Содержание материала

Вертикальные гидрогенераторы выполняются двух основных типов— подвесного и зонтичного, различающихся между собой расположением подпятника относительно ротора. В генераторах подвесного типа подпятник расположен над ротором на верхней крестовине, а в генераторах зонтичного типа подпятник устанавливается ниже ротора на нижней крестовине или на крышке турбины. Параметры современных отечественных вертикальных гидрогенераторов приведены в таблице.

Таблица
Параметры современных отечественных вертикальных гидрогенераторов

На рис. 5-1,а приведена компоновочная схема подвесного генератора с двумя направляющими подшипниками, расположенными на нижней и верхней крестовинах. Схема двухопорного подвесного генератора обычно применялась ранее во всех генераторах этого типа.

Однако стремление к компактности и упрощению гидроагрегатов, уменьшению его осевых размеров и веса привело к созданию подвесного генератора с одним верхним подшипником над ротором генератора (рис. 5-1,б), нижний же подшипник объединился с подшипником турбины. Такая компоновка крупных подвесных генераторов является в настоящее время наиболее предпочтительной.

В применяемых ранее компоновочных схемах зонтичных генераторов (рис. 5-2,а) подпятник опирался на утяжеленную нижнюю крестовину. При этом верхний направляющий подшипник располагался на верхней крестовине, а нижний устанавливался под подпятником в нижней крестовине. В некоторых конструкциях таких генераторов нижний подшипник совмещался с подпятником. Дальнейшие конструктивные и технологические проработки показали возможность перемещения опоры подпятника с нижней крестовины на крышку турбины непосредственно или через специальную опорную конструкцию с отказом от нижнего направляющего подшипника, функции которого передаются турбинному подшипнику.
Схемы зонтичных генераторов
Рис. 5-2. Схемы зонтичных генераторов. а — зонтичный генератор с подпятником на нижней крестовине; б — зонтичный генератор с опорой подпятника на крышке турбины; а — зонтичный генератор одновального гидроагрегата; 1 — статор; 2 — ротор; 3 — верхняя крестовина; 4— нижняя крестовина; 5 — подпятник; 6 — нижний направляющий подшипник; 7 — верхний направляющий подшипник; 8 — вал генератора; 9 — вал агрегата; 10 — перекрытие шахты; 11 — опора подпятника; 12— надставка вала генератора.
Такая компоновка зонтичного генератора (рис. 5-2,б) значительно уменьшила его вес и осевые размеры, утяжелив и усложнив несколько турбину вследствие необходимости иметь более мощную крышку для восприятия осевого усилия от подпятника. На большинстве современных крупных низконапорных гидроэлектростанций применены зонтичные генераторы с опорой подпятника на крышке турбины.

Еще большее компоновочное объединение генератора и турбины в единый силовой агрегат получается при применении безвального зонтичного генератора (рис. 2,в). В такой конструкции генератор по существу не имеет вала и ротор генератора крепится непосредственно к валу турбины, который, таким образом, становится валом всего агрегата.
Подпятник, как и в предыдущей схеме, опирается на крышку турбины. Агрегат в этом случае имеет два направляющих подшипника: нижний — у рабочего колеса турбины и верхний—над ротором генератора в верхней крестовине. Генератор конструктивно еще более упрощается, уменьшаются его вес и осевые размеры. Такой агрегат проще по своей конструкции, имеет меньший вес и высоту и надежнее в работе.
В гидрогенераторостроении в настоящее время применяются оба компоновочных типа генераторов — подвесные и зонтичные.
Подвесные гидрогенераторы применяются обычно для гидроагрегатов с большими скоростями вращения —125—150 об/мин и выше. Генераторы этого типа имеют малое число полюсов и соответственно малый диаметр ротора при большой его высоте.
Мощные гидрогенераторы с меньшими скоростями вращения выполняются, как правило, зонтичного типа. Такие генераторы вследствие малых скоростей вращения имеют большое число полюсов, а следовательно, большие диаметры ротора и малую его высоту.
Подвесной генератор
Рис. 5-3. Подвесной генератор.
Крупные вертикальные гидрогенераторы состоят обычно из следующих основных конструктивных узлов: статора, ротора с валом, опорных крестовин, подпятника, направляющих подшипников, системы возбуждения, системы охлаждения воздуха, тормозной системы и системы пожаротушения генератора.

В качестве примера современного гидрогенератора подвесного типа на рис. 5-3 приведена конструкция генератора мощностью 225 тыс. кВт, скомпонованного с радиально-осевой гидротурбиной, установленного на Братской гидроэлектростанции.
Корпус статора 1 генератора сварной из листовой стали выполнен разъемным из шести сегментов. Установлен статор с помощью фундаментных плит на массивной подгенераторной конструкции машинного здания. Ротор 2 подвешен с валом 3 на подпятнике 6, опирающемся на верхнюю крестовину 5.
Направляющий подшипник 7 расположен выше ротора в нижней части верхней крестовины. В верхней части остова ротора размещен ротор вспомогательного генератора 8, статор которого закреплен снизу верхней крестовины. Под ободом ротора на бетонных опорах располагаются гидравлические домкраты системы торможения 4 гидроагрегата. Верхняя крестовина сварная, лучевой конструкции, выполнена достаточно жесткой по условиям восприятия всего осевого усилия гидроагрегата. Для придания устойчивости верхней крестовине в процессе работы все лапы крестовины у этого генератора распираются специальными домкратами 12 в бетонный массив основания машинного здания. Сверху подпятника расположен регуляторный генератор 9.
Вентиляция обмоток генератора производится по замкнутому циклу с охлаждением воздуха специальными воздухоохладителями 10, размещенными вокруг статора на его корпусе. Для создания замкнутой воздушной камеры генератор отделен от турбины перекрытием 11. В случае пожара тушение генератора осуществляется водой через систему труб 13 с отверстиями.

На рис. 5-4 показана конструкция более тихоходного крупного зонтичного генератора с опорой подпятника на крышке турбины мощностью 45,4 тыс. кВт и скоростью вращения 51,7 об/мин, скомпонованного с поворотнолопастной турбиной и установленного на Днепродзержинской гидроэлектростанции.
Статор 1 генератора разъемный из шести сегментов диаметром внутренней расточки 14,5 м. Ротор 2 с валом 3 — обычной конструкции, но втулка его является одновременно опорной втулкой подпятника 6. Все кольцевые детали подпятника изготовляются разъемными для возможности демонтажа их при ремонтах. Возбуждение генератора осуществляется от отдельно установленного моторгенератора. В связи с тем что верхняя крестовина 5 не является опорой для подпятника, а нагружена только направляющим подшипником 7 и маслоприемником турбины 9, она выполнена в виде легкой сварной лучевой конструкции.


Рис. 5-5. Зонтичный генератор одновального гидроагрегата.

Взамен нижней крестовины в качестве детали, воспринимающей осевую нагрузку от ротора агрегата, применена специальная опора подпятника 10, расположенная на крышке турбины. Это значительно уменьшило вес генератора и увеличило вибрационную устойчивость агрегата. Тормозная система 4, воздухоохладители 8 генератора и система пожаротушения выполнены так же, как и у подвесного генератора.
Зонтичный генератор самого крупного в мире гидроагрегата, изготовленного отечественной промышленностью для Красноярской гидроэлектростанции, приведен на рис. 5-5. Мощность генератора 500 тыс. кВт, скорость вращения 93,8 об/мин, напряжение 15750 в, нагрузка на подпятник 2 500 Т. Вес ротора составляет 900 т, а общий вес генератора 1 640 т.
Генератор выполнен с опорой подпятника на крышке турбины. Собственного вала генератор не имеет, и ротор его крепится к валу турбины, что дало возможность создать генератор компактным общей высотой всего 8,35 м.
Статор 1 генератора имеет обычную разъемную конструкцию, наружный диаметр его 19,1 м и вес 400 т. Конструкция ротора 2 отличается тем, что втулка его, являющаяся также втулкой подпятника 7, закрепляется болтами на верху вала турбины 15. К верхней части втулки присоединена короткая надставка вала 10, служащая для фиксирования ротора в верхнем направляющем подшипнике 9. Верхняя крестовина 3, являющаяся опорой подшипника, облегченная, лучевого типа, не выступает над полом машинного здания. Возбуждение генератора независимое ионное с вспомогательным генератором 4 и его возбудителем 5. Сверху генератора находится генератор 6 электропривода регулятора.
Охлаждение обмоток статора генератора водяное, а обмоток ротора — форсированное воздушное с помощью воздухоохладителей 8. Остальные детали и узлы генератора — система пожаротушения 12, тормозные домкраты 11, опоры подпятника 14, перекрытие 13, распорные домкраты 16 и др. особых отличий не имеют.