynnika chłodzącego przez generator jest bardzo oporowy, tzn. że krzywa oporów przepływu jest bardzo stroma i przebiega po lewej części charakterystyki wentylatora, wówczas punkt pracy wentylatora znajduje się w tzw. obszarze niestabilnym (pompażu) i mamy do czynienia z pracą wentylatora w obszarze niestabilnym, co jest zjawiskiem bardzo niekorzystnym dla pracy wentylatora. Praca wentylatora w obszarze pompażu objawia się między innymi dużymi pulsacjami wydajności i ciśnienia oraz drganiami układu wirującego. W przypadku, gdy przebieg charakterystyki wentylatora w pobliżu krzywej oporów ma przebieg niestabilny, wówczas nie można uzyskać znaczącego wzrostu parametrów przepływowych wentylatora wraz ze zmianą kąta ustawna łopatki. W celu zobrazowania, w jaki sposób zmienia się punkt pracy wentylatora w zależności od typu charakterystyki wentylatora na rysunkach 1 i 2 przedstawiono przebiegi różnych charakterystyk wentylatorów osiowych (w tym stosowanych generatorach) wraz z krzywymi oporów czynnika w układzie współrzędnych względnych P c = f(v). Na rysunku 1 przedstawiono przebieg dwóch niestabilnych charakterystyk nr 1 i 2 wentylatora osiowego z możliwością zmiany kąta ustawienia łopatek wirnika, a tym samym uzyskania zmiany charakterystyki przepływowej wentylatora i parametrów jego punktu pracy. Zamieszczono również przebieg dwóch krzywych oporów czynnika nr 1 i 2. Kąt ustawienia łopatek wirnika wentylatora β>a. Jak wynika z powyższego rysunku dla charakterystyki nr 1 (kąt ustawienia łopatek wirnika β) i krzywej oporów nr 2 wydajność wentylatora V 1 jest większa od wydajności V 2 jak dla charakterystyki nr 2 (kąt ustawienia łopatek wirnika a). Natomiast w przypadku krzywej oporów nr 1 wydajność wentylatora V 1 jest mniejsza od wydajności V 2. Rys.1. Przebieg niestabilnych charakterystyk wentylatora osiowego strona 580

15 Jak wynika z przebiegu charakterystyk zamieszczonych na rysunku 1 w przypadku krzywej oporów nr 1 (przebieg bardzo stromy), pomimo zwiększenia kąta ustawienia łopatek wirnika wentylatora, na skutek niestabilnego przebiegu charakterystyk nr 1 i 2 mamy do czynienia ze spadkiem wydajności wentylatora. Zwykle z tego typu przebiegiem niestabilnych charakterystyk mamy do czynienia w generatorze, gdzie przebieg krzywej oporów czynnika chłodzącego jest bardzo stromy, a charakterystyki mają przebieg niestabilny. W typowych wentylatorach osiowych w celu stabilizacji charakterystyki stosowane są różne rozwiązania konstrukcyjne mające na celu zmianę przebiegu charakterystyki przepływowej. Jednakże zastosowanie w generatorze typowego rozwiązania konstrukcyjnego mającego na celu stabilizację charakterystyki wentylatora jest niemożliwe ze względu na montaż wentylatora osiowego w generatorze. Jak podano w [6 8], w celu zwiększenia wydajności wentylatora opracowano nową konstrukcje łopatek o takich geometrycznych cechach konstrukcyjnych, które umożliwiającą uzyskanie stabilnych charakterystyk w pobliżu punktu pracy wentylatora. Na rysunku 2 (w układzie współrzędnych względnych) przedstawiono przebieg charakterystyki wentylatora zastosowanego w generatorze przed modernizacją (charakterystyka niestabilna) oraz po modernizacji Etap I. Modernizacja wentylatora Etap I polegał na zmianie geometrycznych cech konstrukcyjnych łopatek wirnika wentylatora zastosowanego w generatorze. Rys. 2. Przebieg charakterystyk wentylatora osiowego przed i po modernizacji Etap I Projektowanie wentylatorów z łopatkami kierowniczymi w osłonie wentylatora Proces projektowania wentylatora służącego do chłodzenia generatora TWW-230 z łopatkami kierowniczymi w osłonie wentylatora rozpoczęto przy następujących założeniach: zmodernizowany wentylator z łopatkami kierowniczymi w osłonie wentylatora powinien mieć wyższą wydajność o ok.10 % w porównaniu z wentylatorem z zmodernizowanym z wirnikiem nr 3 [9], zmodernizowany wentylator z łopatkami kierowniczymi w osłonie wentylatora powinien mieć wyższą wydajność o 10% w porównaniu z wentylatorem oryginalnym bez łopatek kierowniczych, otrzymane charakterystyki przepływowe P c =f (V) zmodernizowanego wentylatora powinny mieć stabilny przebieg przy zmianie kątów ustawienia łopatki. W celu zwiększenia wydajności wentylatora z łopatkami kierowniczymi w osłonie wentylatora służącego do chłodzenia generatora TWW-230 na podstawie literatury przedmiotu [1 5] zaprojektowano łopatki kierownicze w osłonie wentylatora dla następujących wskaźników bezwymiarowych: Wskaźnik szybkobieżności: V wydajność wentylatora, m 3 /s] P c spiętrzenie całkowite wentylatora, Pa r gęstość przetłaczanego czynnika, kg/m 3 p R T D z u z ciśnienie czynnika chłodzącego = 0,3 MPa stała gazowa wodoru = 4124,5 J/kgK temperatura czynnika = 55 C = 328 K Wskaźnik średnicy: średnica zewnętrzna wirnika, m Wskaźnik wydajności: prędkość obwodowa wirnika, m/s Wskaźnik spiętrzenia:, kg/m 3 (1) (2) (3) (4) (5) E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 581

16 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A Konstrukcja wentylatora z tylnymi łopatkami kierowniczymi W generatorach TWW-230 czynnik chłodzący napływa na wentylator ze szczeliny pomiędzy wirnikiem a stojanem generatora oraz ze strefy połączeń czołowych stojana, a następnie kierowany jest przez osłonę wentylatora oraz poprzez kanał pionowy w korpusie generatora na chłodnice, gdzie po ochłodzeniu przepływa do stojana i wirnika generatora. Przetłaczany czynnik wypływający z osłony wentylatora osiowego posiada pewną energię kinetyczną, która stanowi stratę wylotową wentylatora. Energia ta może być zamieniona na ciśnienie statyczne, a przez to zwiększyć ciśnienie całkowite wytwarzane przez wentylator. Zamiana energii kinetycznej czynnika chłodzącego wypływającego z osłony wentylatora na energię statyczną (ciśnienie) jest możliwa poprzez zastosowanie w osłonie odpowiednio wyprofilowanych łopatek kierowniczych usytuowanych bezpośrednio za łopatkami wirnika wentylatora. Tego typu konstrukcja umożliwia zamianę energii kinetycznej czynnika chłodzącego na wylocie z łopatek wirnika wentylatora osiowego na energię statyczną (ciśnienie) i uzyskanie charakterystyki aerodynamicznej wentylatora o podwyższonym ciśnieniu całkowitym w stosunku do wentylatora bez tylnych łopatek kierowniczych, co umożliwia zwiększenie wydajności w jego punkcie pracy. Rys.3. Konstrukcja osłony wentylatora osiowego z wirnikiem osiowymi i tylnymi łopatkami kierowniczymi w widoku z przodu oraz przekroju wzdłużnym Rys. 4. Rozwinięcie palisad łopatek wirnika i kierowniczych Geometrię wieńca łopatkowego kierownicy usytuowanej w osłonie za wirnikiem wentylatora określa kształt profilu łopatki kierowniczej uzależniony od: długości cięciwy profilu łopatki l, podziałki t (uzależnionej od liczby łopatek kierowniczych), wysokości łopatki h (uzależnionej od różnicy średnicy zewnętrznej D z i średnicy wewnętrznej D w wirnika wentylatora osiowego) oraz kąta wlotu czynnika na krawędź łopatki kierowniczej β 1 i kąta wypływu czynnika z łopatki kierowniczej β 2. Konstrukcję wentylatora osiowego z tylnymi łopatkami kierowniczymi usytuowanymi w osłonie wirnika przedstawiono na rysunkach 3 i 4. Na rysunkach 3 i 4 przedstawiono wirnik wentylatora osiowego 1, który składa się z: piasty 2 i łopatek 3 oraz tylnych łopatek kierowniczych 5 umieszczonych w osłonie wentylatora 4. Łopatki wentylatora mają wysokość h równą połowie różnicy średnicy zewnętrznej D z i średnicy wewnętrznej D w wirnika wentylatora osiowego oraz długość cięciwy profilu l i podziałkę t. Kąt wlotowy β 1 tylnej łopatki kierowniczej jest zgodny z kierunkiem prędkości bezwzględnej wypływu czynnika z łopatek wirnika osiowego i zawarty jest pomiędzy β 1 = 20 do 30, natomiast kąt wylotowy β 2 ukształtowany jest w ten sposób, że zapewnia bezwirowy przepływ osiowo-symetryczny czynnika chłodzącego za wentylatorem i wynosi β Badania modelowe wentylatora z tylnymi łopatkami kierowniczymi Badania wentylatorów z tylnymi łopatkami kierowniczymi, tj. zmodernizowanego z wirnikiem nr 3 i oryginalnego [10] wykonano w skali modelowej. W celu dokonania badań modelowych wentylatora z tylnymi łopatkami kierowniczymi na stanowisku pomiarowym wykonano jego model z wirnikiem o średnicy zewnętrznej D z = 598 mm oraz o stosunku średnic wewnętrznej do zewnętrznej wirnika D z /D w = 0,778. Wirnik wentylatora posiadał łopatki przykręcone do piasty wirnika z możliwością zmiany kąta ustawienia i został wykonany ze stopu aluminium metodą odlewania. Za wirnikiem wentylatora umieszczono łopatki kierownicze wykonane według Rys. 5. Konstrukcja wentylatora modelowego z tylnymi łopatkami kierowniczymi strona 582

17 przeprowadzonych obliczeń aerodynamicznych dla zaprojektowanych parametrów przepływowych. Wentylator modelowy został odwzorowany na podstawie wentylatora zmodernizowanego w Etapie I [6 8] wraz z tylnymi łopatkami kierowniczymi. Wirnik wentylatora modelowego napędzany był silnikiem elektrycznym o mocy 2,2 kw i nominalnej prędkości obrotowej n = 1500 obr/ min. Silnik zabudowany był wewnątrz cylindrycznej obudowy wentylatora. Wirnik wentylatora był osadzony bezpośrednio na czopie silnika. Na wlocie wentylatora zastosowano stożkowy lej wlotowy. Na rysunku 5 przedstawiono konstrukcję wentylatora modelowego z tylnymi łopatkami kierowniczymi. Opis stanowiska pomiarowego i program badań Pomiary osiowego wentylatora modelowego zostały wykonane na znormalizowanym stanowisku pomiarowym [10]. Pomiaru dokonano na kanale pomiarowym 600 w układzie tłocznym, tzn. że, kanał umieszczony jest na stronie wylotowej wentylatora. W skład stanowiska pomiarowego wchodzi: rurociąg pomiarowy o średnicy 600 mm wraz z otworkami impulsowymi do pomiaru ciśnienia statycznego, zwężka Venturiego o module m = 0,4, urządzenie do dławienia przepływu z automatycznym przesuwem stożka dławiącego. Wewnątrz rurociągu pomiarowego znajduje się prostownica przepływu. Zastosowanie prostownicy eliminuje znacznie zakłócenia pomiaru, ponieważ czynnik opuszczający wentylator jest zawirowany i jego przepływ jest nierównomierny. Program badań obejmował wyznaczenie charakterystyk przepływowych: przyrostu ciśnienia w funkcji wydajności p c = f(v) mocy w funkcji wydajności N = f(v) sprawności w funkcji wydajności η = f(v) oraz bezwymiarowych charakterystyk przepływowych: ψ = f(ϕ), l = f(ϕ), h = f(ϕ) dla różnych kątów ustawienia łopatek wirnika zmodernizowanego nr 3 [10] i oryginalnego. Przy czym wskaźniki bezwymiarowe wentylatora są zdefiniowane następująco: wskaźnik wydajności ϕ: wskaźnik spiętrzenia ψ: wskaźnik mocy l: Na rysunku 6 zamieszczono bezwymiarowe charakterystyki przepływowe wentylatora modelowego z tylnymi łopatkami kierowniczymi dla różnych kątów ustawienia łopatek wirnika zmodernizowanego i wirnika oryginalnego. (6) (7) (8) Rys. 6. Bezwymiarowe charakterystyki przepływowe wentylatora modelowego z tylnymi łopatkami kierowniczymi dla różnych kątów ustawienia łopatek wirnika zmodernizowanego nr 3 [10 ] i wirnika oryginalnego Na podstawie otrzymanych charakterystyk modelowych wentylatora oryginalnego dokonano ich przeliczenia na charakterystyki rzeczywiste za pomocą niżej podanych wzorów: gdzie : V m wydajność wentylatora modelowego, V rz wydajność wentylatora rzeczywistego, n m prędkość obrotowa wentylatora modelowego, n rz prędkość obrotowa wentylatora rzeczywistego, D m średnica wirnika wentylatora modelowego, średnica wirnika wentylatora rzeczywistego D rz gdzie : Dp m spiętrzenie wentylatora modelowego, spiętzrenie wentylatora rzeczywistego, Dp rz (9) (10) E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 583

18 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A gdzie: N m N rz moc wentylatora modelowego, moc wentylatora rzeczywistego. Ponieważ badania modelowe były wykonywane z czynnikiem, którym było powietrze, dlatego w przeliczeniach charakterystyk uwzględniono zmianę gęstości czynnika występującego w generatorze (wodór) oraz jego temperatury, która ma wpływ na spiętrzenie wentylatora: Zmiana gęstości czynnika oraz jego temperatury ma wpływ na moc wentylatora: Moc jest proporcjonalna do stosunku gęstości czynnika, a odwrotnie proporcjonalna do stosunku jego temperatur bezwzględnych. Na rysunku nr 7 przedstawiono charakterystyki pracy wentylatora oryginalnego z tylnymi łopatkami kierowniczymi oraz wentylatora oryginalnego bez łopatek kierowniczych wraz krzywą oporów czynnika chłodzącego. Rys. 7. Porównanie charakterystyki pracy wentylatora oryginalnego z tylnymi łopatkami kierowniczymi oraz wentylatora oryginalnego bez łopatek kierowniczych (11) Sprawność wentylatora rzeczywistego obliczono na podstawie sprawności uzyskanej na podstawie badań modelu korzystając z następujących wzoru Pfleiderera: (12) (13) (14) Na rysunku 8 przedstawiono charakterystyki pracy zmodernizowanego wentylatora zmodernizowanego z tylnymi łopatkami kierowniczymi oraz wentylatora zmodernizowanego bez łopatek kierowniczych [6 8] wraz z krzywą oporów czynnika chłodzącego. Rys. 8. Charakterystyki pracy zmodernizowanego wentylatora z tylnymi łopatkami kierowniczymi oryginalnego i bez łopatek kierowniczych [6,7,8] Porównanie parametrów punktów pracy wentylatora zmodernizowanego z tylnymi łopatkami kierowniczymi z parametrami wentylatora oryginalnego Parametry punktów pracy wentylatora zmodernizowanego z tylnymi łopatkami kierowniczymi oraz wentylatora zmodernizowanego bez łopatek kierowniczych podano w tabeli 1, wyznaczonych na podstawie przeliczonych charakterystyk wentylatora zmodernizowanego [11]. W tabeli 1 podano również parametry punktów pracy wentylatora oryginalnego z tylnymi łopatkami kierowniczymi oraz oryginalnego bez łopatek kierowniczych. Tabela 1 Parametry punktów pracy wentylatora zmodernizowanego z tylnymi łopatkami kierowniczymi oraz zmodernizowanego bez łopatek kierowniczych oraz wentylatora oryginalnego z tylnymi łopatkami kierowniczymi i oryginalnego bez łopatek kierowniczych Typ wirnika Zmodernizowany z tylnymi łopatkami kierowniczymi Zmodernizowany bez tylnych łopatek kierowniczych Oryginalny z tylnymi łopatkami kierowniczymi Oryginalny bez tylnych łopatek kierowniczych Kąt ustawienia łopatki Wydajność wentylatora, m 3 /s Spiętrzenie całkowite wentylatora, Pa α = 36,5 16, α = 36,5 15, α = 45 14, α = 45 13, strona 584

19 Wnioski i uwagi końcowe 1. W artykule opisano założenia projektowe wentylatorów osiowych z tylnymi łopatkami kierowniczymi z wirnikiem zmodernizowanym nr 3 [6 8] oraz wirnikiem oryginalnym. Podano bezwymiarowe charakterystyki przepływowe uzyskane podczas badań wykonanych w skali modelowej dla wirnika zmodernizowanego z tylnymi łopatkami kierowniczymi oraz bez tych łopatek, jak również dla wirnika oryginalnego z tylnymi łopatkami kierowniczymi oraz bez tych łopatek. 2. Zamieszczono rzeczywiste charakterystyki pracy wentylatorów osiowych opisanych powyżej, a przeznaczonych do chłodzenia generatora typu TWW-230 o mocy 230 MW wraz z krzywymi oporów przepływu czynnika chłodzącego, otrzymane na podstawie przeliczeń charakterystyk modelowych na rzeczywiste korzystając z odpowiednich formuł podobieństwa wentylatorów. 3. Wentylator oryginalny z tylnymi łopatkami kierowniczymi osiągnął w punkcie pracy wyższą wydajność w stosunku do wentylatora oryginalnego bez tylnych łopatek kierowniczych. Powyższy wentylator w punkcie pracy uzyskał wyższą wydajność w stosunku do wentylatora oryginalnego (bez tylnych łopatek kierowniczych) o 13 punktów procentowych. 4. Przyrost wydajności w punkcie pracy pomiędzy wentylatorem zmodernizowanym z tylnymi łopatkami kierowniczymi a wentylatorem zmodernizowanym bez tylnych łopatek kierowniczych wynosi 8 punktów procentowych. 5. Wentylator zmodernizowany nr 3 [6 8] z tylnymi łopatkami kierowniczymi dla różnych kątów ustawienia łopatek wirnika osiągnął wyższe wydajności w stosunku do wirnika oryginalnego bez tylnych łopatek kierowniczych. Wentylator zmodernizowany z tylnymi łopatkami kierowniczymi osiągnął w punkcie pracy wyższą wydajność w stosunku do wentylatora oryginalnego o 24 punkty procentowe. Arkadiusz Kulik, Adam Kozakiewicz Energoserwis S.A. LITERATURA [1] Eck B.: Ventilatoren. Springer Verlag, Berlin 1972 [2] Eckert B.: Srężarki osiowe i promieniowe. PWT, Warszawa 1959 [3] Bohl W.: Axialventilatoren. Berechnung und Entwurf von Ventilatoren. [w] Ventilatoren. L. Bommes (J. Fricke) K. Klaes (Hrsg.) Vukan-Verlag, Essen, 1994 [4] Schlender F.: Ventilatoren im Einsatz. VDI Verlag, 1996 [5] Carolus T.: Ventilatoren. Aerodynamischer Entwurf, Konstruktion. B,G, Teubner Verlag, Stuttgart, 2003 [6] Sieradzki S., Prysok E., Otte J., Dziuba J., Adamek J.: Modernizacja wentylatorów do generatorów dużej mocy. XV Konferencja Energoserwis, Ryn 2007 [7] Sieradzki S., Prysok E., Otte J., Dziuba J., Adamek J.: Badania optymalizacyjne osiowych wirników wentylatorów do generatorów dużej mocy. Pol. Śl. VII Międzynarodowa Konferencja: Wentylatory i pompy przemysłowe. Gliwice 2008 [8] Sieradzki S., Prysok E., Otte J., Dziuba J., Adamek J.: Nowa konstrukcja wentylatorów do generatorów dużej mocy. Energetyka 2008, nr 9 [9] Prysok E.: Wykonanie obliczeń aerodynamicznych tylnych łopatek kierowniczych wentylatorów modelowych oryginalnego i zmodernizowanego. Praca niepublikowana (opracowanie wykonane na zlecenie Energoserwis S.A. Lubliniec ), czerwiec 2008 [10] Wiropol Sp. z o.o, Gliwice: Wykonanie badań przepływowych wentylatora modelowego z tylnymi łopatkami kierowniczymi dla generatora TWW-230 MW. Praca niepublikowana ( badanie wyk. na zlecenie Energoserwis S.A. Lubliniec), październik 2007 [11] Prysok E.: Wykonanie obliczeń charakterystyk rzeczywistych wentylatorów modelowych z tylnymi łopatkami kierowniczymi w wersji oryginalnej i zmodernizowanej chłodzącego turbogenerator TWW-230 na podstawie charakterystyk otrzymanych podczas badań modelowych. Praca niepublikowana (opracowanie wykonane na zlecenie Energoserwis S.A. Lubliniec), wrzesień 2008 Rozwój produkcji transformatorów mocy w Energoserwis S.A. w aspekcie stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych W 2009 roku mija 10 lat od wejścia Energoserwisu do grona producentów transformatorów średniej i dużej mocy. Jest to okres, w którym na bazie wieloletnich doświadczeń remontowych i modernizacyjnych dynamicznie rozwijano gałąź produkcyjną Spółki. Zrealizowano inwestycje w stację prób umożliwiające przeprowadzenie pełnego zakresu prób końcowych na jednostkach o coraz większych mocach. Następował rozwój metod projektowania i technologii produkcji transformatorów. Efektem tych działań było wyprodukowanie transformatorów sieciowych, blokowych, autotransformatorów oraz transformatorów specjalnych, piecowych i prostow- nikowych. Następuje również stałe poszerzanie rynku dostaw sięgającego już także poza kraje europejskie. Przegląd wyprodukowanych transformatorów mocy Transformatory sieciowe Transformatory te odzwierciedlają tendencje do kompaktowości urządzeń elektroenergetycznych i zmniejszania wpływu na środowisko naturalne w miejscu ich zainstalowania, q E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A strona 585

20 E N E R G O S E R W I S S A 4 0 L A T E N E R G O S E R W I S S A zwłaszcza w warunkach zabudowy wielkomiejskiej. Dotyczy to obniżenia poziomu emitowanego hałasu i strat, zabudowy transformatorów w komorach oraz sposobu podłączenia do sieci. Różnorodna konfiguracja ich parametrów określona wymaganiami użytkowników wymusza realizację odmiennych wariantów nawet w przypadku jednostek o tej samej mocy znamionowej. Przykładem są transformatory o mocy 25 MVA wyprodukowane przez Energoserwis w pięciu różnych wariantach. Ostatni z nich to nowoczesny transformator o obniżonych stratach obciążeniowych i jałowych (rys. 1). Parametry transformatora w porównaniu z typowym rozwiązaniem jednostki tej mocy zestawiono w tabeli 1. Uzyskanie niskich strat bez zwiększonego zużycia materiałów czynnych i wymiarów gabarytowych w jednostkach sieciowych było trudne konstrukcyjnie. Zdecydowany postęp w tym zakresie uzyskano przez zastosowanie w konstrukcji przewodów transponowanych i blachy laserowanej. Wyprodukowane do tej pory transformatory sieciowe posiadają moce od 10 do 63 MVA i były realizowane zarówno w wykonaniach dwu- i trójuzwojeniowych. Tabela 1 Parametry techniczne nowoczesnego transformatora 25 MVA na tle typowej jednostki tej mocy Parametr transformatora TONRLa 25000/110 TONRLd 25000/110 Moc uzwojeń, MVA Napięcia znamionowe, kv 115±15%(±12st.)//16,5 115±10%(±8st.)//15,75 Grupa połączeń YNd11 YNd11 Napięcie zwarcia, % Straty jałowe, kw Straty obciążeniowe, kw Blacha rdzenia Rodzaj przewodów uzwojeń krajowa zimnowalcowana profilowane laserowana transponowane Układ chłodzenia ONAF ONAF Masa całkowita, t ~43 ~43 Rys.1. Transformator TONRLd 25000/110 podczas prób końcowych Rys. 2. Transformator TONRLb 25000/110 z wyprowadzeniami kablowymi 15,75 kv Autotransformatory sieciowe Odpowiadając na zapotrzebowanie ze strony krajowej energetyki na nowe autotransformatory sieciowe, podyktowane koniecznością wymiany przestarzałych i awaryjnych jednostek typu RTdxP /220, Energoserwis S.A. opracował projekt nowej konstrukcji autotransformatora. Prace nad ostatecznym rozwiązaniem nowej konstrukcji jednostki trwały już na długo przed pozyskaniem właściwego kontraktu, w efekcie czego powstały różne warianty jej realizacji [2]. Wyprodukowany w 2005 roku nowoczesny autotransformator typu ANER3L /220 (rys. 3) pracuje bezawaryjnie w strategicznej podstacji energetycznej zasilającej centrum Warszawy. Jego parametry w porównaniu z licencyjnym autotransformatorem RTDxP /220 przedstawiono w tabeli 2. W związku z wymaganiami BHP klienta jednostka została dodatkowo wyposażona w pomosty zabezpieczające, ułatwiające obsługę transformatora. Energoserwis jest również przygotowany do produkcji innych autotransformatorów sieciowych, o większych mocach i napięciach do 420 kv. Rys. 3. Autotransformator ANER3L /220 strona 586