8663

8

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