Гидротурбины и гидрогенераторы

Одними из важнейших составляющих ГЭС считаются гидротурбины и гидрогенераторы.

Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Вода к рабочему колесу поступает либо через сопла (в активных гидротурбинах), либо через направляющий аппарат (в реактивных гидротурбинах).

Гидротурбина состоит из нескольких основных элементов, состав и расположение которых на разных типах турбин может различаться. Для примера рассмотрим конструкцию самой распространенной радиально-осевой турбины с вертикальным положением вала (рис. 8.59).

Рис. 8.59. Конструкция радиально-осевой гидротурбины

с вертикальным расположением вала.

Самая большая и ответственная деталь гидротурбины - рабочее колесо. Именно оно, взаимодействуя с водным потоком, приводится во вращение и вращает вал, на который оно и насажено. Вал, в свою очередь, приводит во вращение гидрогенератор, вырабатывающий электроэнергию. Главный элемент рабочего колеса - лопасти, которые в разных типах турбин могут быть как закреплены неподвижно, так и иметь возможность разворота.

Рис. 8.60. Принципиальная схема устройства гидрогенератора.

 

Доступ воды в турбину регулирует направляющий аппарат (рис. 8.61). Основной его элемент - особой формы лопатки, которые могут поворачиваться и изменять количество поступающей в турбину воды, вплоть до полного перекрытия ее доступа. Таким образом осуществляется пуск и остановка турбины, а также изменение ее мощности.

 

Рис. 8.61. Схема устройства и работы гидравлической турбины.

 

Направляющий аппарат монтируется на статоре, внутрь которого помещается рабочее колесо. Сверху монтируется крышка турбины, предотвращающая попадание воды на генератор. Вокруг статора размещается спиральная камера, или как ее часто называют - «улитка». Ее задача - обеспечить равномерную подачу воды на лопасти турбины со всех ее сторон. Отработавшая вода сбрасывается в нижний бьеф через отсасывающую трубу. Наиболее распространенными в настоящее время являются осевые турбины (поворотно-лопастные, пропеллерные, двухперовые), радиально-осевые, диагональные и ковшовые турбины (рис. 8.62-8.63). Несколько особняком стоят насос-турбинные установки, устанавливаемые на гидроаккумулирующих электростанциях - по конструкции они бывают радиально-осевыми и диагональными.

 

Рис. 8.62. Фотографии гидротурбин.

 

Рис. 8.63. Фотографии гидрогенераторов и гидротурбин.

Гидрогенератор – это электрическая машина, предназначенная для выработки электроэнергии на гидроэлектростанции. Обычно гидрогенератор представляет собой синхронную явнополюсную электрическую машину вертикального исполнения (рис. 8.64-8.65).

Конструкция гидрогенератора в основном определяется параметрами гидротурбины, которые в свою очередь зависят от природных условий в районе строительства гидроэлектростанции (напора воды и её расхода). Гидрогенераторы обычно имеют сравнительно малую частоту вращения (до 500 об/мин) и достаточно большой диаметр (до 20 м) при вертикальном исполнении большинства гидрогенераторов.

Рис. 8.64. Схемы гидрогенераторов подвесного и зонтичного типов.

Рис. 8.65. Магнитная система синхронной электрической машины.

Рис. 8.66. Принцип устройства генераторов электрического тока.

Рис. 8.67. Схема работы синхронного генератора переменного тока

с контактными кольцами.