Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ

Гидрогенератор обычно имеет общий вал с гидравлической турбиной. Гидрогенератор преобразует механическую энергию гидравлической турбины в электрическую энергию. На гидроэлектростанциях СССР, как правило, применяются трехфазные синхронные генераторы. Гидрогенератор состоит из ротора с полюсной системой и статора с равномерно распределенной стержневой обмоткой. При вращении ротора создаваемое полюсами магнитное поле пересекает стержни обмотки статора, в которой наводится электродвижущая сила. При включении гидрогенератора в электрическую сеть с потребителями энергии по обмотке статора будет протекать ток, создавая электрическую нагрузку генератора.

Гидрогенераторы с частотой вращения до 100 об/мин считаются обычно тихоходными, от 100 до 200 об/мин — средней скорости, свыше 200 об/мин — быстроходными.

Тихоходные и средней скорости генераторы выполняются почти всегда вертикальными, что определяется оптимальной компоновкой агрегата низконапорных и средненапорных ГЭС. Быстроходные генераторы высоконапорных установок выпускаются как вертикальными, так и горизонтальными.. Капсульные генераторы, размещаемые в капсуле, омываемой водой прямоосного проточного тракта гидротурбины,— это машины с горизонтальным валом.

В СССР тип генератора характеризуется маркой, например: СВ "250" — 48- Здесь СВ обозначает синхронный вертикальный; 1130 — внешний диаметр активной стали статора в см; 250—(высота) длина активной стали статора в см; 48 = 2 р — число полюсов.

При маркировке гидрогенераторов применяются также следующие обозначения:

В ГС — вертикальный генератор, синхронный;
СВФ — синхронный вертикальный с форсированной системой охлаждения;
СВО — синхронный вертикальный обратимый;
СГК — синхронный горизонтальный капсульный.

Основные электрические параметры гидрогенераторов: S — полная мощность, кВ A, MB-A; Nrs активная мощность, кВт, МВт; Q — реактивная мощность, квар, Мвар (здесь вар — единица измерения реактивной мощности); cos ср — коэффициент мощности; U — напряжение, В, кВ.

В СССР напряжения генераторов стандартизированы, они на 5 % выше номинальных напряжений электрических сетей. По шкале ГОСТ они равны 3,15; 6,3; 10,5 и 21 кВ. Для генераторов мощностью 50 МВт и выше для блочных схем дополнительно допускаются напряжения 13,8; 15,75; 18 и 20 кВ. Для сверхмощных машин могут быть и более высокие напряжения; ц — КПД, равный 95—98,5 %; п — частота вращения, об/мин.

Полная мощность в кВ А определяется по мощности гидротурбины N? в кВт: и связана с силой тока и напряжением формулой мощности трехфазной цепи


Полная, активная и реактивная мощности связаны между собой соотношениями:

Обычно значение cos ф равно 0,8. С целью уменьшения габаритов и массы для крупных машин cos ф принимается равным 0,85 и даже 0,9—0,95. У зарубежных гидрогенераторов cos ф доходит до 0,97. Для капсульных машин cos ср = 0,98—1. Активная мощность Мен при расчетном cos ф считается номинальной мощностью гидроагрегата Na = NrsH = = А/тгген- При числе агрегатов ,г установленная мощность ГЭС Nr = zN&.

Механические параметры

Маховый момент, характеризующий инерцию вращающихся масс — mDl, где т — масса вращающихся частей агрегата, диаметр инерции массы ротора относительно оси вращения, м. Маховыми моментами вала и рабочего колеса турбины, ввиду их малости, часто пренебрегают.



Маховый момент гидрогенератора в т-м2 может быть определен по электрическим параметрам генератора по формуле:

Приближенно принимают диаметр инерции Dm равным диаметру расточки статора.

Постоянная инерции генератора


Постоянная инерции генератора равна времени, в течение которого ротор разворачивается от состояния покоя до номинальной частоты вращения, в результате воздействия приложенного со стороны сети электрического момента вращения, соответствующего активной мощности, численно равной полной мощности генератора S в кВ-А.


Постоянную инерции также можно представить как время, остановки агрегата после мгновенного прекращения подачи воды на. рабочее колесо турбины, при подключенной электрической мощности потребителя, равной номинальной мощности генератора Аген в кВт при cos ф = 1. При этом NreH = S.

Гидрогенераторы выполняются преимущественно с вертикальным нало.м. Вертикальные гидрогенераторы бывают подвесного типа — с подпятником (пятой) над генератором — или зонтичного типа — с пятой под генератором. У зонтичных гидрогенераторов подпятник опирается или на крестовину под генератором, или на крышку турбины (рис. Ю-l).

Подпятник — очень ответственный элемент гидрогенератора, через подпятник передается усилие от веса вращающихся частей агрегата (ротора генератора, вала, рабочего колеса гидротурбины) и реакции воды проточной части на строительные конструкции агрегатного блока здания ГЭС.

Нагрузка на подпятник генератора Братской ГЭС 16 МН (16Штс)~; Красноярской ГЭС 26 МН (2600 тс); Саяно-Шушенской ГЭС 32 МН (3200 тс).


Наибольшее распространение получили сегментные подпятники. Связанный со втулкой, укрепленной на валу агрегата, вращающийся диск (зеркала) передает нагрузку на неподвижные сегменты подпятника. Трущиеся поверхности располагаются в масляной ванне подпятника.

Перед пуском агрегата и после длительной остановки (несколько суток) рекомендуется приподнять ротор на тормозах-домкратах для смазки трущихся поверхностей пяты, а также специальным насосом подавать масло под давлением на эти поверхности.

Внутри масляной ванны подпятника располагаются маслоохлаждающие теплообменники-радиаторы, внутри которых протекает охлаждающая вода.

В конструкциях отечественных гидрогенераторов также применяются сегментные направляющие подшипники с самоустанавдивающимися сегментами.

У подвесного гидрогенератора подпятник, располагаемый над ротором, опирается на верхнюю крестовину (рис. 10-2 а и 10-2 б).

Для не очень крупных машин подвесное исполнение предпочтительнее, так как обладает большей механической устойчивостью. Подпятник и верхние части машины более доступны для обслуживания. Однако, будучи грузонесущей, верхняя крестовина, передающая нагрузку на корпус статора, для большого диаметра генератора получается очень громоздкой и тяжелой. Высота генератора больше чем у зонтичного типа.

В машинах зонтичного типа при установке пяты на нижней крестовине (рис. 10-3 а), эта грузонесущая крестовина имеет меньшие размеры и массу, так как устанавливается в шахте турбины, диаметр которой меньше диаметра статора генератора, высота над ротором резко сокращена, что позволяет понизить верхнее строение здания ГЭС. Ондако для ремонта подпятника трудно использовать кран машинного зала.


При опоре на крышку турбины (см. рис. 8-19) нижняя крестовина получается намного легче, поскольку она нужна только для размещения подшипника. Если промежуточный подшипник конструкцией не предусмотрен, и тормоза опираются на бетон шахты, то нижняя крестовина отсутствует (рис. 10-3 6). Взамен крестовины предусматривается только торцовый щит. При облегченной крестовине или без нее длина вала уменьшается, получается значительная экономия в металлоемкости машины.

Выбор типа гидрогенератора ориентировочно определяется по сле-дующим условиям;

1) Если диаметр DiClO м принимается подвесной тип, если Di>10 м — зонтичный тип.
2) В зависимости от частоты вращения: при п 150 об/мин рекомендуется подвесной тип, при n=sC75 об/мин — зонтичный.
3) От отношения главных размеров: если >015— предпочтительнее подвесной тип, при 0,15— зонтичный тип

При равнозначных условиях в результате проектных проработок заводом производится более глубокое технико-экономическое сравнение вариантов конструкций машин.

Гидрогенератор состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — это неподвижная часть, располагаемая в виде кольца в полу машинного зала агрегатного блока ГЭС. Ротор — вращающаяся часть, располагаемая внутри статора и сопрягаемая с валом гидротурбины.

Те части конструкции генератора, которые служат для процесса выработки электрической энергии, а именно:, обод ротора, полюсная система, сердечник статора с обмоткой, это активные части конструкции. Остальные части, служащие для крепления, поддержания активных частей и установки всей конструкции, это конструктивные части.


К конструктивным частям относятся: корпус статора (рис, 10-2 а, поз. 8) —стальная конструкция, сваренная из вырезок толстолистового проката. Корпус статора состоит из наружной обшивки, нескольких рядов горизонтальных полок и верхнего и нижнего поясов, связанных между собой распорными угольниками и ребрами жесткости. Корпус служит для крепления в нем : сердечника статора с обмоткой.

К полкам корпуса с внутренней стороны прикрепляются вертикальные полосы-клинья, сечением формы ласточкина хвоста. На эти клинья набирают (шихтуют) листы активной стали статора — сегменты толщиной 0,5 мм. Эти листы в-сборе создают сердечник статора. Каждый лист-сегмент шихтованного сердечника имеет лаковую пленку толщиной 0,05 мм, создающую хорошую изоляцию между листами, что препятствует протеканию вихревых токов и предохраняет листы от коррозии. Число сегментов, например, генератора Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС-—200 тыс. штук. Сборка сегментов крупных генераторов производится на монтажной площадке ГЭС.


Если диаметр корпуса статора превышает 5 м, то по транспортным условиям он выполняется разъемным, состоящим из двух, четырех или шести частей. Для соединения частей между собой предусматриваются стыковочные плиты и стяжные шпильки.

С внешней стороны корпуса, напротив окон в обшивке статора, устанавливаются воздухоохладители (рис. 10-3 а, поз. 9).

С внутренней стороны сердечника по всей его окружности в сегментах статора предусмотрены пазы для укладки в них катушечной или стержневой обмотки, обычно двухслойной. Обмотки крепятся клиньями из изоляционного материала — гетииакса, текстолита или стеклотекстолита.

Верхняя и нижняя крестовины гидрогенератора (рис. 10-3 а, поз. 6 и 10) служат в основном для установки в них направляющих подшипников и подпятника. Крестовины несут в себе перекрытия, игра-ющие роль торцевых щитов, замыкающих внутреннее пространство ге-нераторов.

В зависимости от размеров установки и передаваемой нагрузки крестовины выполняют мостовыми, с двумя или четырьмя балками таврового сечения, и лучевыми, с объемными радиально расположенными лапами (паук).

Фундаментом вертикального гидрогенератора является верхняя часть шахты турбины. В монолитной конструкции фундамента предусматриваются: опоры статора, нижней крестовины, тормозов. Корпус статора крепится к фундаменту закладными болтами-шпильками. Опора статора выполняется либо сплошной, либо в виде отдельных колоны.


Бетонный цилиндр-стакан, окружающий статор (реже кольцевой кожух из металлических листов), служит -наружной стенкой кольцевого канала воздухоохладителей. В верхней части этого цилиндра размещены основания распорных домкратов верхней крестовины (рис. 10-3 а, поз. 15).

Ротор гидрогенератора состоит из вала, остова и обода с полюсной системой.

Грубообработанная поковка вала с просверленным по оси сквозным центральным отверстием окончательно обрабатывается на элек-тромашиностроительном заводе. Нижним фланцем вал примыкает к турбинному валу. Самые мощные зонтичные гидрогенераторы изготав- ливаготся с единым валом для турбины и генератора. Средняя часть вала предназначена для посадки втулки ротора.

Остов ротора может быть дисковым (у быстроходных машин) и спицевым. По окружности спиц располагается обод ротора. Обод небольших машин выполняется литым или дисковым, у машин большой мощности (диаметр ротора свыше 4 м) —обод сегментный. Шихтовка обода ротора крупных машин и навеска полюсов производятся на монтажной площадке ГЭС при вертикальной установке остова (вала) на роторной тумбе или в роторной яме.

Генераторы Братской ГЭС мощностью 264,7 MB А на 125 об/мин, при Dj = 11 м и lt/Di = 0,227 выполнены подвесными (рис. 10-2); для генераторов Красноярской ГЭС мощностью 590 MB-А, при п = 93,8 об/мин, г=16,1 м, lt/Di = 0,108 — принят зонтичный тип.

Горизонтальные генераторы высоконапорных станций сопрягаются с горизонтальным валом гидротурбины. Горизонтальный вал агрегата вращается в направляющих подшипниках, которые опираются на фундаменты в полу машинного зала ГЭС.

Конструкция горизонтального генератора показана на рис. 10-4.

Капсульные генераторы монтируются внутри капсулы, расположенной в водотоке. Для уменьшения габаритов генераторов их напряженке принимается пониженным — 3,15 кВ у гнераторов до 20 МВт и 6,3 кВ — у генераторов 50 МВт. Коэффициент мощности cos ср = 0,98—1, т. е. назначается повышенным. Разрез конструкции капсульного агрегата см. на рис. 8-22.

При малом маховом моменте капсульного агрегата инерционная постоянная близка к 1 с, следовательно, необходимы специальные электротехнические устройства для обеспечения устойчивости параллельной работы таких агрегатов в энергосистеме.

Для уменьшения габаритов электромашины иногда ее вал сопрягается с валом турбины через мультипликатор, увеличивающий частоту вращения генератора, однако при этом КПД агрегата снижается на 1—2 % .

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики