8663

Рисунок 5.8 – Стальная спиральная турбинная камера

Отсасывающие трубы реактивных турбин. Назначение: отвод воды от рабочего колеса реактивной турбины в нижний бьеф.

Виды: прямоосная (с прямой осью); раструбная; изогнутая.

Основной параметр трубы – длина. При большой длине для вертикальной трубы получается глубокий котлован здания ГЭС (ГАЭС). Для уменьшения глубины применяют изогнутые трубы (5.9).

Кавитация в гидротурбинах. Кавитация (от лат. cavitas — пустота) —

образование в жидкости полостей (пузырьков, или каверн), заполненных паром.

Возникает при разрыве жидкости вращающимся рабочем колесом. Кавитация приводит к разрушению турбины.

Для исключения кавитации отметка рабочего колеса РК должна быть:

РК≤УНБмин+Нs, (5.1)

где УНБмин – минимальный УНБ; Нs – высота отсасывания;

31

10 – нормальное атмосферное давление в м; ▼ – абсолютная отметка рабочего

колеса; Ϭт –коэффициент кавитации; Н – напор ГЭС.

Рисунок 5.9 – Изогнутая отсасывающая труба для вертикальной турбины

Управление гидротурбинами. Задачи управления: пуск турбины в рабо-

ту; остановка агрегата; поддержание синхронной частоты вращения; выдача требуемой мощности; выдача мощности в соответствие с имеющимися на ГЭС расходом и напором; защита агрегата а случае аварии.

5.3.2. Гидрогенераторы ГЭС

Назначение: производство электроэнергии за счет механической энергии

гидротурбины.

32

Принцип действия: за счет взаимодействия электромагнитных полей статора и ротора возникает ЭДС. Взаимодействие обеспечивается вращением ротора внутри статора. Взаимодействие называют электромагнитной индукци-

ей.

Гидрогенераторы производят переменный ток – ток, который меняет направление перемещения электронов. Изменение направления происходит с постоянной частотой. В РФ – 50 Гц. Для постоянства частоты тока частота вращения ротора должна быть также постоянной. Отсюда следует, что и часто-

та вращения рабочего колеса турбины должна быть постоянной, так называе-

мой синхронной частотой.

Конструкция гидрогенератора. Конструкция вертикальных гидрогене-

раторов показана на рис. 5.10. Основное отличие представленных вариантов за-

ключается в расположении опоры ротора генератора – так называемого подпят-

ника: у подвесного генератора подпятник выше ротора, у зонтичного – ниже ротора в нижней крестовине или на крышке турбины.

а)

б)

в)

Рисунок 5.10 – Схемы конструкций вертикальных гидрогенераторов:

а) подвесной; б) зонтичный; в) с опорой на крышку турбины; обозначения даны на рис. 5.1

Охлаждение гидрогенераторов. Вследствие протекания по обмоткам

(проводам) генератора большой силы тока, генератор нагревается. Тепло отво-

дят путем охлаждения: через генератор проходит воздух, который нагревается от генератора; затем воздух проходит через охладители и отдает им тепло; че-

33

рез охладители прокачивается вода (из реки, но очищенная), которая оконча-

тельно отводит тепло.

34

5.3.3. Вспомогательное технологическое оборудование ГЭС

Система осушения проточной части гидроагрегата. Осушение необхо-

димо для осмотра и ремонта турбинных камер, рабочих колес, отсасывающих труб и др. Часть воды (выше УНБ) сливается самотеком, остальная должна уда-

ляться принудительно. Длительность удаления должна быть не более 4-8 ч.

Кроме того, должна удаляться профильтровавшаяся вода (непрерывно). Для крупных агрегатов удаление воды выполняется сливом её в специальную ем-

кость, из которой вода откачивается по мере заполнения ёмкости.

Масляное хозяйство предназначено для приемки свежего масла, хране-

ния его, хранения отработанного масла.

Используются 2 сорта масла: турбинное (для смазки); изоляционное (транс-

форматорное). Смешивание недопустимо. Сорта хранятся в разных емкостях.

Пневматическое хозяйство. Сжатый воздух используется для торможе-

ния генератора, отжатия воды из камеры рабочего колеса, для пневматического инструмента, а также для поддержания полыньи у водоприемников и затворов.

Для создания запаса сжатого воздуха устанавливают компрессоры. Сжатый воздух хранится в ресиверах (сосудах).

Техническая вода используется для охлаждения генераторов, больших компрессоров, трансформаторов. Вода забирается насосами из нижнего бьефа,

очищается фильтрами. Вода используется также для пожаротушения.

5.4. Электрическое оборудование ГЭС

Электрическая схема ГЭС состоит из: системы низкого (генераторного)

напряжения (СНН); системы высокого напряжения (напряжения ЛЭП)(СВН);

системы собственных нужд (ССН): для освещения, системы регулирования,

двигателей насосов, компрессоров, для системы пожаротушения, вентиляции,

кондиционирования воздуха.

СНН и ССН размещаются внутри здания ГЭС, СВН – вне здания, на от-

крытом распределительном устройстве (ОРУ).

35

Передача электроэнергии осуществляется на большие расстояния, так как обычно потребители находятся достаточно далеко от источников электро-

энергии – электростанций. Передача производится по воздушным (ВЛ) линиям

– ЛЭП. Достаточно редко передача осуществляется кабельными (КЛ) линиям,

под землей, так как такая передача дорога. Передача производится по ЛЭП на высоком напряжении (110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ). Чем больше расстояние передачи, тем выше принимается напряжение. Для повышения напряжения применяются повышающие трансформаторы.

5.5. Механическое оборудование ГЭС

Ремонтные затворы – предназначены для ремонта и осмотра элементов проточного тракта турбин, а также других затворов. Опускают и поднимают в неподвижной воде. Ремонтные затворы – 1 комплект затворов на 3-4 турбины.

Ремонтные затворы устанавливают со стороны верхнего и нижнего бьефов.

Аварийные затворы применяются – для быстрого перекрытия воды, по-

ступающей на турбину. Опускаются в движущейся воде, т. е. при наличии тре-

ния между затвором и пазами. Поэтому они должны иметь большой вес или опускаться принудительно. Принудительно – с помощью гидроподъемников.

Эти затворы расположены в каждой турбине.

Аварийно-ремонтные затворы объединяют функции двух первых.

Сороудерживающие решетки предназначены для задержания предме-

тов, находящихся в глубине воды. Задерживаются только те предметы, размеры которых могут повредить турбине.

Решетки представляют систему вертикальных стержней (стальных по-

лос), закрепленных на раме. Расстояние между стержнями решетки принимают не более D1/20 для поворотно-лопастных, D1/30 – для радиально-осевых турбин

(D1 – диаметр рабочего колеса).

Для предотвращения обмерзания через решетку пропускают электроток небольшой силы (электрообогрев).

36

5.6. Подъемно-транспортное оборудование

Это оборудование бывает стационарным и нестационарным.

Стационарное – это то, которое перемещает груз только вертикально: ле-

бедки, гидроподъемники.

Нестационарные, перемещающие и груз, и перемещающиеся сами – подъемные краны: козловые, мостовые и др.

В зданиях ГЭС чаще применяют мостовые краны (рис. 5.11).

Рисунок 5.11 – Схема мостового крана

37

6. ВОДОПРИЕМНИКИ ГЭС

Водоприемник − часть водозаборного сооружения, служащая для непо-

средственного приема воды из водного объекта.

Виды: напорные – при больших колебаниях УВБ; безнапорные – при не-

больших колебаниях УВБ. Типы (по расположению): плотинные, береговые,

башенные.

Рисунок 6.1 – Напорный водоприемник руслового здания ГЭС:

1 – входное отверстие в турбинную камеру; 2 – турбинная камера; 3 – рабочее колесо; 4 – гидрогенератор; 5 – отсасывающая труба; 6 – распределительное устройство; 7 - трансформатор; 8 – козловой кран ремонтного затвора; 9 – мостовой кран; 10 отверстие донного водосброса

38

Рисунок 6.2 – Напорный плотинный водоприемник

39

7. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ВОДОВОДЫ. СООРУЖЕНИЯ НА ВОДОВОДАХ

Различают напорные и безнапорные водоводы: напорные – не имеющие свободную поверхность воды и безнапорные − таковую имеющие.

Напорные – трубопроводы, напорные тоннели. Безнапорные – лотки, тру-

бопроводы, безнапорные тоннели, каналы.

По назначению различают: деривационные водоводы, турбинные водово-

ды.

7.1. Деривационные водоводы

Деривация (деривационные водоводы) - совокупность сооружений, осу-

ществляющих отвод воды из естественного русла или водохранилища с целью создания сосредоточенного перепада уровней воды.

Выполняются безнапорными и напорными. Безнапорные водоводы при-

меняются при незначительных изменениях УВБ и благоприятных топографиче-

ских и геологических условиях по трассе (относительно ровной, слабопересе-

ченной местности), позволяющих их выполнять на отметках, близких к уров-

ням верхнего бьефа. Безнапорные водоводы обеспечивают подвод воды к напорному бассейну, из которого вода подается в турбинные напорные водово-

ды.

Напорные водоводы применяются при значительных колебаниях УВБ;

они располагаются ниже минимального уровня водохранилища.

Канал − водовод незамкнутого поперечного сечения в виде искусствен-

ного русла в грунтовой выемке и/или насыпи (рис. 7.1).

40