8663
.pdf8
9
1 – дно реки; 2 – уровень воды в реке; 3 – створ водоприемника или плотины; 4 – створ здания ГЭС; 5 – деривация; 6 – пьезометрическая линия; 7 – точка выклинивания подпора; 8 – головной и 9 – станционный гидроузлы; hпод – потери напора на кривой подпора; hдер − потери в деривации
8
9
Рисунок 4.4 − Плотинно-деривационная схема создания напора:
1 – дно реки; 2 – уровень воды в реке; 3 – створ водоприемника или плотины; 4 – створ здания ГЭС; 5 – деривация; 6 – пьезометрическая линия; 7 – точка выклинивания подпора; 8 – головной и 9 – станционный гидроузлы; hпод – потери напора на кривой подпора; hдер − потери в деривации
Кроме потенциальной энергии может быть использована энергия кинети-
ческая, т. е. энергия движения потока воды. Установки, использующие кинети-
ческую энергию, называют свободно поточными ГЭС – СП ГЭС (рис. 4.5).
21
Рисунок 4.5 – Схема свободно поточной ГЭС
4.2. Каскадное использование энергии рек
Каскадным называют использование водной энергии путем создания напора на нескольких, последовательно расположенных на одной реке створах
(ступенях). В каскаде могут быть как плотинные, так и деривационные схемы создания напора, а также плотинно-деривационные схемы.
4.3. Создание напора ГАЭС
На ГАЭС напор создается разностью уровней воды в верхнем и нижнем бассейнах. При работе ГАЭС в турбинном режиме за счет напора производится электроэнергия. При работе ГАЭС в насосном режиме напор является высотой подъема воды из нижнего бассейна в верхний бассейн.
4.4. Создание напора ПЭС
Напор ПЭС образуется при помощи плотины, отделяющей залив от моря.
Из-за этого изменения уровней в море и в заливе не совпадают во времени. При
приливе подъем уровня моря опережает подъем уровня в заливе, что и создает
22
напор. При отливе снижение уровня моря опережает снижение уровня в заливе,
что также создает напор.
23
5. ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
5.1. Общие сведения об оборудовании
Оборудование ГЭУ можно разделить на: основное технологическое,
вспомогательное технологическое, электрическое, механическое, подъемно-
транспортное.
Основное технологическое оборудование – оборудование, предназначен-
ное для производства продукции. Для ГЭС, ГАЭС, ПЭС продукция – это элек-
троэнергия. Для НС продукция – это количество подаваемой воды.
Вспомогательное технологическое оборудование – оборудование, предна-
значенное для обеспечения работы основного.
Электрическое оборудование – это оборудование для передаче электро-
энергии от технологического оборудования к ЛЭП или от ЛЭП к технологиче-
скому оборудованию.
Механическое оборудование – оборудование, обеспечивающее подачу воды к технологическому оборудованию или подачу воды от технологического оборудования к потребителям.
Подъемно-транспортное оборудование – оборудование для подъема-
опускания и перемещения другого оборудования при осмотрах, сборке-
разборке, ремонте и обслуживании.
5.2. Технологическое оборудование
Основное технологическое оборудование – это гидроагрегаты (агрегат в переводе означает совокупность элементов, образующих систему или её часть).
Гидроагрегаты принято представлять в виде двух частей: одна часть свя-
зана с гидравлической энергией; поэтому эту часть называют гидромашина;
другая часть связана с электрической энергией; поэтому эту часть называют
электромашина.
24
Гидроагрегат ГЭС состоит из гидротурбины (гидромашина) и гидроге-
нератора (электромашина).
Гидроагрегат ГАЭС в современном виде состоит из обратимой гидро-
машины, являющейся турбиной-насосом, и обратимой электромашины − двига-
телем-генератором.
Гидроагрегат ПЭС аналогичен гидроагрегату ГЭС.
Гидроагрегат НС состоит из двигателя (электромашина) и насоса (гид-
ромашина).
5.3. Технологическое оборудование ГЭС
Гидроагрегат ГЭС состоит из гидротурбины (гидромашина), гидрогенера-
тора (электромашина).
Гидротурбина служит для превращения водной энергии в механическую
(вращение).
Гидрогенератор превращает полученную от турбины механическую энер-
гию в энергию электрическую.
Конструктивно гидроагрегат ГЭС может быть вертикальным (с верти-
кальным валом), горизонтальным (с горизонтальным валом), с наклонным ва-
лом, с вертикальным валом турбины и горизонтальным валом генератора и наоборот и др.
Наибольшее распространение получили вертикальные гидроагрегаты (из-
за меньшей сложности) (рис. 5.1).
Горизонтальные гидроагрегаты являются более компактными, но и более сложными в конструктивном отношении (рис. 5.2).
5.3.1. Гидротурбины
Предназначаются для преобразования гидравлической энергии в механи-
ческую (обычно в энергию вращения).
Классы турбин: реактивные; активные.
25
Типы турбин: реактивные – осевые (поворотно-лопастные ПЛ (Каплана);
пропеллерные (Пр)); радиально-осевые (Френсиса) РО; диагональные Д и др.;
26
Рисунок 5.1 – Схемы вертикальных гидроагрегатов ГЭС:
1 – ротор генератора; 2 – статор генератора; 3 – рабочее колесо; 4 – турбинная камера; 5 – колонны статора турбины; 6 – лопатки направляющего аппарата; 7 – отсасывающая труба; 8
– вал; 9 – фланец вала; 10 – верхняя крестовина; 11 – нижняя крестовина; 12 – крышка турбины; 13 – опорная конструкция; НП – направляющий подшипник; ПП – подпятник; ТНП – турбинный направляющий подшипник
Рисунок 5.2 – Горизонтальный гидроагрегат ГЭС
27
активные – ковшовые К (Пельтона); поперечно-струйные (Банки); наклонно-
струйные (Тюрго); свободно-поточные (СП) и др.
Конструкции гидротурбин. Турбины делятся на реактивные и активные.
Реактивные – это турбины, у которых вода поступает на рабочее колесо в одном направлении, а колесо поворачивается в сторону противоположную.
Активные – турбины, в которых направление воды и поворот колеса про-
исходят в одну сторону.
Турбина состоит из следующих элементов:
–рабочего колеса (ротора турбины); D1 – диаметр рабочего колеса (рис.
5.3и 5.4);
–статора турбины (неподвижной части);
–устройства, подводящего к турбине воду;
–устройства, отводящего от турбины воду;
–устройства для изменения расхода воды;
–системы управления работой турбины.
Рисунок 5.3 – Рабочие колеса ПЛ и Д турбин
28
Рисунок 5.4 – Рабочие колеса РО турбин
Активные турбины показаны на рис. 5.5 и 5.6.
Рисунок 5.5 – Конструкция ковшовой гидротурбины
Турбинные камеры. Назначение: подвод воды к рабочему колесу.
Виды: открытая (безнапорная); закрытые – прямоугольная; кожуховая;
спиральная (рис. 5.7, 5.8); прямоточная. Конструкция: по материалам – бетон-
ная; железобетонная; стальная; сталежелезобетонная (слои: стальная оболочка,
стальная арматура, бетон). Конструкция выбирается по величине давления во-
ды на стенки камеры (напора).
29
Рисунок 5.6 – Активные турбины Тюрго и Банки
Рисунок 5.7 – Бетонная (железобетонная) спиральная турбинная камера
30