Гидрогенераторы. 
Общая энергетика. 
Основное оборудование

Гидрогенераторы относятся к числу тихоходных электрических машин (см. рис. 11.4). Их частота вращения значительно ниже частоты вращения турбогенераторов (п = 50−600 об/мин, в зависимости от напора воды).

Как правило, гидрогенераторы выполняются с вертикальным расположением вала.

Рис. 11.4. Основные конструктивные узлы гидрогенератора:

• 1 — регуляторный генератор; 2 — втулка подпятника; 3 — диск подпятника; 4 — болт регулировки; 5 — опора сегмента; 6 — охладитель масла;
• 7 — токопровод к обмотке ротора; 8 — статор; 9 — обмотка ротора;
• 10 — охладитель; 11 — спицы ротора; 12 — обмотка статора; 13 — обод ротора; 14 — полюсы ротора; 15 — тормоз; 16 — основание; 17 — нижняя крестовина; 18 — соединительный фланец; 19 — вал ротора; 20 — втулка ротора;
• 21 — контактные кольца; 22 — верхняя крестовина

Исключение составляют гидрогенераторы с большой частотой вращения и капсульные гидрогенераторы (рис. 11.5), которые выполняются горизонтальными и небольшой мощности.

Вертикальные гидрогенераторы (рис. 11.4) имеют один опорный подшипник (подпятник), общий для всего гидроагрегата турбины — генератор. Подпятник воспринимает большую нагрузку, определяемую массой ротора генератора и рабочего колеса турбины, а также вертикальной составляющей реакции воды, и передает ее крестовине, которая называется в этом случае опорной. Радиальные усилия, действующие на ротор, воспринимают два направляющих подшипника. Они же обеспечивают вертикальное положение ротора.

Рис. 11.5. Капсульный гидрогенератор СГКВ811/145−116

В зависимости от расположения подпятника различают гидрогенераторы подвесного и зонтичного типов. В гидрогенераторе подвесного типа (рис. 11.6, а) подпятник находится над ротором, в верхней опорной крестовине, а в гидрогенераторе зонтичного типа (рис. 11.6, б) он находится под ротором, в нижней опорной крестовине. Подвесное исполнение гидрогенератора обеспечивает ему более высокую механическую устойчивость и более свободный доступ к подпятнику и другим частям агрегата, а зонтичное исполнение позволяет уменьшить массу агрегата, снизить его высоту и соответственно высоту всего здания гидроэлектростанции. Границы применения генераторов подвесного или зонтичного типа в основном определяются их мощностью и частотой вращения. При больших диаметрах статора и нагрузках на пяту, что имеет место в мощных тихоходных гидрогенераторах, целесообразно зонтичное исполнение, которое позволяет значительно сократить размеры опорной крестовины и выполнить ее из частей, доступных для транспортировки.

Рис. 11.6. Принципиальная схема конструкции гидрогенераторов: а — подвесной тип; б — зонтичный тип; 1 — возбудитель; 2 — верхний направляющий подшипник; 3 — подпятник; 4 — верхняя крестовина;

5 — ротор; 6 — нижний направляющий подшипник; 7 — нижняя крестовина

На 64 гидроэлектростанциях России мощностью 30 МВт и более работают 395 агрегатов общей мощностью около 44 ГВт (44 тыс. МВт) (табл. 11.4).

Основная доля вырабатываемой гидроэлектростанциями электроэнергии (54,2%) в России приходится на гидрогенераторы большой мощности (200−640 МВт). Из 120 ГЭС в мире мощностью 1000 МВт и более российских 10, т. е. одна двенадцатая часть. Однако использование гидропотенциала по нашей стране неравномерное: в европейской части страны оно составляет 46,4%, в Сибири 19,7%, в восточных регионах только 3,3% и в среднем по стране около 20%.

Мощность гидрогенераторов.

Таблица 11.4

Экономически целесообразный к использованию гидропотенциал страны составляет 850 млрд кВт ч в год, что примерно в 5 раз больше возможностей сегодняшних ГЭС. Во Франции и Германии степень использования экономически целесообразного гидропотенциала более 90%, в Японии — 84%, в США — 73%, Испании — 63% и т. д.

Мощности единичных гидроагрегатов определяются прежде всего параметрами источников гидроэнергии, однако в настоящее время имеется тенденция увеличения мощности применяемых гидрогенераторов. Рекордными по полной или кажущейся (измеряемой в мегавольт-амперах — MB A) мощности гидрогенераторами могут быть названы машины ГЭС Итайпу (Бразилия) — 823,6 MB A, Саяно-Шушенской ГЭС (Россия) — 640 MB A, 142,8 об/мин, Гранд-Кули (США) — 600 MB A, 73,2 об/мин.

Обычно в гидрогенераторах используется воздушное и водяное охлаждение (косвенное, форсированное или непосредственное).

При непосредственном охлаждении охлаждающий агент (воздух или жидкость) непосредственно соприкасается с проводниками, отводя от них теплоту. Эффективность охлаждения резко возрастает, если в качестве охлаждающего агента применяется вода. Непосредственное водяное охлаждение обмотки статора впервые в мире было применено на гидрогенераторах Красноярской ГЭС. Зарубежные фирмы также уделяют много внимания проблемам использования непосредственного водяного охлаждения гидрогенераторов. Водой могут охлаждаться не только обмотки статора и ротора, но и сердечники статора (рис. 11.7), его нажимные плиты.

Рис. 11.7. Сегментный пакет сердечника статора гидрогенератора:

1 — сегмент; 2 — зубец сегмента; 3 — спинка сегмента; 4 — радиальный канал; 5 — паз статора; 6 — распорка

КПД гидрогенераторов весьма высок. При больших мощностях он достигает 97−98.7%.