Юный техник 1980-02, страница 28

меди, электротехнической стали, изоляции. Электромашиностроительному заводу дешевле изготовить одн)' крупную машину, чем две половинной мощности: меньше нужно рабочих, станков, кранов и другого оборудования. Дешевле становятся и сами электростанции — для крупных агрегатов необходима сравнительно небольшая площадь под установку, растет производительность труда строителей, блоки скорее вводят в строй. На мощной электростанции проще и дешевле решать проблему защиты окружающей среды от вредных выбросов. Наконец, самое главное: чем крупнее электрическая машина, тем выше ее коэффициент полезного действия. История все это подтверждает. В 1924 году «Электросила» выпустила первый генератор мощностью 5 МВт. После войны, в 1946 году, был сделан генератор на 100 МВт, в 1961-м — 300 МВт, в 1971-м — 800 МВт, в 1977-м —1200 МВт!

А что же инженер? Он бы рад конструировать сверхмощные электромашины, но... Во-первых, конструктор электромашины по рукам и ногам связан геометрией, ее габаритами. Например, длина активной части ротора не может быть больше 8 м, иначе возникнут недопустимые прогибы его вала. Диаметр ротора также ограничен: 1,2 — 1,3 м, не больше! При частоте вращения ротора в 3 тыс. об/мин линейная скорость точки на его поверхности такая же, как у реактивного самолета! Если еще немножко увеличить диаметр ротора, то даже лучшая, легированная особыми элементами сталь не выдержит — колоссальные центробежные силы разорвут ротор на куски.

Нельзя раздувать размеры машин и по условиям перевозки ее по железной дороге. Увеличивать ради этого высоту виадуков и туннелей, понятно, никто не согласится. Предельные железнодорожные габариты были достигну

ты уже при изготовлении генератора на 300 МВт. Дальше мощности машин росли, а их размеры почти не увеличивались. Чтобы оставить генераторы в предельных габаритах, ученым предстояла труднейшая схватка с теплом.

Каждая, электрическая машина выделяет тепло по известному закону Джоуля — Ленца. Турбогенератор мощностью 800 МВт имеет коэффициент полезного действия около 99%. Потери энергии относительно невелики, но ведь в абсолютных цифрах они огромны — почти 10 МВт! Представьте, что 16 500 электрических плиток мощностью по 600 Вт каждая собраны вместе и греют воздух в одной небольшой комнате... Проводники обмотки генератора имеют изоляцию из синтетических и органических материалов. При значитёльном повышении температуры эти материалы обугливаются и сгорают, происходит короткое замыкание — авария турбогенератора. Ясно, что без надежного охлаждения машина работать не сможет. Потому вся история и практика создания электрических машин — это совершенствование их систем охлаждения, борьба с теплом.

Настоящий воздушный ураган приходилось применять в машинах даже на 100 МВт. Вентилятор прогонял через нее 60 м³ воздуха за секунду! Но для более мощных машин просто воздушного охлаждения было очень и очень мало.

Водород имеет в 7 раз большую теплопроводность, чем воздух. Он в 10 раз менее плотен, поэтому сильно падают потери ротора на трение. В среде водорода медленнее стареет изоляция: кислорода нет, гореть она не может. Но всего на 50 МВт удалось поднять мощность генератора, охлаждая его водородом.

Инженеры решились на своего рода хирургическую операцию. Они вскрыли изоляцию, сделали

28