4.5.2. Гидрогенераторы

Гидравлическим генератором называется машина, преобразующая механическую энергию вращения гидротурбины в электрическую энергию.

Эти машины приводятся во вращение, как правило, сравнительно тихоходными гидравлическими турбинами, частота вращения которых составляет 50–500 об/мин. Поэтому гидрогенераторы выполняют с большим числом полюсов и явнополюсными роторами. Диаметр ротора достигает у мощных машин 16 м при длине 1,75 м (в генераторах мощностью 590–640 МВА), т.е. для таких генераторов отношение длины к диаметру составляет 0,11–0,20.

Гидрогенераторы мощностью свыше нескольких десятков МВА выполняют с вертикальным расположением вала. Гидрогенераторы с меньшей мощностью выполняют обычно с горизонтальным расположением вала.

В верхней части гидрогенератора на одном с ним валу обычно устанавливают вспомогательные машины – возбудитель генератора с подвозбудителем и дополнительный синхронный генератор, предназначенный для питания электродвигателей автоматического регулятора турбины.

В конструкции гидрогенераторов с вертикальным расположением вала весьма ответственной частью является упорный подшипник (подпятник), который воспринимает массу роторов генератора и турбины, давление воды на лопасти турбины, а также динамические усилия. Подпятник состоит из вращающегося диска (пяты), укрепленного на роторе, который посредством ряда сегментов (сухарей) опирается на стальной диск, установленный в корпусе подпятника. Сегменты покрывают слоем антифрикционного сплава (баббита), а корпус заполняют маслом, которое создает жидкостное трение в подпятнике и служит охлаждающей средой, обеспечивающей отвод образующейся теплоты к водяному маслоохладителю.

В зависимости от расположения подпятника гидрогенераторы подразделяют на подвесные и зонтичные (рис. 4.8).

В подвесных гидрогенераторах подпятник располагается над ротором генератора на верхней крестовине, а один или два направляющих подшипника – под ним; при этом весь турбоагрегат подвешен на подпятнике к этой крестовине (см. рис. 4.8, а).

В зонтичных гидрогенераторах подпятник располагается под ротором на нижней крестовине или на крышке турбины, а генератор – над подпятником в виде зонта. Крестовины представляют собой мощную опорную конструкцию, состоящую из центральной втулки и ряда радиальных балок (см. рис. 4.8, б). Быстроходные гидрогенераторы обычно выполняют подвесного типа, а тихоходные – зонтичного.

Рис. 4.8. Конструктивные схемы подвесного (а) и зонтичного (б)

гидрогенераторов: 1– верхняя крестовина;2– подпятник;

3– направляющие подшипники;4– ротор;5– статор;

6– нижняя крестовина;7– фланец вала;8– турбина;

9– фундамент;10– направляющий подшипник турбины

В последнее время стали применяться горизонтальные агрегаты (капсульные), у которых генератор заключен в герметичную капсулу, обтекаемую водой. Благодаря лучшим гидравлическим условиям обтекания КПД таких агрегатов больше 95 %.

Промышленность РФ выпускает различные типы гидрогенераторов мощностью до 640 МВА.

Для уменьшения габаритов, массы и стоимости гидрогенераторов в машинах большой мощности применяют непосредственное охлаждение обмоток статора, ротора и сердечника статора дистиллированной водой. При тех же основных размерах мощность гидрогенератора с водяным охлаждением можно увеличить более чем в 2 раза по сравнению с гидрогенератором, имеющим поверхностное воздушное охлаждение.

Непосредственное водяное охлаждение обмоток статора и ротора осуществляется так же, как в турбогенераторах – путем пропускания воды через полые проводники обмоток. Сердечник статора охлаждается водой, циркулирующей по трубам, которые проходят сквозь отверстия в листах непосредственного охлаждения.

В последнее десятилетие появились принципиально новые вращающиеся машины системы Powerformer, представляющие собой генераторы, которые работают на значительно более высоких, чем обычные генераторы, напряжениях. Они подключаются непосредственно к сети до 110 кВ и выше. Эти разработки проводятся шведскими отделениями компании АВВ и опробуются на электростанциях в Швеции.

Непосредственное соединение генератора с электрической сетью дает возможность:

• снизить активные потери в шинопроводах, распределительном устройстве и повышающем трансформаторе;

• повысить КПД системы Powerformer на 0,5–0,2 %;

• уменьшить реактивную составляющую мощности за счет исключения трансформатора, наличие которого уменьшает коэффициент мощности и снижает полезную мощность генератора;

• сократить число компонентов схемы: исключаются выключатель, шины и трансформатор среднего напряжения, а также соответствующие измерительные трансформаторы;

• повысить коэффициент готовности вследствие сокращения числа компонентов схемы и высокой надежности самого генератора;

• снизить расходы на обслуживание благодаря меньшему числу компонентов схемы и тому, что Powerformer сам по себе не требует большого ухода;

• проектировать электростанцию более компактно, сократив тем самым объемы строительных работ.