Гидрогенераторы.
Гидравлическим генератором называется машина, преобразующая механическую энергию вращения гидротурбины в электрическую энергию.
Эти машины приводятся во вращение, как правило, сравнительно тихоходными гидравлическими турбинами, частота вращения которых составляет 50-500 об/мин. Поэтому гидрогенераторы выполняют с большим числом полюсов и явно полюсными роторами. Диаметр ротора достигает у мощных машин 16 м при длине 1,75 м (в генераторах мощностью 590-640 МВА), т.е. для таких генераторов отношение длины к диаметру составляет 0,11-0,20.
Гидрогенераторы мощностью свыше нескольких десятков МВА выполняют с вертикальным расположением вала. Гидрогенераторы с меньшей мощностью выполняют обычно с горизонтальным расположением вала.
В верхней части гидрогенератора на одном с ним валу обычно устанавливают вспомогательные машины - возбудитель генератора с под возбудителем и дополнительный синхронный генератор, предназначенный для питания электродвигателей автоматического регулятора турбины.
В конструкции гидрогенераторов с вертикальным расположением вала весьма ответственной частью является упорный подшипник (подпятник), который воспринимает массу роторов генератора и турбины, давление воды на лопасти турбины, а также динамические усилия. Подпятник состоит из вращающегося диска (пяты), укрепленного на роторе, который посредством ряда сегментов (сухарей) опирается на стальной диск, установленный в корпусе подпятника. Сегменты покрывают слоем антифрикционного сплава (баббита), а корпус заполняют маслом, которое создает жидкостное трение в подпятнике и служит охлаждающей средой, обеспечивающей отвод образующейся теплоты к водяному маслоохладителю.
3. Приборы для параметров контроля турбины ГЭС
3.1 Датчики
Гидроэлектростанция включает манометр, термометр, уровня, датчик вибрации, датчики воздушного зазора, пульсации давления, магнитного поля и температуры. Она обеспечивает контроль вибрации в диапазоне частот от 0,8 до 200 Гц, виброперемещений - от 5 до 1000 мкм, а воздушного зазора - от 5 до 50 мм.
Для обеспечения комплексной диагностики механического состояния СВКА 1-ГЭС ведет постоянный контроль абсолютной (вибрация корпусных элементов конструкции) и относительной (биение ротора) вибраций, а также пульсации давления, скорости вращения, температуры, влияющих на развитие механических дефектов.
Примененные в датчиках конструкторские и схемотехнические решения обеспечивают высокую точность измерений в жестких условиях эксплуатации, включая воздействие гидроударов большой мощности. На точность показаний датчиков не влияют интенсивные электромагнитные поля.
Контрольные датчики служат для компенсации зависимости скорости распространения ультразвука в воде от температуры и примесей. Все датчики уровня снабжены специальными демпферными устройствами, сглаживающими колебания уровня внешнего объема воды. Электронный блок соединен с тремя (по числу гидроагрегатов) датчиками перепада давления типа Метран 45ДД для измерения расхода воды через гидротурбину.
Эти датчики гидравлически соединены с проточной частью гидроагрегата и также снабжены демпферными устройствами. По разности давления на двух входах датчика в микроконтроллере вычисляется расход воды. Выход каждого датчика Метран 45ДД представляет собой токовый сигнал 0...5 мА, пропорциональный разности давления на входах датчика.
3.2 Принцип действия датчиков
Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двух пластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.
Принцип действия термометра основан на свойстве жидкости расширятся под действием тепла. В связи с тем, что прибор измерения температуры неприхотлив в использовании, он часто применяется как в технической области и лабораторной практике, так и в быту.
Датчики уровня устанавливается в закладную трубу, предназначенную для пневмогидравлических датчиков перепада уровней на сороудерживающих решетках, с отбором давления перед входом в водоприемники гидроагрегатов.
Датчик вибрации или вибродатчик - это аппарат, реагирующий на вибрационные явления и определяющий их параметры; исследуемые величины - виброперемещение, виброскорость, виброускорение; основной параметр прибора - чувствительность.
Датчик воздушного зазора выполнен в виде двух конденсаторных пластин, рабочие поверхности которых расположены рядом в плоскости статора, совпадающей с нулем воздушного зазора между статором и ротором, изолированные от статора диэлектрической прокладкой, по торцам пластин выполнены металлические экраны замыкания краевых эффектов, пластины выполнены с перпендикулярными прорезями для уменьшения вихревых токов и стабилизации емкости конденсатора, образуемого пластинами, конденсатор является реактивной нагрузкой высокочастотного генератора, сигнал которого параметрически модулируется изменяемой емкостью воздушного зазора при прохождении полюса ротора над пластинами, про модулированный сигнал генератора детектируют пиковым детектором измерения минимального зазора и амплитудным детектором среднего профиля зазора, для увеличения чувствительности и интервала линейности выходной характеристики используют режим регенерации при соотношении частот генератора.
Заключение
Принцип работы любой ГЭС прост. Но устройство ее, конечно, не простое. Современная ГЭС - сложное предприятие, насыщенное разнообразными автоматами.
Вывод о том, что строительство ГЭС соответствующей организацией водохранилищ резко меняет гидрологический режим задействованных рек и приводит к серьезным изменениям имеющихся экосистем.
Нельзя не отметить и постоянно снижение качества воды в водохранилищах. В них происходит аккумуляция попавшей под воду разлагающейся органики (деревья, гумус почвы, другие остатки растительного происхождения) из-за слабых водообменных процессов.
Также в водохранилищах наблюдается существенное прогревание воды в теплый период, что приводит к снижению в ней кислорода и развитию других негативных процессов, связанных с так называемым тепловым загрязнением. В результате последнего, а также благодаря накоплению биогенных составляющих из-за слабого обновления водных масс, происходит интенсивное зарастание искусственных водоемов водорослями, в том числе и ядовитыми.
Это приводит к гибели многих видов местных экосистем, возрастает заболеваемость рыб и снижение их вкусовых качеств. При этом разрушаются традиционные пути миграции различных видов рыб во время нереста, разрушаются их кормовые угодья. Так, Волга уже давно утратила свое предназначение, как путь для нереста осетровых с Каспийского моря после того, как она стала практически целой чередой ГЭС и водохранилищ.
Перекрыв реки, гидроэлектростанции фактически становятся аккумуляторами не только биогенных веществ, но также тяжелых металлов, радиоактивных элементов и ядовитых химикатов.
Литература
1. Кривченко Г.И. Гидравлические машины (турбины и насосы). М.: Энергоатомиздат, 1983, или Энергостройиздат, 1987.
2. Кривченко Г.И., Губин М.Ф., Карелин В.Я. Гидроэлектрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1987.
3. В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон, "Гидроэлектростанции", Красноярск, 2002г.
4. Александровский, А.Ю. Выбор параметров ГЭС: учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию гидротехнических объектов/ А.Ю. Александровский, Е.Ю.Затеева, Б.И.Силаев. - Саяногорск: СШФ КГТУ, 2005. - 174 с.
5. Мосин, К.Ю. Гидрология: Методические указания к практическим занятиям/ сост.- Саяногорск: СШФ КГТУ, 2006. - 53 c.