На американском заводе Пыопорт-Пыоз кривая падения выпуска гидротурбин была также весьма значительной. На 1929—1930 гг. пришлись заказы Днепростроя (показаны на рисунке штриховкой), и кривая выпуска за счет этих заказов временно круто поднялась кверху. Выпустив в 1929 г четыре машины по 68 тыс. кВт, фирма произвела 387 тыс. кВт гидротурбин. Из диаграммы видно, каким незначительным был бы выпуск турбин американской фирмой в эти годы, если бы не заказы на днепровские турбины.
Рис 61 Диаграммы выпуска гидротурбин по годам (1921 — 1930) зарубежными заводами.
а — шведской фирмой Веркстаден Кристинехамн б — американской фирмой Ньюпорт Ньюз.
Чтобы совсем отказаться от импорта гидротурбинного оборудования, предстояло окончательно разрешить две проблемы увеличенье производственных возможностей и пропускной способности турбинного цеха и усиление металлургической базы Исходя из этого, по решению правительства в 1931 г на ЛМЗ началось строительство мощного специального гидротурбинного цеха, первая очередь которого была пущена в 1935 г, а вторая очередь — в 1937 г Благодаря этому появилась возможность производства гидротурбин практически любой необходимой мощности К этому времени ЛМЗ осваивает гидротурбины радиально-осевого и поворотно-лопастного типов, мощностью 15—20 тыс. кВт, со всем основным и вспомогательным оборудованием.
Рост и развертывание гидротурбинного производства с одновременным переходом на изготовление турбин больших мощностей заставили отказаться от чистого экспериментирования и частичного усовершенствования устаревших моделей Работники завода и лаборатории стали на путь создания собственных методов расчета и проектирования рабочих колес, разработки собственной методики экспериментирования; Успехи в этой области были достигнуты. благодаря тому, что работы И. Н. Вознесенского по теории гидротурбин получили дальнейшее развитие в трудах ближайших его преемников, разработавших теорию расчета рабочих колес поворотно-лопастных турбин, метод электрогидродинамической аналогии применительно к расчету колес и создавших ряд других теоретических работ по расчетам колес.
В 1937 г. был закончен выпуск поворотно-лопастных турбин для гидроэлектростанций канала имени Москвы: Иваньковской, Карамышевской, Перервинской, Листвянской, а также для Нижне- Туломской и др. Наиболее крупными из них явились турбипы Иваньковской ГЭС мощностью по 15 тыс. кВт при напоре 13 м, с диаметром рабочего колеса 5 м при 100 об/мин. Машины с маркой ЛМЗ в большинстве своем показали высокие энергетические и эксплуатационные качества. К. и. д. турбин ЛМЗ, как показали исследования на действующих гидроэлектростанциях, значительно превосходил к. и. д. турбин иностранных фирм. К. и. д. турбин, установленных на Иваньковской ГЭС,— 93,7%—самый высокий в мире (в то время) для турбин поворотно-лопастного типа.
Впервые в практике отечественного гидротурбостроения турбины для гидроэлектростанций канала имени Москвы были полностью автоматизированы на основе конструкций, разработанных ЛМЗ. Все операции по пуску и остановке агрегатов производятся от поворота ключа управления на пульте станции1 (рис. 62). В дальнейшем все мощные гидротурбины выпускались с учетом полной автоматизации управления агрегатами.
Из турбин для высоких напоров наиболее сложными в техническом отношении явились изготовленные на ЛМЗ в 1937—1938 гг.. радиально-осевые турбины на напор 170 м, мощностью 25 тыс. кВт. Для этих турбин ЛМЗ также спроектировал дисковый затвор с входным диаметром 2,1 м взамен обычно применявшихся за границей на аналогичные напоры шаровых затворов, имеющих большие габариты и вес. Для того времени это решение было весьма прогрессивным.
Накопленный опыт конструирования гидротурбин, наличие специального гидротурбинного цеха и экспериментально-исследовательской базы позволили коллективу ЛМЗ уверенно взяться в 1937 г. за создание уникальных поворотно-лопастных турбин для верхневолжских ГЭС — Угличской и Рыбинской; каждая турбина имела мощность 65 тыс. кВт при напоре 15,5 м, расходе воды 500 м3/сек и 62,5 об/мин. При напоре 20 м турбина развивала мощность 70 тыс. кВт.
В 1939 г. была выпущена первая турбина для Угличской ГЭС. Рабочее колесо с диаметром лопастей 9 м и втулкой диаметром3,7 м имеет общую длину 7,5 м и весит 304 т.
1 М. Смирнов. Регуляторы гидротурбин канала Москва — Волга. «Советское котлотурбостроение», 1938, № 1.
Рис. 62. Диспетчерский пункт управления канала имени Москвы.
Корпус втулки представляет собой массивную стальную отливку весом около 70 т. В корпусе втулки закреплены четыре лопасти с цапфами весом 20 т каждая и расположен механизм поворота. Общий вес турбины 1300 т1. Диаметр статора наибольшей по габаритам детали — верхнего кольца направляющего аппарата — 14 м. Диаметр главного рабочего вала 1300 мм и вес его 48 т. Советским конструкторам пришлось преодолеть серьезные трудности гидравлического и технологического свойства, как, например, отливка фасонных деталей весом 60 т, отливка из нержавеющей стали и термообработка лопастей весом 20 т и пр. С высокой точностью была разрешена задача статической балансировки рабочего колеса в собранном виде.
В довоенные годы, а затем в 1944—1945 гг. ЛМЗ изготовил несколько таких турбин и ввел их в эксплуатацию.
Ряд новых решений был введен и в конструкцию гидрогенераторов. Особенностью гидрогенераторов зонтичного типа явилось наличие в их конструкции электромагнитного устройства для разгрузки подпятника при пуске агрегата, так как нагрузка на подпятники этих машин, равная 2100 г, превышала все известные тогда примеры (максимальная в то время в мире нагрузка на подпятник имела место на генераторах ГЭС Бонневиль в США и составляла 1350 г).
1 Модернизация конструкции турбины Угличской ГЭС, проведенная в послевоенные годы, дала 120 т экономии в весе каждой турбины. Несколько таких турбин было изготовлено ЛМЗ для Рыбинской ГЭС.
Поворотно-лопастные турбины Угличской и Рыбинской ГЭС, имеющие диаметр рабочего колеса 9 м, являлись, вплоть до изготовления турбин Волжской ГЭС имени Ленина, крупнейшими в мире Освоением этих машин советское гидротурбостроение выдвинулось на первое место в мире по производству поворотно-лопастных турбин За создание этих турбин группе работников ЛМЗ была присуждена в 1946 г Государственная премия.
Особенно ярко продемонстрирован высоким класс советского гидротурбостроения в годы послевоенной пятилетки на примере Днепровской ГЭС — крупнейшей гидроэлектростанции в Европе, варварски разрушенной немецко-фашистскими захватчиками в 1941 г.
Во время пуска Днепрогэса в 1932 г отечественная промышленность не могла еще изготовить столь мощные и крупные гидротурбины, какие требовались для этой станции, поэтому они были закуплены в США В конце Великой Отечественной войны, когда стал вопрос о восстановлении Днепрогэса, у нас уже были все необходимые возможности, чтобы изготовить турбины почти без помощи иностранной техники Проект восстановления гидроэлектростанции предусматривал максимально возможное увеличение мощности станции путем установки в сохранившихся габаритах подводной части ГЭС более мощных гидротурбин с более высокими энерго-эксплуатационными показателями по сравнению с показателями американских турбин, установленных на станции до разрушения 1 Было принято решение шесть турбин из девяти изготовить на ЛМЗ, а три — в США, на заводе Ньюпорт-Ньюз.
Изготовленные в 1946 г на ЛМЗ радиально-осевые турбины 2 имеют поминальную мощность 75 тыс. квт (мощность старых американских турбин — 62 тыс. кВт) при расчетном напоре 36,3 м и 83,25 об/мин. Максимальный напор гидроэлектростанции — 39,4 м ЛМЗ разработал новую конструкцию центрального узла турбины — рабочего колеса весом 92 т, имеющего диаметр 5,45 м и высоту 3,1 м Впервые в практике мирового гидротурбостроения рабочее колесо столь большого веса и размеров изготовлялось на Ново-Краматорском заводе цельнолитым, что способствовало сокращению объема работы по изготовлению колеса, экономии на каждой турбине 12 т металла и сокращению на три месяца цикла плотопления и монтажа турбин Такие же колеса в американских машинах выполнены разъемными, из трех частей, соединенных бандажами Более совершенные конструкции узлов и деталей позвопили снизить удельный вес советской турбины на 16% (5,8 кг на 1 кВт мощности против 7,25 кг/кВт на старых американских турбинах40) и увеличить к.п.д. на 2,7% (93% против 90,3% на старых американских, действовавших до 1941 г ).
1 Американские турбины характеризовались низкими энергетическими и эксплуатационными качествами Максимальный к.п.д. их фактически не превосходил 90,5% Сильные гидравлические удары в области всасывающих труб и вибрации агрегатов создавали весьма тяжелые условия для эксплуатации.
2 Н Ковалев и др Новые турбины для Днепровской ГЭС Машгиз, 1951
В днепровских турбинах отечественной конструкции впервые в мировой практике гидротурбостроения была создана и осуществлена сварная конструкция спирали с входным диаметром 8 м и площадью в плане 400 ле2, что резко сократило трудоемкость изготовления этого узла и повысило его надежность Американская спираль была выполнена клепаной Направляющий подшипник турбины был разработан на водяной смазке более простой конструкции, чем на американских машинах В турбине применено специальное разгрузочное устройство, снижающее осевое давление на опорную пяту агрегата Впервые была применена гидроблокировка статора турбин, автоматически обеспечивающая правильную очередность включения и выключения механизмов управления турбиной, благодаря чему исключались неправильные действия обслуживающего персонала Заново спроектирована также вся система регулирования, имеющая мощный регулятор типа УК (универсальный), высокую чувствительность и точность регулирования.
Испытания регулятора ЛМЗ на различных гидроэлектростанциях (Днепровская, Нива 3, Цимлянская, Широковская и др ) показали его более высокие эксплуатационные и динамические качества по сравнению с регуляторами иностранных фирм зона чувствительности регулятора ЛМЗ составляет малую величину (в пределах 0,1%), тогда как, например, в регуляторах американской фирмы Вудворт эта величина составляет 0,25% 41 и т д.
Сравнительные испытания построенных на ЛМЗ и установленных на Днепровской станции новых американских машин показали, что машины ЛМЗ дали большую мощность и лучший кпд Они развивают максимальную мощность почти до 80 тыс. кВт (т.е. выше расчетной), а их к.п.д. превышает 93% По мощности они примерно на 1500 кВт, а по к.п.д. на 0,01 превосходят установленные здесь же новые (построенные после второй мировой войны) американские турбины, последние уступают турбинам ЛМЗ также в надежности и точности работы ряда деталей и менее чувствительны при регулировании.
На рис. 63 показаны сравнительные рабочие характеристики советских и американских турбин на Днепровской ГЭС, снятые во время испытаний при напоре 37,5 м.
Созданием днепровских турбин отечественное гидротурбостроение вышло на одно из первых мест в мире в области производства мощных средненапорных радиально-осевых гидротурбин (см. рис. 74) Коллективу конструкторов и производственников ЛМЗ, создавшему эти турбины, была присуждена в 1949 г Государственная премия.
- Удельный вес новых американских турбин Днепрогэса 6,2 кг/кВт
- Точность peгулирования в старой американской конструкции регулятора 0,5%
В послевоенное время вся потребность в гидротурбинам покрывалась отечественным производством.
ЛМЗ изготовил ряд гидротурбин радиально-осевого типа мощностью по 85 и 60 тыс. кВт для средних напоров, а также мощностью 55 тыс. кВт для высоких напоров (см табл. 28).
При создании радиально-осевых турбин мощностью 55 тыс. кВт при напоре 285 м 42 для Гюмушской ГЭС Севано-Разданского каскада коллективу ЛМЗ пришлось решить ряд сложных технотогических задач в связи с высоким напором и большими скоростями воды Особенно следует отметить отливку из нержавеющей стали рабочего колеса турбины диаметром 2,65 м и весом 12 т и изготовление шарового затвора.
Рис 63 К п д турбин Дпепровской ГЭС по данным натурных исследований при напоре 37,5 м.
1 — турбины Ленинградского металлического за вода 2—американские турбины фирмы Ньюпорт Ньюз.
На Гюмушской ГЭС наряду с турбинами производства ЛМЗ установлены шведские турбины, изготовленные в 1952 г Советские турбины отличаются от иностранных большей.
компактностью, спокойной и безвибрационной работой, и ввод их в промышленную эксплуатацию в 1952 г происходил без пусконаладочных работ.
Развитие советской гидроэнергетики до последнего периода шло, главным образом, по пути освоения гидроресурсов равнинных рек Европейской части СССР, характеризуемых большими расходами воды и небольшими падениями Большие расходы воды приводили к необходимости получения максимально возможных мощностей в одном агрегате, с целью сокращения числа агрегатов на гидроэлектростанции Это достигалось как увеличением размеров турбины, так и увеличением ее быстроходности Отмеченные обстоятельства объясняют, с одной стороны, распространение в нашей стране для сравнительно низконапорных гидроэлектростанций турбин поворотно-лопастного типа, пропускающих большие расходы воды и имеющих поэтому большие размеры колеса, а с другой стороны — последовательный переход ко все более крупным гидроагрегатам.
В послевоенный период все гидроэлектростанции великого Волжского каскада — от Иванькова до Волгограда, все низконапорные ГЭС (Цимлянская и др ) оборудованы поворотно-лопастными турбинами отечественного производства.
Наибольший напор для радиально-осевых турбин на гидроустановках в СССР — 285 м, за рубежом — до 543 м (ГЭС Хемсит, Норвегия) В июле 1961 г ЛМЗ изготовил турбину для Храмгэс 2 на напор 324 м при 428 об/мин.
