ГИДРОГЕНЕРАТОР
HYDROGENERATOR

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано во всех гидроагрегатах гидравлических и гидроаккумулирующих электростанциях (ГЭС и ГАЭС).
Известен гидрогенератор, содержащий статор и ротор с остовом в виде спиц, масляную ванну подпятника, имеющую корпус, крышку, втулку подпятника, насаженную на вал ротора, и уплотняющие камеры, размещенные по внутреннему и наружному диаметрам втулки, охладители, установленные в камерах, выполненные в виде кольцевых труб и предназначенные для конденсации масляных паров (авторское свидетельство СССР №875541, кл. H02K 5/12, 1980 г.).
К недостаткам устройства относятся:
недостаточная надежность и долговечность, вызванная тем, что при контакте окружающего трубопроводы воздуха с холодными поверхностями на них конденсируется влага, содержащаяся в воздухе, которая неизбежно стекает в масляную ванну и смешивается с маслом. Наличие же воды в смазке вызывает такие нежелательные явления, как коррозия трущихся поверхностей и повреждение опор скольжения;
повышенная пожароопасность и загрязнение окружающей среды, вызванное тем, что пары могут относительно свободно выходить через зазор между вращающимся ротором и кольцевыми трубопроводами в окружающую среду, не успев сконцентрироваться на холодных поверхностях кольцевых трубопроводах, а поскольку кольцевые трубопроводы охлаждаются водой из водоема ГЭС, температура их поверхности, находящейся вблизи уплотнения, будет несколько выше, чем температура протекающей в них воды, которая не может быть ниже 0°С. Обычно температура охлаждающей воды колеблется в интервале от +2 до +25°С, а в южных широтах она может доходить до +(28-30)°С. Таким образом, большую часть года, а в южных широтах круглогодично интенсивность конденсации масляных паров на поверхностях трубопроводов относительно мала. Следовательно, известная конструкция конденсаторов недостаточно эффективна, а значит, ненадежна;
кроме того, относительно большая громоздкость и металлоемкость таких охладителей, сложность их монтажа и демонтажа во время установки и ремонта значительно снижают ремонтопригодность и экономичность гидрогенератора.
Известен гидрогенератор, содержащий ротор с остовом в виде спиц, масляную ванну подпятника, имеющую корпус, опорные элементы, выгородку, крышку и размещенные на крышке конденсаторы масляных паров и разъемный кольцевой фильтр, а также установленные снаружи корпуса на кронштейнах и платформах центробежные маслоотделители, снабженные воздушными винтами, размещенными в диффузорах и воздухо-воздушные эжекторы, причем внутренняя полость масляной ванны трубопроводом через конденсатор и маслоотделитель соединена с окружающей средой, а открытый конец трубопровода размещен внутри эжектора (авторское свидетельство СССР №1776624 А1, кл. H02K 5/16, 1989 г.).
К недостаткам устройства относятся:
недостаточная надежность и долговечность, вызванная тем, что конденсаторы охлаждаются водой, подаваемой к ним из верхнего бьефа. Температура воды в водоемах ГЭС обычно не опускается ниже (2-3)°С, а летом она достигает +(20-25)°С. Таким образом, большую часть года в южных широтах круглогодично интенсивность конденсации масляных паров на элементах конденсаторов относительно мала. Неосевшие пары масла вместе с воздухом будут попадать в центробежный маслоотделитель. Скорости потоков воздуха, циркулирующего в подпятниках гидроагрегатов, относительно малы и не позволяют раскрутить роторы центробежных маслоотделителей до частоты вращения, при которой все частицы паров масла, проходящие через них, будут отделены от идущего из маслованны к эжекторам воздуха и далее через эжекторы будут выброшены в окружающую среду. Это же обстоятельство, а именно недостаточная скорость движения циркулирующего в подпятниках воздуха, приводит к существенному снижению перепада давлений в эжекторах, а следовательно, к снижению их производительности;
кроме того, известное устройство практически не может быть использовано в подвесных гидроагрегатах, где маслованна расположена над спицами ротора непосредственно в машинном зале ГЭС.
Наличие указанных недостатков приводит к тому, что в известном устройстве имеет место загрязнение окружающей среды парами масла, расход масла из маслованны и повышенная пожароопасность от осевших на статорах и оборудовании паров масла.
Кроме того, известное устройство относительно громоздко и металлоемко, а также усложняет монтаж и демонтаж во время установки и ремонта, снижает ремонтопригодность и экономичность гидрогенератора.
Известен гидрогенератор, содержащий ротор с остовом в виде спиц, масляную ванну подпятника, имеющую корпус, опорные элементы, выгородку, крышку и размещенные на крышке конденсаторы масляных паров и разъемный кольцевой фильтр. За пределами маслованны установлены фильтр-отстойник и водяной эжектор, соединенные между собой и через конденсатор с воздушной полостью маслованны, ограниченной ротором, верхнем крышкой и наружной стенкой маслованны. Внутри конденсаторов расположены абсорбционные холодильные камеры. В корпусе конденсатора установлен маслосборник, имеющий форму усеченного конуса, сужающаяся часть которого обращена внутрь маслованны (патент RU №2161730, МПК 7, F03B 11/6, H02K 5/16, опубл. 10.01.2001, бюл.1).
К недостаткам устройства относятся:
отсасывание паров масла только из полости маслованны, ограниченной ротором, верхней крышкой и наружной стенкой маслованны, конденсации их и возвращением в форме каплепадения истоков по поверхности усеченного конуса внутрь маслованны.
Безусловно, что рассмотренное конструктивное решение по исключению выхода паров масла в окружающую среду является весьма эффективным, но ограниченным и неполным.
Недостатком рассмотренной конструкции является отсутствие отсасывания и утилизации масляных паров, выделяющихся в воздушную полость, ограниченную ротором и внутренней стенкой (выгородкой) маслованны, и беспрепятственно выходящих в окружающую среду, в помещение турбины и по всему гидроагрегату, через относительно большой зазор между внутренней стенкой (выгородкой) и поверхностью ротора. Следовательно, известная конструкция недостаточно эффективна.
Наличие указанного недостатка приводит к тому, что в известном устройстве имеет место загрязнение окружающей среды парами масла, расход масла из маслованны и повышенная пожароопасность от осевших на роторе, статоре и оборудовании паров масла.
Поставлена задача - повысить эффективность устройства путем полного исключения выхода паров масла из маслованны подпятника в окружающую среду.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом гидрогенераторе, содержащем ротор с остовом в виде спиц, масляную ванну подпятника, имеющую наружную внутреннюю стенку, крышку и размещенные на крышке конденсаторы масляных паров, разъемный кольцевой фильтр, фильтр-отстойник и водяной эжектор, соединенный между собой и через конденсатор с воздушной полостью маслованны, обсорбционные холодильные камеры с маслосборником, обратный клапан и герметичный вентиль. Согласно изобретению в маслованне установлены гибкие подковообразные трубопроводы, прижимающиеся жестко с помощью хомутов к наружной и внутренней стенке маслованны и к ее дну, при этом входные кромки торцов трубопроводов, прилегающих к внутренней стенке, расположены в воздушной полости маслованны, ограниченной ротором и внутренней стенкой и выше уровня масла, заполняющего маслованну, а выходные кромки трубопроводов, прилегающих к наружной стенке, расположены в воздушной полости маслованны, ограниченной ротором, наружной стенкой и крышкой и выше уровня масла, заполняющего маслованну, и входных торцов трубопроводов, прилегающих к внутренней стенке.
Гидрогенератор по п.1, отличающийся тем, что гибкие подковообразные трубопроводы установлены по всей периферии маслованны в вертикально расположенных радиальных плоскостях, проходящих между опорами сегментов.
Гидрогенератор по п.1, отличающийся тем, что воздушная полость маслованны, ограниченная ротором и наружной стенкой и крышкой, и воздушная полость маслованны, ограниченная ротором и внутренней стенкой, соединены между собой с помощью гибких I подковообразных трубопроводов.
Сущность изобретения подтверждается чертежом, где изображен общий вид гидрогенератора в вертикальном радиальном сечении.
Гидрогенератор содержит ротор 1, расположенный в масляной ванне, содержащей дно 2, наружную стенку 3, опорные элементы 4, охладители 5, внутреннюю стенку 6 и крышку 7. В крышке 7 выполнены сквозные отверстия, равномерно расположенные по окружности, над которыми с внешней стороны крышки герметично установлены конденсаторы 8 масляных паров, в районе уплотнения установлен разъемный кольцевой фильтр 9. За пределами маслованны установлен фильтр-отстойник 10 и водяной эжектор 11, соединяющийся трубопроводами 12 через обратный клапан 13, герметичный вентиль 14, фильтр-отстойник 10, герметичный вентиль 15, трубопроводами 16 и конденсатор 8 с воздушной полостью маслованны, ограниченной ротором 1 и крышкой 7. В нижней части фильтра-отстойника 10 установлен трубопровод слива 17 и герметичный вентиль 18. За пределами маслованны установлен трубопровод 19 и герметичный вентиль 20, соединяющийся с водяным эжектором 11 со стороны выхода воды из водяного эжектора 11, и трубопровод 21 с герметичным вентилем 22, также соединяющийся с водяным эжектором 11 со стороны выхода воды из водяного эжектора 11, а внутри маслованны 3 установлены гибкие подковообразные трубопроводы 23, прижимающиеся жестко, с помощью хомутов, к наружной 3, внутренней 6 стенкам и ко дну 2 маслованны, причем гибкие подковообразные трубопроводы 23 установлены по всей периферии маслованны в вертикально расположенных радиальных плоскостях, проходящих между опорами 4 сегментов, входные кромки торцов гибких трубопроводов 23, прилегающих к внутренней стенке 6 маслованны, расположены выше уровня масла, заполняющего маслованну подпятника, причем входные кромки торцов гибких трубопроводов 23, прилегающих к наружной стенке 3 маслованны, расположены выше уровня масла, заполняющего маслованну подпятника, и выше входных торцов гибких трубопроводов 23, прилегающих к внутренней стенке 6 маслованны подпятника. Гидрогенератор и воздушная полость маслованны подпятника, ограниченная ротором 1, наружной стенкой 3 и крышкой 7, и воздушная полость маслованны подпятника, ограниченная ротором 1 и внутренней стенкой 6, соединены между собой с помощью гибких подковообразных трубопроводов 23.
Гидрогенератор работает следующим образом: при вращении ротора 1 пары масла, находящиеся в маслованне, в ее полости, ограниченной ротором 1, корпусом 3 и крышкой 7, под действием центробежных сил и потока воздуха, засасываемого в маслованну через радиальное уплотнение и фильтр 9, направляются на периферию к стенке 3, как показано стрелками «а». На входе в конденсатор 8, в полости маслованны, ограниченной ротором 1, стенкой 3 и крышкой 7, за счет разрежения на свободном конце трубопровода 16, соединяющегося с эжектором 11 через фильтр-отстойник 10, герметичный вентиль 14, обратный клапан 13 и трубопровод 12, создается пониженное давление. В результате того, что указанная полость маслованны, в которой образовалось пониженное давление, соединена трубопроводами 23 с полостью маслованны, ограниченной ротором 1, внутренней стенкой (выгородкой) 6, пары масла, находящиеся в этой полости, будут отсасываться через трубопровод 23, примыкающий к внутренней стенке 6, вместе с воздухом, затягиваемым через кольцевой зазор между ротором 1 и внутренней стенкой 6, и выходить из трубопроводов 23, прилегающих к наружной стенке 3, в полость маслованны, ограниченную ротором 1, стенкой 3 и крышкой 7, как показано стрелками «е».
Далее все пары из обеих воздушных полостей маслованны затягиваются в конденсатор 8, концентрируются в нем до каплеобразного состояния и стекают по стенкам элементов конденсатора 8 вниз в конический маслосборник, т.е. обратно в маслованну, как показано стрелками «в».
В связи с тем, что на периферии маслованны создается пониженное, по сравнению с атмосферным, давление, воздух из окружающей среды через фильтр 9 и зазоры в уплотнении затягивается в маслованну, как показано стрелками «г». При такой циркуляции воздуха исключен выход паров масла из маслованны в окружающую среду.
Воздух с парами масла, прошедший через конденсатор 8, практически очищается от паров масла и далее по трубопроводу 16 поступает через герметичный вентиль 15 и фильтр-отстойник 10 и далее через герметичный вентиль 14, обратный клапан 13 и трубопровод 12 в водяной эжектор 11.
Чрезвычайно незначительная часть паров масла, которая может пройти через конденсатор 8, адсорбируется элементами фильтра-отстойника 10. Таким образом, в эжектор 11 засасывается воздух из маслованны при его глубокой очистке от масляных паров, а в нижний водоем из эжектора 11 сливается вода с воздухом, не содержащим примесей масла.
Вода для работы водяного эжектора 11 подается к нему из верхнего бьефа через трубопровод 19 и герметичный вентиль 20, а выходит вместе с откачиваемым из маслованны воздухом через трубопровод 21 и герметичный вентиль 22 и далее сливается в нижний бьеф.
Создающееся в результате работы водяного эжектора разрежение в маслованне обеспечивает подсос воздуха в маслованну из окружающей среды через разъемный фильтр 9 и зазор в уплотнении между ротором 1 и крышкой маслованны 7.
Благодаря такому движению (циркуляции) воздуха исключен выход паров масла из маслованны (из обеих ее воздушных полостей) в окружающую среду, и глубокая очистка воздуха, отсасываемого из маслованны, от паров масла:
- в конденсаторе 8 и фильтре-отстойнике 10 - обеспечивает надежную защиту окружающей среды от попадания в нее паров масла и исключает пожароопасность и расход самого масла. Возврат отсасываемых с воздухом масляных паров обратно в маслованну за счет их концентрации в конденсаторах 8 и дальнейшего их стекания по коническому маслосборнику в ванну практически исключает расход масла, имеющий место при его испарении и выходе в окружающую среду при традиционно применяющихся конструкциях контактных уплотнений, в том числе и конструкциях рассмотренных аналогов уплотнений.
Таким образом, предлагаемый генератор по сравнению с прототипом позволяет повысить надежность и долговечность, уменьшить загрязнение окружающей среды, снизить пожароопасность, повысить ремонтопригодность и экономичность.