ГЛАВА VII
ГИДРОГЕНЕРАТОРЫ
§ 28. Типы гидрогенераторов и их главнейшие части
Для передачи больших мощностей на дальние расстояния наибольшее распространение в настоящее время получил трехфазный ток.
Ввиду этого на гидроэлектростанциях применяются, главным образом, генераторы трехфазного тока.
Гидрогенераторы, в зависимости от расположения вала разделяются на вертикальные и горизонтальные.
Рис. С4. Гидрогенератор 15 000 ква, 167 об/мин (продольный разрез).
В настоящее время большинство крупных установок с турбинами Френсиса и Каплана выполняется с вертикальным валом. Поэтому мы будем рассматривать гидрогенераторы именно этой конструкции. Вертикальные гидрогенераторы делятся на два основных типа: подвесной
и зонтичный.
В подвесном типе генератора подпятник расположен над ротором (см. § 29) и опирается на верхнюю крестовину, установленную на станине статора.
В зонтичных генераторах подпятник расположен под ротором и опирается на нижнюю крестовину. Таким образом последняя несет всю нагрузку от вращающихся частей и гидравлического давления. В машинах большой мощности устраивают иногда верхнюю крестовину легкой конструкции с отдельным направляющим подшипником. Таковы основные различия в типах гидрогенераторов.
Для ознакомления с гидрогенераторами подвесного типа на рис. 64 изображен разрез генератора мощностью 15 000 ква, 167 об/мин, постройки завода «Электросила» им. С. М. Кирова. Главнейшими частями здесь являются: статор 1 (неподвижная часть генератора), состоящий из корпуса, несущего активное железо и обмотку; он опирается при помощи специальных плиток на бетонный фундамент машинного зала станции; ротор 2 (вращающаяся часть генератора) с явно выраженными полюсами, т. е. с отдельными полюсами, состоящими из железных сердечников и надетых на них катушек обмотки возбуждения, — вставлен в статор с некоторым зазором, называемым междужелезным пространством; рабочий в а л 3, несущий на себе ротор генератора, своим верхним концом опирается при помощи опорной втулки 4 на диск подпятника 5, расположенный на верхней крестовине и снабженный амортизационными пружинами. (Вал направляется двумя подшипниками, один из которых (7) расположен над ротором и второй (3) под ротором. Нижний конец вала имеет фланец, которым вал генератора жестко соединяется с валом турбины; ротор агрегата таким образом висит на подпятнике.
Следовательно, статическая нагрузка на подпятник генератора слагается из веса вала и ротора генератора, вала и рабочего колеса турбины и, наконец, в некоторых конструкциях генераторов — якоря-возбудителя, сидящего на верхнем конце вала генератора. Кроме того, на подпятник 5 во время работы агрегата передается еще дополнительное усилие от давления воды на лопасти рабочего колеса турбины. Величина этой нагрузки зависит от конструкции турбины и напора и иногда может достичь значительной части (до 60% от полного) общего усилия на подпятник.
Верхняя крестовина служит в подвесных генераторах для передачи всего суммарного давления, воспринимаемого подпятником, на фундамент, поэтому она составляет весьма ответственную часть конструкции генератора в механическом отношении. Верхняя крестовина представляет собой систему балок, опирающихся на верхнее кольцо статора. В зависимости от размера статора верхние крестовины для малых машин выполняются в виде моста с двумя параллельными балками. Для больших машин верхние крестовины выполняются в виде звезды, как, например, в генераторах, рис. 64, с радиально расположенными балками- лапами, которые крепятся к центральной части втулки. На верхнем диске крестовины располагается подпятник, а внутри втулки крестовины помещен верхний направляющий подшипник.
Нижняя крестовина 9 служит для поддержания нижнего направляющего подшипника; она устанавливается независимо от статора на бетонное кольцо турбинной шахты. Нижняя крестовина, аналогично верхней, выполняется в виде моста из двух параллельных «балок или в виде звезды с радиально расположенными лапами. Длина лап зависит от диаметра шахты; размер шахты определяется величиной диаметра рабочего колеса турбины, который обычно много меньше диаметра ротора генератора; поэтому нижняя крестовина в собранном виде может свободно устанавливаться на свое место через статор генератора. Второе назначение нижней крестовины заключается в том, что на ней устанавливаются тормоза-домкраты Г, служащие для торможения ротора генератора при его остановке и для подъема ротора при монтаже и ремонтах подпятника. В этом случае нагрузка на нижнюю крестовину, по сравнению с верхней меньше на величину реакции воды при работающей турбине. Кроме того, эта нагрузка приложена обычно на концах лап, т. е. ближе к опорной их части, а в некоторых случаях — непосредственно над фундаментом. Вследствие указанного нижняя крестовина в генераторах подвесного типа конструктивно более легкая, чем верхняя крестовина.
На рис. 65 показан продольный разрез генератора подвесного типа мощность 16 500 ква при 500 об/мин; вследствие большого числа оборотов он по размерам значительно меньше, чем изображенный на рис. 64. Верхняя крестовина выполнена в виде моста из балок, подпятник расположен значительно ниже верхнего пояса балок крестовины, а опорная втулка его только немного выступает своей верхней кромкой над крестовиной, тем самым уменьшая общую высоту генератора. Кроме того, в данном случае весьма удобно встроен верхний направляющий подшипник, охватывающий не вал генератора, а опорную втулку подпятника, т. е. верхний подшипник совмещен с конструкцией подпятника. Это обстоятельство дает большие удобства в эксплуатации при осмотре и разборке вкладыша.
На рис. 66 показан генератор подвесного типа мощностью 77 500 ква, 88,25 об/мин, построенный заводом «Электросила» им. С. М. Кирова. На верхней крестовине генератора расположен подпятник, рассчитанный на давление 950 г, поверх которого расположен вспомогательный генератор мощностью 750 ква, 2300 в. Ротор вспомогательного генератора насажен на верхний торец опорной втулки подпятника, сидящей на валу генератора. Над вспомогательным генератором расположен его возбудитель мощностью 37 квт.
Рис. 65. Гидрогенератор 16 503 ква, 500 об/мин (продольный разрез)
Вспомогательный генератор служит для питании мотор-генератора мощностью 375 квт, 250 в, 1450 об/мин, работающего на возбуждение главного генератора и на асинхронные двигатели масляных насосов регуляторов турбин.
Рис. 66. Гидрогенератор 77 500 ква 88,25 об/мин
Один из двух направляющих подшипников размещен в верхней крестовине непосредственно под подпятником, второй подшипник расположен под ротором генератора и встроен в нижней крестовине, которая служит также для размещения на ней тормозов- домкратов. Контактные кольца ротора главного генератора размещены внутри барабана верхней крестовины непосредственно под верхним направляющим подшипником, что является весьма удобным для обслуживания их с площадки, перекрывающей статор генератора.
Рис. 67. Гидрогенератор 70000 ква, 62,5 об мин
Для ознакомления с генераторами зонтичного типа рассмотрим
генератор, представленный на рис. 67. Характерной особенностью этого генератора, как указано было выше, является расположение подпятника ниже ротора.
Зонтичный генератор обладает рядом преимуществ:
- высота верхней части генератора над статором по сравнению с генератором подвесного типа получается значительно меньшей; это объясняется тем, что здесь верхняя крестовина значительно легче и меньше по размерам, так как она является лишь опорой направляющего подшипника, неподвижной части возбудителя и верхней площадки для обслуживания; в некоторых конструкциях генераторов зонтичного типа верхняя крестовина, даже в таком упрощенном виде, совершенно отсутствует, так же как и верхний вкладыш; в этом случае еще более уменьшается высота агрегата и машинного зала;
- подпятник расположен под ротором, всю основную нагрузку воспринимает нижняя крестовина, которая конструируется поэтому значительно прочнее, чем в подвесном типе; однако она относительно легче верхней крестовины подвесного типа, так как размеры ее, в связи со значительным сокращением пролета, — меньше;
- вал генератора зонтичного типа в связи с уменьшением верхнего строения значительно укорачивается, что позволяет понизить отметку расположения подъемных кранов и, следовательно, уменьшить высоту машинного зала, чем несколько удешевляется стоимость постройки здания;
- бетонный фундамент под статором облегчается, так как вес вращающихся частей и реакция воды воспринимаются в этих генераторах нижней крестовиной, опирающейся лапами на кольцевой выемке шахты значительно меньшего диаметра, чем наружный диаметр статора генератора. Объем бетонных работ для основания под генератор при зонтичном типе сокращается;
- при одинаковом диаметре генераторов двух типов и одинаковой нагрузке на пяту общий вес генератора при зонтичном исполнении также снижается; особенно это сказывается на генераторах с большим статором.
Указанные общие соображения говорят в пользу применения зонтичной конструкции генераторов. В эксплуатационном отношении зонтичный тип генератора также имеет значительные преимущества:
- имеется полная возможность одновременного и легкого наблюдения за наиболее ответственными частями генератора — подшипником и, особенно, контактными кольцами;
- разборка генератора при ремонте обмотки статора или ротора является простой и удобной.
