Стартовая >> Архив >> Генерация >> Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж

Конструктивные схемы современных гидротурбин - Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж

Оглавление
Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж
Введение
Основы теории гидротурбин
Явление кавитации в гидротурбинах
Модельные испытания и характеристики гидротурбин
Номенклатура гидротурбин
Выбор основных параметров гидротурбин
Конструкции гидротурбин
Рабочие колеса гидротурбин
Отсасывающие трубы гидротурбин
Конструктивные схемы современных гидротурбин
Конструкции основных узлов гидротурбин
Камера рабочего колеса
Направляющие аппараты реактивных гидротурбин
Сервомоторы направляющего аппарата
Рабочие колеса гидротурбин
Маслоприемники, валы гидротурбин
Подшипники гидротурбин
Вспомогательные механизмы гидротурбин
Вспомогательное оборудование гидроэлектростанций
Регулирование гидроагрегатов и автоматика
Котельные регуляторы
Регулирование  гидротурбин
Электрогидравлический регулятор скорости
Автоматическое управление гидротурбинами
Параметры гидрогенераторов
Конструктивные схемы гидрогенераторов
Статоры генераторов
Роторы генераторов
Крестовины генераторов
Подпятники
Направляющие подшипники
Вспомогательные устройства генераторов
Организация и подготовка монтажных работ
Организация и технология монтажных работ
Проектирование монтажных работ
Монтажно-сборочные и производственные базы
Подготовка оборудования к монтажу
Монтажные средства
Техника безопасности и промсанитария
Организация труда
Учет монтажных работ и техническая отчетность
Специальные подъемно-транспортные работы
Слесарно-подгоночные операции
Сборочные работы
Выверка и фиксация деталей и узлов
Требования к фундаментам и бетонированию
Производство монтажных работ в зимнее время
Технология монтажа вертикальных гидротурбин
Монтаж деталей проточной части высоконапорных радиально-осевых гидротурбин
Закладные детали поворотнолопастных гидротурбин - монтаж
Направляющий аппарат гидротурбины - монтаж
Рабочие колеса радиально-осевых гидротурбин - монтаж
Рабочие колеса поворотнолопастных гидротурбин - монтаж
Центровка ротора гидротурбины
Подшипники гидротурбин - монтаж
Монтаж системы регулирования
Монтаж вспомогательных механизмов гидротурбин
Особенности монтажа ковшовых гидротурбин
Организация сборки и монтажа вертикальных генераторов
Закладные части вертикального генератора - монтаж
Монтаж опорных конструкций вертикальных гидрогенераторов
Сборка и установка статора вертикальных гидрогенераторов
Сборка и установка ротора вертикального генератора
Монтаж подпятников вертикальных гидрогенераторов
Центровка ротора вертикального генератора
Соединение валов турбины и вертикального генератора
Центровка ротора вертикального гидроагрегата
Монтаж направляющих подшипников вертикальных гидрогенераторов
Монтаж системы возбуждения  и воздушного охлаждения вертикальных гидрогенераторов
Технологический процесс монтажа горизонтального гидроагрегата
Монтаж закладных деталей гидротурбины горизонтального гидроагрегата
Установка корпусов подшипников, направляющего аппарата  горизонтального гидроагрегата
Монтаж ротора гидротурбины горизонтального гидроагрегата
Монтаж горизонтальных гидрогенераторов
Центровка горизонтального гидроагрегата
Монтаж горизонтальных капсульных гидроагрегатов
Пуск, наладка и испытания смонтированных гидроагрегатов
Проверка гидроагрегата при заполненных водоподводящем и водоотводящем трактах
Пробный пуск гидроагрегата
Испытания гидроагрегата под нагрузкой
Вибрация гидроагрегата
Натурные энергетические испытания гидроагрегатов

В зависимости от расположения вала гидротурбины всех типов разделяются на вертикальные и горизонтальные.
Вертикальные гидроагрегаты имеют ряд существенных преимуществ:
отсутствие тяжело нагруженных радиальных подшипников;
удобство расположения спиральной камеры в здании станции;
возможность заглубления рабочего колеса ниже уровня нижнего бьефа с целью повышения его кавитационных свойств;
удобство монтажа, демонтажа и обслуживания гидроагрегата в процессе эксплуатации.
Однако вертикальное исполнение гидроагрегатов получило широкое распространение только с созданием гидротурбин большой мощности и возможностью изготовления для них индивидуальных гидрогенераторов. В настоящее время почти все крупные турбины выполняются вертикальными.
Недостатками крупных вертикальных гидротурбин являются изогнутая отсасывающая труба, уступающая по гидравлическим качествам прямой отсасывающей трубе, и большая высота подводной части машинного здания.
Горизонтальные гидротурбины малой и средней мощности в прошлом преимущественно применялись в качестве привода трансмиссий, а также в совместной работе с горизонтальными серийными генераторами.
При строительстве современных крупных и средних гидроэлектростанций применяются в основном поворотнолопастные, радиально-осевые и ковшовые гидротурбины, поэтому в настоящем учебнике рассматриваются гидроагрегаты с турбинами этих систем.
Радиально-осевые гидротурбины применяются для широкого диапазона напоров (от 30 до 450 м). Мощность таких турбин достигает в настоящее время 500 тыс. кВт.

Рис. 2-12. Разрез радиально-осевой турбины мощностью 230 тыс. кВт и D=0,5 м.
1 — спиральная камера; 2 — статор; 3 — облицовка отсасывающей трубы; 4 — фундаментное кольцо; 5 — облицовка шахты турбины; 6 — лопатка направляющего аппарата; 7 — нижнее кольцо направляющего аппарата; 8 — крышка турбины; 9 — регулирующее кольцо; 10 — сервомотор; 11 — механизм поворота лопаток направляющего аппарата; 12— рабочее колесо; 13 — верхний лабиринт; 14 — нижний лабиринт; 15 — вал турбины;
16 — вал генератора.

Конструкции турбин зависят от величины напора, но общая схема вертикальных турбин этой системы практически  одинакова. Подвод воды к рабочему колесу осуществляется, как правило, металлической спиральной камерой преимущественно круглого сечения через многолопаточный направляющий аппарат. Отвод воды производится изогнутой отсасывающей трубой. Рабочее колесо турбины с помощью фланца присоединяется к валу, который поддерживается в строго вертикальном положении направляющим подшипником, установленным в крышке турбины. На крышке турбины смонтировано регулирующее кольцо с механизмами поворота направляющих лопаток, а в последних конструкциях крупных гидротурбин на крышке устанавливаются и сервомоторы направляющего аппарата, являющиеся приводом регулирующего кольца.
На рис. 2-12 изображена одна из самых мощных в мире радиально- осевая турбина с рабочим колесом диаметром D1=5,5 м, установленная на Братской ГЭС. Мощность ее составляет 230 тыс. кВт при напоре 100 м и скорости вращения 125 об/мин.
Еще более мощная гидротурбина с рабочим колесом диаметром 7,5 м и мощностью 508 тыс. кВт при напоре 95 м устанавливается в настоящее время на Красноярской ГЭС. Отечественное гидротурбостроение освоило также и высоконапорные радиально-осевые турбины на напоры 300 м и более.
Поворотнолопастные турбины имеют значительные энергетические преимущества в сравнении с радиально-осевыми турбинами:
большую быстроходность и пропускную способность, а также более высокий к. п. д. при частичных нагрузках;
спокойную и надежную работу при изменении действующего напора в широких пределах.
Вследствие этого поворотнолопастные гидротурбины получили большое распространение при сооружении низконапорных гидроэлектростанций, и в настоящее время их стремятся применять при более высоких напорах. В зарубежной и отечественной практике эти турбины уже используют при напорах до 80 м. Однако применение поворотнолопастных турбин при более высоких напорах сдерживается повышением кавитационного коэффициента в сравнении с радиально-осевыми турбинами и необходимостью вследствие этого практически неэкономичных заглублений рабочего колеса.
Конструктивно поворотнолопастные турбины выполняются таким образом, что лопасти рабочего колеса поворачиваются автоматически на наиболее выгодный угол одновременно с изменением открытия направляющего аппарата, чем достигается наилучшее использование турбины при всех режимах работы.
Общая конструктивная схема вертикальных поворотнолопастных турбин аналогична схеме радиально-осевых турбин, однако конструкция поворотнолопастных турбин гораздо сложнее из-за необходимости поворота лопастей рабочего колеса. Усложнена также и система регулирования вследствие одновременного регулирования поворота лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса.
На рис. 2-13 в качестве примера показана установленная на Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС наиболее крупная в мире поворотнолопастная гидротурбина мощностью 115 тыс. кВт с рабочим колесом диаметром D1 = 9,3 м, работающая при напоре 20 м со скоростью вращения 68,2 об/мин.
Ковшовые гидротурбины предназначаются для высоких напоров (от 300 до 1 800 м) и достигают значительных мощностей. Так, имеются ковшовые турбины мощностью 100 тыс. кВт, работающие при напоре 760 м. На гидростанциях небольшой мощности такие турбины ставят и на напоры 70—100 м.
В отечественной гидроэнергетике ковшовые турбины не имеют большого применения. Однако при высоких напорах свыше 500 м могут быть использованы в энергетике пока только ковшовые турбины.
Ковшовые турбины выполняются с горизонтальным или вертикальным расположением вала. Горизонтальные турбины изготовляются с одним или двумя колесами на валу. Подвод воды к рабочему колесу осуществляется одним или двумя соплами. В турбинах с вертикальным валом применяются от двух до шести сопел.

Рис. 2-13. Разрез поворотнолопастной турбины мощностью 115 тыс. кВт и D=9,3 м. 1 — облицовка спирали; 2 —статор; 3 —нижнее кольцо направляющего аппарата; 4 — камера рабочего колеса; 5 — облицовка отсасывающей трубы; 6 — лопатка направляющего аппарата; 7 — регулирующее кольцо; 8 —верхнее кольцо направляющего аппарата; 9 — крышка турбины; 10 — опора подпятника; 11—вал·, 12 — подшипник; 13 — рабочая лопасть; 14 — втулка колеса; 15 — уплотнение лопасти; 16 — сервомотор рабочего колеса; 17 — обтекатель; 18 — сервомотор направляющего аппарата
Проточная часть ковшовых турбин состоит из напорного коллектора (одного или нескольких), подводящих сопел, регулирующей иглы, рабочего колеса и кожуха.
Одна из самых крупных ковшовых гидротурбин, установленная на гидроэлектростанции Куробегава (Япония), показана на рис. 2-14. Турбина вертикальная шестисопловая развивает мощность 100 тыс. кВт при напоре 580 м и скорости вращения 380 об/мин. Рабочее колесо турбины диаметром 2,64 м имеет 22 ковша (лопасти).


Рис. 2-14. Ковшовая турбина мощностью 100 тыс. кВт.

Диагональные турбины с поворотными лопастями, предложенные В. С. Квятковским, являются принципиально новым типом гидротурбин. За рубежом подобные турбины разработаны инж. Дериацем и установлены на ряде гидроэлектростанций, в том числе на гидроаккумулирующих.
В схеме диагональной турбины, показанной на рис. 2-15, металлическая спираль примыкает к коническому статору и сваривается с ним. Конический направляющий аппарат имеет профилированные лопатки переменного по высоте профиля. Вследствие конусного расположения направляющих лопаток опорные фланцы их подшипников предусмотрены шаровидной формы, что обеспечивает идентичность угловой установки и соосность всех подшипников. Связь направляющих лопаток с регулирующим кольцом осуществляется с помощью рычагов и серег, соединяющихся с шаровыми шарнирами. Рабочее колесо имеет поворотные лопасти с приводом от сервомотора, расположенного в развитой ступице колеса.

Рис. 2-15. Схема диагональной турбины.
1 — спираль; 2 — статор; 3 — направляющий аппарат; 4 — рабочее колесо; 5 — рабочие лопасти.
Опытный образец диагональной турбины мощностью 77 тыс. кВт при напоре 61 л и D1=4,35 м изготовлен и установлен в настоящее время на Бухтарминской ГЭС.
Диагональная турбина является промежуточной между радиальноосевой и поворотнолопастной турбинами. В ней сочетаются положительные качества поворотнолопастной турбины, сохраняющей высокое значение к. п. д. при разных режимах работы, с хорошими кавитационными свойствами радиально-осевых гидротурбин.
Однако сопоставление диагональной и радиально-осевой турбин одних и тех же параметров показывает, что вес и трудоемкость изготовления диагональной турбины значительно выше, усложняется также технология изготовления и сборки направляющего аппарата и рабочего колеса.
Двухперовая поворотнолопастная гидротурбина является новым типом вертикальной турбины. Она конструктивно отличается от обычной поворотнолопастной тем, что на каждом фланце рабочего колеса размещается не одна лопасть, а две. Благодаря этому уменьшается количество механизмов поворота лопастей, а следовательно, уменьшается диаметр втулки и пропускная способность турбины увеличивается, что положительно влияет на кавитационные свойства турбины и делает возможным применение турбин этого типа на повышенных напорах. Одновременно с улучшением кавитационных свойств повышается также к. п. д. турбины.
Улучшение энергетических и кавитационных показателей двухперовой турбины позволяет несколько увеличить ее мощность по сравнению с мощностью обычной поворотнолопастной турбины, имеющей такой же диаметр рабочего колеса, а также уменьшить вес колеса. В настоящее время двухперовая турбина (рис. 2-16) изготовлена в виде опытной и установлена на Уч-Курганской гидроэлектростанции. Мощность этой турбины 51,2 тыс. кВт при максимальном напоре 36 м, скорости вращения 115,4 об/мин и диаметре рабочего колеса D1=5,0 м.
Горизонтальные гидротурбины начали применяться для крупных гидроэлектростанций только в последние годы, и в практике гидротурбостроения еще не установились их типовые конструкции. Горизонтальные гидротурбины давно отработанных типов применяются на мелких и средних гидроэлектростанциях. Основным типом таких конструкций является горизонтальная турбина со спиральной камерон, представленная на рис. 2-17. Турбина эта предназначена для работы при напорах до 140 м и может развивать мощность до 2,6 тыс. кВт.
Из напорного трубопровода вода поступает в стальную спиральную камеру, состоящую из двух частей. Пройдя направляющий аппарат и рабочее колесо, вода через отводящее колено и отсасывающую трубу уходит в нижний бьеф.
Направляющий аппарат турбины имеет стальные кованые лопатки, помещенные между передней и задней крышками турбины.
Рабочее колесо посажено на вал  консольно и крепится к нему двумя шпонками и фасонной гайкой. Вал турбины опирается на два подшипника: радиально-упорный и радиальный. Радиально-упорный подшипник, кроме опорного вкладыша, имеет двустороннюю пяту. Соединение турбины с генератором непосредственное, с помощью упругой муфты.
Турбина снабжена маховиком, применяемым для создания необходимого махового момента и обеспечения нормальной скорости вращения агрегата при внезапных изменениях нагрузки потребителя.
Капсульные гидроагрегаты. Одним из основных факторов, повышающих экономичность низконапорных гидроэлектростанций, может явиться применение нового типа достаточно мощных горизонтальных капсульных турбин, в которых благодаря спрямлению проточного тракта удается свести к минимуму гидравлические потерн и тем самым повысить к. п. д. турбины и ее пропускную способность.
Применение горизонтальных капсульных гидроагрегатов с повышенной пропускной способностью позволяет несколько сократить длину напорного фронта и объем строительно-монтажных работ по зданию гидроэлектростанции и получить наиболее простые очертания турбинного блока.
Отечественные энергомашиностроительные заводы изготовили первые капсульные гидроагрегаты с рабочим колесом диаметром 5,5 и 6 м, установленные в настоящее время на строящихся гидроэлектростанциях. Создаются также гидроагрегаты с рабочим колесом диаметром D = 7,5 м.


Рис. 2-16. Двухперовая поворотнолопастная турбина мощностью 51,2 тыс. кВт.


Рис. 2-17. Горизонтальная турбина со спиральной камерой.
1— напорный трубопровод; 2 — спиральная камера; 3 — отводящее колено; 4 — отсасывающая труба; 5 — рабочее колесо; 6 — лопатка направляющего аппарата; 7 — передняя крышка; 8 — задняя крышка; 9 — вал турбины: 10 — радиально-упорный подшипник; 11 — радиальный подшипник; 12 — маховик.

Капсульный агрегат (рис. 2-18) состоит из кожуха (капсулы), установленного на передних опорных колоннах и колоннах статора турбины. Дополнительно кожух агрегата раскреплен в передней части мощными растяжками, создающими жесткость установки агрегата.
Горизонтальный капсульный гидроагрегат
Рис. 2-18. Горизонтальный капсульный гидроагрегат.
1— капсула; 2 — опорная колонна; 3 — колонна статора; 4 — растяжки; 5 — направляющий аппарат; 6 — рабочее колесо; 7 — камера рабочего колеса; 8 — генератор; 9 — проходная колонна.

Подвод воды к рабочему колесу осуществляется через статор турбины и конический направляющий аппарат. Поворотные лопасти рабочего колеса вращаются в полусферической рабочей камере. Верхние части водовода, статора турбины, камеры рабочего колеса и фундаментного кольца съемные незабетонированные.
В капсуле расположен также генератор, ротор которого имеет одну опору и подпятник, а второй опорой агрегата является подшипник турбины. Доступ в капсулу осуществляется через проходную колонну, расположенную в передней ее части. Через этот же лаз проходят и все электрические коммуникации агрегата. К подшипнику турбины доступ осуществляется через верхнюю полую колонну статора.



 
« Генератор вихрей   Гидратный водно-химический режим на электростанциях с барабанными котлами »
электрические сети