Назначение и основные схемы сороудерживающих решеток.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 26Следующая ⇒

2.10 Компоновка гидроагрегатов

На гидроэлектростанциях устанавливаются гидротурбины разных систем, количество и размеры, устанавливаемых на каждой станции турбины зависят от установленной мощности ГЭС и расчетного напора. Тот или другой вид компоновки гидроагрегата зависит от принятого типа сооружения, от типа турбины, которая определяется величиной действующего напора, от размера, который определяет заданную мощность, от частоты вращения и типа генератора, а также от некоторых других факторов. Для разного их соотношения стараются найти оптимальную компоновку гидроагрегатов, которые дадут возможность более экономического решения не только для самого гидроагрегата, но и для здания ГЭС в целом.

    Существуют четыре варианта компоновки расположения подпятника вертикальных гидроагрегатов:

1. Гидроагрегат с тремя подшипниками и генератором подвесного типа. В этой схеме подпятник 1 верхний подшипник расположен над генератором на верхней половине крестовины. Нагрузка от подпятника передается через крестовину 4 на статор 3 и дальше через бетон блока и статор 5 на фундамент установки. В связи с тем, что в этой схеме подпятник располагается над генератором, последний как бы "подвешенный" к верхний крестовины. Такие компоновки получили название – агрегат с подвесным генератором. Между валами турбины и генератором устанавливается промежуточный вал. Таки схемы имели в прошлом большое распространение, сейчас их применяют редко.

2. Гидроагрегат с двумя подшипниками и генератором зонтичного типа. При этой компоновке подпятник и подшипник 1 располагаются на нижней крестовине 4. Нагрузка от подпятника передается через бетонную шахту на статор турбины 5 и фундамент установки. В сравнении с первой компоновкой эта имеет меньшую высоту, при ней отсутствует несущая верхняя крестовина. Нижняя крестовина размещаема в шахте турбины, может быть выполненная меньших размеров, чем верхняя. При такой компоновке промежуточный вал по обыкновению отсутствует. Зонтичными такие генераторы названы потому, что их вес, как и в зонтике, передается на конструкции, расположенные под ротором.

3. Гидроагрегат с двумя подшипниками. генератором зонтичного типа и опорой пяты на крышке турбины. При этой компоновке верхний подшипник агрегата устанавливается на верхней крестовине 2, а подпятник 1 опирается на коническую опору крышки турбины 6, которая монтируется на статоре турбины 5. Нагрузка от подпятника передается через эти детали фундамента установки. Вал турбины и генератора выполняется единым. Такая компоновка гидроагрегата получила в настоящее время широкое применение.

Достоинством ее являются минимальные осевые размеры агрегата. Однако использование такой схемы ограничивается условиями ее обслуживания при эксплуатации, трудностями осуществления проходов к узлам турбины в ее шахте. Поэтому при небольших размерах диаметра рабочего колеса (D  5.0 м) осуществление такой конструкции затруднено.

3. Гидрогенераторы.

Гидрогенератор - это трехфазная синхронная, электрическая машина переменного тока, предназначенная для преобразования механической энергии от присоединенной к нему гидротурбины в электрическую.

Гидрогенератор является составной частью единого энергетического агрегата гидростанции, в котором узлы и отдельно детали генератора и турбины конструктивно и технологически взаимосвязаны.

По конструктивным схемам гидрогенераторы делятся на вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальные гидрогенераторы применяются в компоновке с горизонтальными турбинами небольшой мощности, с горизонтальными ковшовыми турбинами, в составе горизонтального капсульного гидроагрегатами.

На большинстве современных ГЭС средней и большой мощности применяются вертикальные гидрогенераторы в компановке с поворотно-лопастными и радиально-осевыми турбинами, которая позволяет уменьшить размеры машинного зала.

Основными элементами гидрогенераторов, является ротор и статор.

Ротор состоит из ступицы, насаженной на вал, остова и обода, на котором укреплены полюса.

Каждый полюс – это электромагнит, который состоит из сердечника и обмотки. Он создает магнитное поле, которое, вращаясь, пересекает обмотки статора и проводит в них ток. Кроме этого он выполняет еще такие функции: действует как вентилятор для охлаждения генератора, действует как маховик, для стабильной работы генератора. Крепится полюс к ободу с помощью хвостовика, который вдевается в паз обода и затягивается клиньями.

Ободы гидрогенераторов собираются со стальных сегментов, штампованных из листовой стали толщиной 3  4 мм.

Общее число полюсов должно быть парным.

Статор гидрогенератора состоит из сердечника, обмотки и корпуса, в котором крепится сердечник. Опорные конструкции ротора генератора состоят из двух видов подшипников: радиальных, воспринимающих нагрузки, направленные перпендикулярно к оси вала (они по обыкновению называются направляющими) и упорного - подпятника, воспринимающего нагрузки, направленные вдоль оси. 

Подпятник воспринимает вес всех вращающихся частей генератора (ротор, вал), кроме того, и осевые усилия, которые возникают в турбине (вес рабочего колеса и гидродинамическую нагрузку на него). Эти нагрузки достигают 1500  2500 тонн. Поэтому данный узел является чрезвычайно ответственным. Для надежной и долговечной его работы необходимо обеспечить минимальные потери трения, которые превращаются в тепло, и равномерное распределение нагрузки, переданной с вращающейся части на недвижимую.

Подпятник состоит из втулки, посаженной на вал, и прикрепленного к ней стального диска нижняя поверхность которого обработана очень тщательно ("зеркало"). Недвижимыми частями служат сегменты, лежащие на опорных болтах, передающих нагрузки на несущую конструкцию. Верхняя поверхность сегментов, по которой скользит диск, покрыта пластом баббита (антифрикционный сплав олова, свинца) или композиционным материалом с фторопласта и других материалов.

Долговечность и надежность подпятника обеспечивается отсутствием контакта (сухого трения) между поверхностью вращающегося диска и сегментов. Это достигается тем, что подпятник помещен в масляную ванную, и движением диска масло захватывается в зазор между трущимися поверхностями и создается так называемый масляный клин с повышенным давлением, который способен поднять вращающиеся части агрегата, на толщину масляной пленки (50-100 мкм). Это уменьшает коэффициент трения и создает хорошее охлаждение поверхностей. Площадь сегментов выбирается такой, чтобы средняя давление на сегментах не превышает 40-60 кгс/см  .

Во время пуска агрегата, когда масляная пленка отсутствует, и при остановке, когда скорость снижается, подпятник работает в тяжелых условиях. С целью уменьшения времени работы со сниженной скоростью при остановках гидрогенераторы обеспечены тормозами. Для этого к ободу ротора крепится тормозной диск, а на опорной конструкции пневматические тормоза. Обычно торможение начинается, когда скорость вращения снизится более чем на 50% от нормальной. Эти же тормоза используют как домкраты, которые позволяют отвести на 30-40 мм., вращающиеся части, что достаточно, в случае необходимости, для обзора или ремонта сегментов.

Чтобы не допускать чрезмерного повышения температуры масла в масляных ваннах, устанавливаются водные охладители.

Вертикальные гидрогенераторы в зависимости от расположения подпятника относительно ротора подразделяются на два основных типа: если подпятник располагается выше ротора, тогда он называется подвесным, если ниже ротора - тогда называется зонтичным.

В подвесных генераторах осевая нагрузка передается через верхнюю крестовину на корпус статора, который опирается на бетонную конструкцию.

В зонтичных генераторах подпятник может опираться на нижнюю крестовину, а в современных агрегатах по обыкновению нагрузка передается на крышку турбины. Это позволяет снизить вес и стоимость генератора за счет облегчения крестовины. Однако, при этом необходимо проектировать более мощную крышку турбины.

При расположении опоры подпятника на крышке турбины, вместо нижней крестовины, необходимость установки в генераторе нижнего направляющего подшипника отпадает, его функции отходят к турбинному направляющему подшипнику.

Такая компоновка позволяет отказаться от отдельного вала генератора, ротор генератора присоединяется непосредственно к валу турбины. Гидроагрегат при этом имеет два направляющих подшипника: нижний - на валу турбины и верхний - на верхней крестовине генератора.

Охлаждение гидрогенераторов

Для отвода тепла, которое выделяется в генераторе, по обыкновению применяют воздушное охлаждение, так называемая замкнутая система охлаждения, которое работает при постоянном объеме воздуха. Нагретый воздух, который выкидывается из корпуса статора, проходит через водные трубчатые охладители и снова возвращается к ротору генератора. Воздух движется от центра к периферии за счет действия ротора, который вращается, и специальных вентиляционных лопаток, укрепленных на ободе. Иногда применяют и непосредственно (водное охлаждение).

                                         Система возбуждения

Питание постоянным током обмоток ротора, которые создают магнитное поле, осуществляется системой возбуждения гидрогенератора; мощность возбуждения для крупных гидрогенераторов составляет 0.5-1% полной их мощности.    

Применяется прямое машинное возбуждение с непосредственным поводом от вала генератора.

В этой системе выше за ротор генератора устанавливается генератор постоянного тока - возбудитель, якорь которого соединен с валом гидрогенератора. Применяется косвенное возбуждение. При этом, отдельно устанавливается асинхронный двигатель и генератор постоянного тока. Но для этого необходимое наличие электроэнергии. Применяется и система ионного возбуждения, которая состоит из ртутных выпрямителей.

                                  Параметры гидрогенератора.

Основные параметры гидрогенераторов включают: величину номинальной мощности Р, кВт; коэффициент мощности ; напряжение на выводах U, кВт; частоту вращения n, об/мин.

Активная мощность генератора:

Гидрогенераторы по обыкновению имеют номинальное напряжение 3,6,10 или 15кВт.

Частота вращения генераторов равняется синхронной, которая при частоте тока f=50 Гц равняется :

р – число пар полюсов

4. Сороудерживающие решетки

Для предотвращения от попадания мусор в турбину и плавающих, способных нарушить нормальную эксплуатацию агрегата, в водоприемных сооружениях на пути движения воды устанавливают сороудерживающие решетки. Более всего на гидроэлектростанциях применяют решетки, выполненные из металлических стрежней или в виде металлической сетки (очень  редко).

При проектировании решеток учитывают следующие основные факторы: их расположение относительно уровня верхнего бьефа; местоположение в составе водоприемных сооружений; положение относительно направления движения потока при входе в водоприемные отверстия; скорость потока в створе; ожидаемая степень засорения и возможность их обмерзания; применение тех или других эффективных средств для очистки. Решетки должны быть спроектированы так, чтобы при экономически целесообразных затратах на изготовление они обеспечивали в процессе эксплуатации наряду с надежной защитой турбин от мусора и плавающих тел наименьшие потери. Для уменьшения потерь разные элементы решеток проектируют обтекаемой формы и устанавливают с учетом направления движения потока.

При относительно незначительном углублении напорных водоприемных отверстий под уровень верхнего бьефа или поверхностных безнапорных водоприемниках по обыкновению устанавливают плоские стержневые решетки, которые размещаются в специальных пазах.

В водоприемниках главных узлов деривационный ГЭС решетки устанавливают в створе перед бычками водоприемника. В большинстве случаев решетки делают съемными; их обслуживание (перенесение и установка в пазы) осуществляется кранами водоприемных сооружений. Поэтому при больших размерах отверстий, для удобства перенесения и установки решетки изготовляют из отдельных секций. Каждая секция решетки состоит из конструкции, в которой закреплены металлические стрежни, расположенные на некотором расстоянии друг от друга. Просвет между стрежнями решеток рекомендуется принимать такими, чтобы мусор, прошедший сквозь решетки, не застревал в направляющем аппарате или сопле турбины. В зависимости от типа и размеров турбин величины просветов между стрежнями решеток принимаются самыми большими из тех, которые допускаются: для поворотно-лопастных и пропеллерных турбин от 5 до 15-20см; для радиально-осевых и диагональных турбин от 3 до 10-15см; для ковшовых турбин от 2 до 6-7см.

В зависимости от схемы водоприемника и условий эксплуатации сороудерживающие решетки могут устанавливаться вертикально или наклонно.

При проектировании решеток безнапорных и неглубоких напорных водоприемников нужно учитывать обмерзание решеток при переохлаждении воды, наличия в воде льда и шуги. Основным и более надежным средством предотвращения обмерзания решеток является их обогрев, для этого стрежни решеток изготовляются полой формы, для пропуска горячего воздуха или воды. Бывает и электрообогрев, но со значительными потерями электроэнергии.

При конструировании решеток добиваются снижения гидравлических потерь, за счет изготовления стрежней обтекаемой формы.

Потери на решетках  зависят от формы стрежней, который учитывается коэффициентом потерь , замусоренности решеток К и скорости воды перед решетками:

Поскольку потери зависят от скорости воды, то необходимо выбрать оптимальную скорость в решетках. По обыкновению скорость ограничивается величиной V=0.8  1.2 м/с для слабо засоренных решеток, и V=0.3  0.4 м/с для заглубленных решеток, которые не очищаются.

При больших скоростях взвешенный в воде мусор, подходя к решетке, остается на ней, создавая быстро возрастающее засорение, а при малых скоростях мусор постепенно всплывает или тонет.

Механизмы для очистки решеток. В зависимости от характера засорения (бревна, сучья, торф и т.д.) для очищения решеток применяются разные очистительные машины и механизмы: механические грабли, ковши, специальные тралы. Оборудование для очищения решеток по обыкновению прикрепляется к тросам кранов, обслуживающих водоприемник ГЭС, или устанавливается на специальных (решеткоочистных) машинах, передвигающихся вдоль фронта решеток.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии