Гидрогенератор

Гидрогенератор

Гидрогенератор – термин составлен из слов «гидро» и «генератор», его используют для обозначения генераторов электрического тока, приводимых во вращение при помощи гидротурбины. Традиционно гидрогенераторами являются явнополюсные синхронные генераторы, ротор которых соединяется с валом рабочего колеса в гидротурбине. Сам по себе синхронный генератор является синхронной машиной, работающей в режиме генератора. Наиболее распространены синхронные генераторы, у которых ротор приводит во вращение паровая (газовая) либо водяная турбина – это турбогенератор или гидрогенератор.

Конструкцию гидрогенератора определяют как положение оси его ротора, так и частота вращения и мощность турбины. Изготовление мощных тихоходных гидрогенераторов происходит обыкновенно с вертикальным направлением оси вращения – кроме капсульных вариантов, а для быстроходных гидроагрегатов с ковшовой гидротурбиной применяется горизонтальное направление оси вращения. Есть также варианты опытно-промышленных образцов гидрогенераторов оригинальной конструкции – они могут обладать фазным ротором, могут быть контрроторными, проточными и т. д.

В нашей стране в связи с топологическими и геологическими особенностями рек большую часть быстроходных генераторов устанавливают с вертикальным направлением оси вращения. Мощность гидрогенераторов может быть различной. Если она составляет до 50 МВт, то гидрогенератор будет считаться маломощным. Гидрогенераторами средней мощности считаются образцы с мощностью от 50 до 150 МВт, если мощность гидрогенератора составляет более 150 МВт, то генератор относится к категории экземпляров большой мощности. Частота вращения установок также может быть различной: для тихоходных гидрогенераторов она составляет до 100 об/мин, для быстроходных – более 100 об/мин. Что же касается диапазона генерируемого напряжения, то он может составлять от 8,8 до 18 кВ, коэффициент мощности при этом составляет от 0,8 до 0,95 единиц. КПД у быстроходных гидрогенераторов составляет 97,5—98,8%, а у тихоходных гидрогенераторов – 96,3—97,6%.

В нашей стране первые гидрогенераторы были созданы в советскую эпоху. Их мощность составляла около 7,25 МВт. Они были сооружены в 1925 г. на станках завода «Электросила» в Ленинграде и использовались на Волховской гидроэлектростанции.

Однако уже в начале 30-х гг. ХХ в. на Днепровской гидроэлектростанции стали использоваться гидрогенераторы, мощность которых составляла до 65 МВт, а к 1940 г. были созданы самые крупные по тем временам – по моменту вращения и габаритам, так же как и по массе, – гидрогенераторы, установленные на Угличской и Рыбинской гидроэлектростанциях.

Позже были сконструированы новые варианты гидрогенераторов – уже для других гидроэлектростанций, Братской и Красноярской – соответственно в 1960 и в 1964 гг., их мощность составила 225 и 508 МВт соответственно.

На Череповецкой гидроэлектростанции были установлены капсульные гидрогенераторы с мощностью около 20 МВт и водяным охлаждением.

Для Киевской гидроаккумулирующей электростанции были созданы обратимые гидроагрегаты. Затем – уже в 1966 г. – был создан опытный высоковольтный гидрогенератор (мощность этого экономичного гидрогенератора составила 110 кВт).

Для установки на Саяно-Шушенской гидроэлектростанции был спроектирован гидрогенератор с мощностью 650 МВт. В процессе конструирования и монтажа гидрогенераторов особое внимание стоит обращать на крепление вращающихся частей в гидроагрегате и на охлаждение обмоток ротора, а также статора. Существует деление гидрогенераторов в зависимости от расположения и конструкции опорных подшипников (или, иначе, подпятников), по которому выделяют подвесные и зонтичные модели.

При создании подвесного гидрогенератора расположение опорного подшипника, который воспринимает все вращающиеся части гидроагрегата, как и осевое давление жидкости на рабочее колесо в турбине, производят выше, чем ротор генератора, а именно на верхней крестовине у агрегата. Наоборот, конструкция зонтичного гидрогенератора предполагает расположение подпятника под ротором генератора – именно на нижней крестовине либо на крышке турбины, при этом вал генератора может вращаться в двух либо трех направляющих подшипниках. Для того чтобы уменьшить габариты мощных тихоходных гидрогенераторов, которые обыкновенно довольно крупные, и снизить их вес, наиболее рациональным решением является именно зонтичный вариант исполнения. Для быстроходного гидрогенератора меньшего размера более предпочтительным будет подвесной тип конструкции, который в сравнении с зонтичным характеризуется высокой устойчивостью к механическим колебаниям в роторе, а также обладает меньшим диаметром опорного подшипника и намного проще в исполнении.

Крупные генераторы, например с мощностью до 300 МВт, требуют охлаждения. Чтобы его добиться, чаще всего применяют замкнутую систему вентиляции, т. е. система вентиляции косвенная, или поверхностная, когда обдувание воздухом обмотки происходит с поверхностной стороны, и форсированная, когда воздух попадает в проводник с током или же непосредственно между проводниками. При этом более эффективным будет охлаждение обмоток статора с помощью дистиллированной воды с одновременным усиленным воздушным охлаждением обмотки ротора. С помощью использования усиленного охлаждения можно добиться повышения коэффициента использования гидрогенератора, снизить расход изоляции, а также ценных металлов – меди и активной стали.

Возбуждают гидрогенератор чаще всего от вспомогательных генераторов постоянного тока, которые устанавливают на валу. В крупных гидрогенераторах используют и дополнительный подвозбудитель – с целью возбуждения вспомогательных генераторов. В ряде случаев для этих целей используют синхронный генератор, снабженный выпрямителями – он в то же время может служить и вспомогательным генератором.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.