Файл: Стеклов, М. Л. Горизонтальные гидравлические турбины. Конструкция и расчет.pdf

Ф 0019

высокой термостойкостью, влагостойкостью и большим коэффи­ циентом теплопередачи.

Вал опирается на два опорных подшипника, из которых один относится к генератору.

Подшипник и подпятник расположены в опорном переходном кольце на специальных опорах. Подпятник двустороннего дей­ ствия сегментный, пружинного типа, рассчитан на восприятие осевых гидравлических усилий и обратных кратковременных на­ грузок, возникающих при остановках агрегата. Вкладыш под­ шипника и сегменты подпятника снабжены баббитовой заливкой, которая смазывается маслом принудительно.

Замкнутая циркуляция воздуха в капсуле обеспечивается вентилятором с электромотором, установленными в головной части капсулы.

Поток воздуха направляется вдоль оси агрегата на активные части генератора через трубчатый воздухоохладитель. Согретый в генераторе воздух направляется обратно к вентилятору по спе­ циальным направляющим каналам, выполненным в переходном кольце генератора и на стенках головной части капсулы. Между воздухоохладителем и генератором расположена площадка обслу­ живания, связанная с вертикальной пустотелой колонной, в кото­ рой размещается лестница, ведущая в машинный зал. Через эту колонну выходят наружу главные выводы тока, а нейтральные вместе с аппаратурой релейной защиты соединяются внутри этой колонны.

Гидрогенератор с водяным охлаждением. На рис. II 1.5 пока­ зана конструкция такого генератора, выполненная ленинград­ ским заводом «Электросила» им. С. М. Кирова для капсульных агрегатов 2-й очереди Череповецкой ГЭС и Перепадных ГЭС Ингурского каскада.

Генератор состоит из статора, ротора, вала, подшиника, опор­ ного переходного кольца, подпятника, контактных колец и си­ стемы охлаждения.

Статор включает в себя корпус и сердечник. Корпус— свар­ ной, с двумя фланцами на торцах, выполнен из двух частей.

Внутренние поверхности корпуса покрыты теплоизоляцион­ ным слоем, предотвращающим конденсацию влаги в зоне статора.

Изнутри к корпусу крепится сердечник, набранный из электро­ технической стали ЭЗЗО. Сегменты, из которых набирается сердеч­ ник, штампуются из листов толщиной 0,5 мм.

60

Обмотка статора однослойная, стержневого типа, с непосред­ ственным внутрипроводниковым охлаждением водой.

Ротор генератора состоит из остова, 64 полюсов с обмоткой возбуждения, вала, демпферной системы и токопровода от обмоток возбуждения к контактным кольцам. Остов ротора представляет собой сварной обод, соединенный со ступицей двумя дисками и ребрами.

Рис. III.5. Гидрогенератор капсульного агрегата с водяным охлаждением:

Полюса ротора состоят из сердечника, обмотки возбуждения и демпферной системы. Сердечник полюсов набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Обмотка полюсов выполнена из меди прямоугольного сечения с отверстием в центре для непосредственного внутрипроводникового охлаждения водой. Ротор генератора имеет продольно-поперечную демпферную си­ стему, выполненную из медных труб, которая также охлаждается водой. Подвод воды в обмотки производится через водоприемную часть масловодоприемника, расположенного в головной части капсулы у свободного торца генераторного вала, через который также подводится масло к сервомотору рабочего колеса.

Во избежание выпадания осадков внутри обмоток вода дистил­ лируется. Оборудование для выработки дистиллята и обеспече­

61

ния его циркуляции и охлаждения размещается вне капсулы. Принудительная циркуляция дистиллированной воды в обмотках ротора и статора осуществляется насосами. Равномерность подвода воды в обмотки обеспечивается трубчатыми коллекторами. Внутрипроводниковое охлаждение активных частей генератора водой вместо наружного обдува сжатым воздухом позволяет упростить конструкцию переходного промежуточного кольца и головной части капсулы.

Большим эксплуатационным преимуществом генератора с во­ дяным охлаждением по сравнению с машиной, охлаждаемой сжа­ тым воздухом, является возможность обслуживания генератора и турбины во время работы.

При водяном охлаждении отпадает необходимость в компрес­ сорной установке, мощном вентиляторе с направляющим аппара­ том, приводном двигателе и т. д.

Подшипник генератора и подпятник расположены в торцовой части генератора и опираются на специальную опору, расположен­ ную в переходном опорном кольце.

Подшипник щитовой сегментного типа с принудительной мас­ ляной смазкой. Подпятник сегментный, пружинный, двусторон­ него действия. Ванна подпятника полностью заполняется маслом за счет подачи масла снизу и слива сверху. Контактные кольца расположены между подпятником и масловодоприемником.

В головной части капсулы имеется площадка для обслужи­ вания масловодоприемника, контактных колец, подшипника, подпятника и других узлов. Площадка расположена под вертикаль­ ной пустотелой колонной, в которой размещена лестница, веду­ щая в машинный зал. Через эту площадку проходят все токопроводы, трубы и передачи к масловодоприемнику, подшипнику, подпятнику и др.

12. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ

Агрегат с воздушным охлаждением гидрогенератора. Компо­ новка и конструкция ряда узлов агрегата зависит от способа охлаждения генератора. Так, внутри головной части капсулы агрегата с форсированным воздушным охлаждением устанавли­ вается мощный вентилятор с электродвигателем на одном валу, поэтому их размещение вместе с другим оборудованием, которое там предусматривается, представляет при проектировании опре­ деленную сложность. Некоторые зарубежные фирмы применяют охлаждение капсульных генераторов сжатым воздухом. Тогда требуется уплотнять вход в колонну капсулы, конструировать уплотнение турбины и подшипников таким образом, чтобы это давление не вытесняло воздух через уплотнение турбины в поток и не вытесняло бы масло из ванн подшипников.

Отвод образующегося в генераторе тепла осуществляется осе­ выми воздушными потоками, которые приводят к определенному

62

перепаду температуры по длине генератора и обеспечивают доста­ точно симметричное и надежное охлаждение активных частей генератора. Воздух, прогоняемый вентилятором, проходит че­ тырьмя параллельными курсами: в воздушном зазоре, междуполюсном пространстве, специальных щелях в зубцах активной стали и частично между сердечником и корпусом статора генератора.

Принудительная циркуляция воздуха при форсированном охлаждении осуществляется двумя путями.

1. Непосредственное охлаждение прогоняемого вентилятором воздуха в воздухоохладителе, установленном у торца направ­ ляющего конического патрубка возле вентилятора. Нагретый воздух направляется обратно к вентилятору вдоль оболочки капсулы, через кольцевую щель между корпусом статора и спин­ кой сердечника и по кольцевым направляющим каналам, выпол­

ненным в переходном опорном кольце и в головной части капсулы

(см. рис. III.4).

2. Воздух поступает через направляющие каналы головной части капсулы и переходного опорного кольца на активные части генератора и возвращается через окна остова ротора и воздухо­ охладитель к вентилятору.

По первому варианту выполнено охлаждение генераторов в агрегатах Киевской ГЭС, по второму — охлаждение генера­ торов в агрегатах гидростанции Пьер Бенит (Франция). Оба ва­ рианта вполне себя оправдали. Однако охлаждение сжатым воз­ духом серьезно осложняет обслуживание генератора. Так, для прохода в капсулу с целью осмотра или ремонта расположенных

вней узлов турбины или генератора должно быть снято давление

вкапсуле и остановлен вентилятор, что во время работы агрегата допускается лишь кратковременно. Необходимость более длитель­ ного пребывания внутри капсулы приводит к вынужденным оста­

новкам агрегата, что связано со значительным ухудшением усло­ вий его эксплуатации.

Опыт работы Киевской ГЭС показал, что установленные там генераторы выполнены с тепловым запасом и не требуют повыше­ ния давления воздуха в капсуле во всем диапазоне мощностей, включая и максимальную мощность. Однако и в этом случае из-за шума, создаваемого вентилятором, находиться в головной части капсулы во время работы агрегата весьма затруднительно.

Агрегат с водяным охлаждением гидрогенератора. Генераторы для горизонтальных капсульных агрегатов, поставляемые ленин­ градским заводом «Электросила», выполняются с водяным форси­ рованным внутрипроводниковым охлаждением статора и ротора. Такой способ охлаждения является советским изобретением и за рубежом еще не применяется. Изобретение запатентовано в ряде зарубежных стран, где имеются мощные фирмы, способные изготовлять такие гидрогенераторы.

Вода обладает более высокой, чем воздух, теплоемкостью, а ее способность к теплоудалению во много раз превосходит эту же

63

способность воздуха. Поэтому, циркулируя по полым проводни­ кам обмоток статора и ротора, вода обеспечивает весьма эффек­ тивный теплосъем.

Плетеные стержни обмотки статора образуются из элементар­ ных полых проводников. Сечения отверстий в этих проводниках могут быть круглыми или квадратными. Иногда полые проводники

Рис. II 1.6. Принципиальная схема водяного охлаждения обмоток капсульного гидрогенератора:

1 — теплообменник; 2 — рабочий фильтр; 3 — резервный фильтр; 4 — ионнообменный фильтр; 5 — обратный клапан; 6 — напорный коллектор статора; 7 — сливной коллектор статора; 8 — напорный коллектор ротора; 9 — сливной коллектор ротора; 10 — сливной бак; 11 — реле уровня; 12 — насос; 13 — резервный насос

перемежают со сплошными и тепло, выделяющееся в последних, передается полым проводникам через тонкую изоляцию. Прокачка дистиллированной воды через полые проводники осуществляется по контуру: насос — теплообменник — сетчатый фильтр — ионно­ обменный фильтр — напорные коллекторы статора и ротора — обмотки — сливные коллекторы статора и ротора — сливной во­ дяной бак (рис. II 1.6). Однако, если подачу воды в обмотки статора

ислив из них можно осуществить непосредственно через напорный

исливной коллекторы, то для подачи воды во вращающийся

64

ротор и слив из него требуется специальное устройство — водоприемник (рис. III.7).

Водоприемник состоит из двух соосных штанг, вставленных одна в другую и вращающихся вместе с генераторным валом. Наружная штанга фланцем закрепляется на торце вала, а внутрен­ няя — входит фланцем в центральное отверстие вала. На наруж-

Рис. III.7. Водоприемник гидрогенератора с водяным охлаждением:

1 — подводящая труба; 2 — наружная штанга для слива воды; 3 — внутренняя штанга —

ной штанге на двух шариковых подшипниках устанавливается корпус водоприемника. Внутренние обоймы шариковых подшип­ ников плотно соединены с наружной поверхностью наружной штанги, а наружные обоймы — с внутренней поверхностью кор­ пуса. Поэтому вращение штанги позволяет корпусу оставаться неподвижным. На конце генераторного вала выполняются два или четыре (это зависит от конструкции) радиальные отверстия, соединяющиеся с напорным и сливным коллекторами ротора гене­

ратора.

В водоприемнике образуются таким образом две зоны: по одной через внутреннюю штангу вода подается в радиальное отверстие вала и, далее, в обмотки ротора, а по другой вода из обмоток сливается через сливной коллектор и радиальные отверстия в