Гидравлическая электрическая станция (ГЭС)
HYDRAULIC POWER PLANT (HPP)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к гидравлическим электрическим станциям.
ГЭС состоит из гидротехнических, электротехнических и вспомогательных сооружений.
Основные гидротехнические: водохранилище на верхнем бьефе, плотина разделяющая верхний от нижнего бьефа, шлюзовой пропуск водного транспорта, водоспуск с верхнего бьефа, водоводы, рабочие камеры с регулирующими затворами и задвижками.
Основные электротехнические: комплекс гидротурбины и электрического генератора и их рабочие места во вспомогательных промышленных и строительных сооружениях, машинный зал, электрические распределительные устройства генераторного напряжения, повышающая электрическая подстанция, электрические распределительные устройства собственных нужд, щитовая диспетчерской и вторичной коммутации.
Вспомогательные сооружения: водорегулирующие, транспортные (по плотине), экологические, главный административный корпус и др.
Назначение ГЭС: водорегулирующие; транспортные: водный, автодорожный и железнодорожный; производство электрической энергии.
За счет разницы отметок водной поверхности верхнего от нижнего бьефа создается напор в водоводе и рабочих камер, что приводит во вращение гидротурбину и соответственно ротор электрического генератора. Таким образом, происходит преобразование механической энергии в электрическую.
Известна гидравлическая капсульного типа конструкция станция [1 и 3]. Наиболее известна в РФ это Чебоксарская гидроэлектростанция. Наряду с существенными преимуществами - высоким КПД турбины относительно низкой стоимостью гидротехнической части рабочей камеры, имеет эксплуатационный и технический недостаток.
Недостаток конструкций гидроэлектростанций [1 и 3] заключается в том, что электрический генератор размещении в капсуле турбины. Работающая электрическая машина подвержена нагреву, при этом корпус капсулы турбины постоянно охлаждается водным потоком, за счет непостоянства температуры и их разности работающего и не работающего генератора на электрической обмотке будет конденсат, что чревато аварией. Второй недостаток заключается в том, что индивидуальное размещение электрического генератора в капсуле турбины, ограничивает и отсутствует возможность оперативного надзора и эксплуатации, а также технически невозможно произвести соответствующий вид ремонта.
Известны также типы гидроэлектростанции [2; 4 и 5], в которых гидравлическая рабочая камера объемная сложной пространственной конструкции. Известна РФ, например, это Нижнекамская гидроэлектростанция. Наряду с существенными преимуществами в расположении электрических генераторов в машинном зале за счет этого достигается относительно постоянство температуры, а их незначительность разность работающего и не работающего генератора на электрической обмотке не будет опасного конденсата, этому способствует также поддержание в машинном зале микроклимата, что практически исключает по этому фактору аварии. Второе преимущество заключается в том, что все электрические генераторы размещены в машинном зале, оборудованного грузоподъемными механизмами. Электрические генераторы не ограничены в пространстве, имеется техническая возможность оперативного надзора и эксплуатации, а также технически возможно произвести соответствующий вид ремонта. Недостатком этих типов гидроэлектростанции [2; 4 и 5] является то, что рабочие камеры турбин сложны и дорогостоящие, так как имеют сложную пространственную конструкцию и как следствие имеют пониженное КПД в использовании. Следующим недостатком является то, что в такой камере существенно теряется водяной напор.
Целью изобретения является оптимизация размещения гидравлической турбины и электрического генератора гидравлической электрической станции.
Цель достигается тем, что на гидравлической электрической станции, состоящая из гидравлической турбины с регулирующими лопастями и горизонтальной осью вращения, размещенной в рабочей камере, представляющей горизонтальный водовод, в виде отрезка трубы большого диаметра, и электрического генератора зонтичного типа, размещенного на вертикальном валу, при этом дополнительно предусмотрено на вертикальном валу опорный подшипник, размещенный на нижнем торце вала со стороны конической зубчатой передачи, и подшипник зонтичного генератора, размещенного под обмотками ротора и статора, при этом по торцам вала турбины предусмотрены два опорных подшипника, первый размещен со стороны турбины, а второй, также в приделах рабочей камеры, с противоположного торца, со стороны предусмотренной дополнительной первой шестеренки конической зубчатой пары, а в верхней части вертикального вала предусмотрен ротор электрического генератора с обмоткой возбуждения индуктора генератора с обеспечением наведения индукционного напряжения на обмотке статора.
На фиг. показана конструкция предлагаемого технического решения.
1 - дюкер водовода; 2 - гидравлическая турбина (поворотно-лопастная); 3 - подшипники валов; 4 - подшипник опорный; 5 - подшипник зонтичного генератора; 6 -обмотка статора генератора; 7 - обмотка возбуждения индуктора генератора; 8 - коническая зубчатая передача; 9 - узел щёток подачи напряжения возбуждения; 10 - вал генератора; 11 - вал турбины; 12 - капсула турбины.
Работа технического предложения: за счет разницы отметок водной поверхности верхнего от нижнего бьефа создается напор, в дюкере водовода 1 и рабочей камере (рабочее место капсулы турбины 12), что приводит во вращение 2 - гидравлической турбины (поворотно-лопастная) и соответственно ротора 7 с обмоткой возбуждения генератора за счет кинематики 11 - вала турбины и 8 - конической зубчатой передачи и 10 - вала генератора. Устойчивость гидравлической турбины (поворотно-лопастной) 2 и И - вала турбины с 8 - конической зубчатой передачей обеспечивается за счет 3 - подшипников вала и 4 - подшипника опорного, а вертикального 10 вала и 9 - узла щёток подачи напряжения возбуждения, также 7 ротора с обмоткой возбуждения индуктора генератора обеспечивается за счет 3 - подшипниками вала, 4 - подшипника опорного и 5 - подшипника зонтичного генератора. Вращением7 ротора с обмоткой возбуждения индуктора генератора обеспечивается 8конической зубчатой передачей и как следствие наведение индукционного генераторного напряжения на 6 - обмотке статора генератора. Таким образом, происходит преобразование механической энергии вращения гидравлическая турбина 2 в электрическую в обмотке статора генератора 6.
По заявляемому техническому решению предлагается поместить генератор в верхней отметке станции в машинном зале, а не непосредственно в капсуле. Поскольку в этом случае вал генератора располагается вертикально, а вал турбины горизонтально, то необходима установка тихоходной конической зубчатой 8 передачи и подбором базовой частоты вращения.
Капсула турбины с конической зубчатой 8 передачей позволяет поместить генератор вне турбоагрегата, что уменьшает размеры корпуса турбины по сравнению с обычной капсулой турбины, когда генератор расположен внутри.
Литература
1. Быстрицкий Г. Ф. Основы энергетики [Текст]: учебник / Г. Ф. Быстрицкий - Москва: ИНФРА-М, 2007. - 278 с.
th
2. Rolandez G., Abgottspon A., Staubli T., Discharge measurements at La Rance Tidal Power Plant using current meters method, 10 International Conference on Innovation in Hydraulic Efficiency Measurements, IGHEM, Itajuba, Brazil, 2014.
3. Гончаров А. Н. Гидроэнергетическое оборудование гидроэлектростанций и его монтаж: учебник для гидроэнергетических и энергостроит. техникумов / А. Н. Гончаров. - М.: Энергия, 1967. - 312 с.
4. Смирнов И.Н. Гидравлические турбины и насосы. Учеб, пособие для энерг. и политехнических вузов. - М.: «Высш. школа», 1969. - 400 с.
5. Энергия жизни. Нижнекамская ГЭС в канун 3С-летия / Муллагалиев И.Р. // Энергетика Татарстана. - 2009. - № 3.