МИКРОГЭС С ВЫСОКОИСПОЛЬЗОВАННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ

Полезная модель «МикроГЭС с высокоиспользованным генератором» относится к области энергетики, а именно к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии. Она может быть использована для электрификации труда и быта населения, проживающего в районах, не имеющих постоянного энергоснабжения (небольшие населенные пункты горных районов, подсобные хозяйства, чабаны отгонного животноводства, пограничные заставы, геологические партии, насосные станции для подачи воды в населенные пункты и коллективные сады, лесничества, станции катодной защиты (газопроводов, нефтепроводов), станции автозаправки и зарядки аккумуляторов, космостанции и т.д.).
Одним из аналогов является МкГЭС Харьковского турбинного завода им. Кирова (1, 2). В ней рабочее колесо пропеллерного типа встроено в генератор с полым ротором. Агрегат прямоточный. В водоподводящем и отводящем патрубке полого корпуса ротора закреплены лопатки направляющего аппарата и специальные опоры с обтекателями, в которых расположены рационально-упорные подшипники вала рабочего колеса. В качестве генератора используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Активные узлы ротора генератора укреплены на лопастях рабочего колеса турбины. В качестве источника реактивной мощности для него применена батарея конденсаторов. Для регулирования мощности, частоты и напряжения использована дополнительная управляемая балластная нагрузка.
Недостатками данной МкГЭС являются: сложность конструкции, характеризующаяся расположением рабочего колеса внутри вала ротора генератора и связанная с этим борьба с попаданием влаги в электрическую часть (обмотки статора и ротора); необходимость увеличения диаметра вала генератора для размещения рабочего колеса и обеспечения через него
требуемого расхода воды и, соответственно, мощности МкГЭС; ухудшение условий охлаждения статора из-за вынужденного исключения вентилятора, что вызывает необходимость снижения тока в его обмотке или, соответственно, увеличения сечения, а значит, размеров, веса и стоимости агрегата; увеличение центробежных сил с увеличением диаметра и массы ротора при креплении на лопастях рабочего колеса активных электрических узлов. Это требует увеличение их прочности, особенно при пропеллерном рабочем колесе, для которого характерна значительная частота вращения при аварийных снижениях (сбросах) нагрузки (4).
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам является МкГЭС, созданная в соответствии с патентом №1780551 A3 F03B 13/00. (3) Суть конструкции состоит в том, что с сердечника статорной стали снимается толстостенный корпус (станина) и вместо него плотно, ликвидировав воздушный зазор, надевается «рубашка» из материала повышенной теплопроводности (например, из дюралюминия или нержавеющей стали). С ротора снимается вентилятор. Заменяются открытые (для входа и выхода воздуха) передняя и задняя подшипниковые крышки на закрытые. Место их соединения с «рубашкой», вывод электрических проводов из «рубашки», выход вала ротора генератора к рабочему колесу турбины выполняются со специальными уплотнениями. Полученная капсула с генератором вмонтирована в отсасывающей трубе гидротурбины на распорках.
Недостатком данной МкГЭС является трудность эксплуатации, связанная с использованием сложных уплотнений для изоляции капсулы с электрогенератором от влаги, а также трудоемкость ее разборки и сборки для осмотра, ремонта. Кроме того, область эффективного использования этой конструкции ограничена мощностью до 50 кВт.
Задача предлагаемой полезной модели в повышении надежности, безопасности, упрощении эксплуатации, расширении зоны эффективного использования по мощности.
Технический результат - повышение эффективности работы МкГЭС за счет улучшения условий охлаждения генератора, увеличения безопасности, надежности, удобства в сборке и демонтаже при транспортировке, увеличение относительной величины мощности.
Технический результат достигается тем, что высокоиспользованный генератор выносится из водопотока (отсасывающей трубы) турбины наружу и соединяется с валом гидротурбины, выведенным через колено отсасывающей трубы.
Предлагаемая МкГЭС включает гидротурбину с генератором электрического тока, выведенным наружу через колено отсасывающей трубы и соединенным с валом турбины и отличается тем, что станина статора генератора выполнена в виде рубашки, которая плотно одета на пакет статора, к торцам которого приварены фланцы подшипниковых крышек, причем вокруг рубашки создан кожух для образования камеры охлаждения, которая снабжена трубами, подводящими и отводящими охлаждающую воду, при этом генератор выполнен с меньшим диаметром, и удлиненным пакетом статора и сердечником ротора, на наружной поверхности рубашки выполнено рифление глубиной канавок 0,5-1,5 мм и шириной 3-5 мм, а поверхность пакета статора смазывается диэлектрическим заливочным композитом.
Общий вид МкГЭС с высокоиспользованным генератором представлен на фиг.1, где: 1 - напорный водовод, 2 - статорные колонны турбины, 3 - рабочее колесо, 4 - вал, 5 - соединительная муфта, 6 - корпус статора, 7 -камера охлаждения, 8 - слой теплопроводного композита, 9 - обтекатель, 10 - отсасывающая труба, 11, 12 - подводящая и отводящая охлаждающую воду трубы, 13 - кабель вывода электроэнергии.
МкГЭС работает следующим образом. Вода из напорного водовода 1 попадает на рабочее колесо турбины 3 и вращает ротор генератора, соединенного с валом 4 через муфту 5. Вал турбины выведен наружу из отсасывающей трубы 10. На статоре генератора выполнена камера
охлаждения с плотно надетой на него рубашкой 6 и кожухом 7 вокруг нее с щелью. Вода в камеру охлаждения подается подводящей и отводящей трубами 11 и 12. На поверхность статорного сердечника нанесен слой теплопроводного диэлектрического композита 8. Электроэнергия подается потребителю со щита управления и распределения.
Предлагаемая полезная модель обладает рядом преимуществ:
- Уменьшение на 30-50% по весу и стоимости по сравнению с аналогами;
- Удобство сборки и демонтажа для профилактики, ремонта и транспортировки.
- Увеличение безопасности, надежности и простоты эксплуатации и области эффективного использования по мощности до 100 кВт.
Библиографические данные
1. Микрогидроэлектростанции (рекламный проспект Харьковского турбинного завода).
2. Микрогидроэлектростанции (рекламный лист), НПО «Турбоатом», Украина, 310323, Харьков - 323.
3. Патент РФ 1780551 A3, F03В 13/00 Тамадаев A.M. и др.
4. Щапов Н.М. Турбинное оборудование гидроэлектростанций. ГЭИ, М-л, 1961.