|
|
Идеальным в гидравлическом
отношении для ПЭС явилась идея Харза (патент США, 1924 г.) о расположении 104 ротора генератора на ободе рабочего колеса турбины. Однако трудности
создания уплотнения между ротором и статором генератора были причиной того,
что фирма Escher Wyss, создавшая в 1938 г. четыре небольших агрегата на ГЭС Иллер, а затем 73 прямоточные машины мощностью, не превышающей 2 МВт при Dj
^2,1 м, с 1951 г. прекратила их изготовление, а три такие машины большей
мощностью (по 6,3 МВт) и диаметром 3,3 м,
По-видимому, на этом основании фирма Neyrpic считала
невозможным применение прямоточных агрегатов диаметром более 2 м. Однако в результате почти 30-летних усилий английских и швейцарских специалистов фирма Escher
Wyss в 1980—1982 гг. изготовила для четырех ГЭС в Австрии, Бельгии и
Швейцарии 10 машин с Dx = 3,7 м и Л/ до 8 МВт каждая, успешно работающих при
напорах 3,5—11м, а в 1983 г. на ГЭС Гиссен такая машина была установлена
взамен старой турбины Жонваля. Мощность ее 4,5 МВт, напор 4 м, рабочее колесо с диаметром 3 м имеет поворотные лопасти. В этой конструкции, получившей затем
название «Страфло», решены кардинальные проблемы прямоточных гидроагрегатов
крупных размеров: защита от протечек и устройство системы опирания, идея
которой заимствована из тяжелого прессового оборудования, где применяются
гидростатические подшипники и пневматические уплотнения.
Схематическое представление об эволюции конструкции
прямоточных гидроагрегатов, завершившейся созданием агрегата Страфло,
показано на 11.3, на котором дана схема прямоточного агрегата с пропеллерным
(а) и поворотно-лопастным рабочим колесом при опирании обода генератора
непосредственно на концы лопастей рабочего колеса. При небольших напорах и окружных
скоростях, когда изменения зазора между вращающимся ободом ротора и
неподвижным статором генератора незначительны, достаточно применение обычных
манжетных уплотнений с упругой кромкой. При увеличении напора и единичной
мощности агрегата, что ведет к увеличению диаметра рабочего колеса, тяжелый
ротор генератора нельзя опирать на относительно гибкие лопасти и он
устанавливается на гидростатической опоре с подшипником и подпятником с
применением механизма выравнивания тангенциальной нагрузки. В этом варианте
применяются бесконтактные уплотнения, работающие на гидростатическом
давлении, с непрерывной автоматической обратной промывкой .
Уплотнение агрегата Страфло, предотвращающее протечки в
полость между ободом рабочего колеса и статором генератора, показано на
11.4. Ремонтное уплотнение выполнено в виде наполненного сжатым воздухом
фасонного резинового шланга. Главное уплотнение состоит из отдельных
сегментов, и пневмоуправляемых прижимных шлангов. Сегменты уплотнения,
изготовленные из стойкого против ползучести синтетического материала,
подпитываются отфильтрованной водой для того, чтобы при помощи
гидростатического воздействия предотвратить скольжение непосредственно между
сегментом уплотнения и камерой рабочего колеса и не допустить попадания
наносов на уплотняющие поверхности.
Для предотвращения отложений песка была разработана
конструкция стыков между сегментами уплотнения; кроме того, были осуществлены
оригинальные системы опор и выравнивания тангенциальных нагрузок Применение
агрегатов Страфло вместо вертикальных при реконструкции ГЭС Манитоба-Гидр
о—Квебек дало экономию капитальных вложений 10—15, а для вновь строящихся
ГЭС— 10 %. Только за счет генератора агрегат на 25 % дешевле вертикального. Преимущества
агрегата Страфло по сравнению с вертикальным, наи- 106 более полно выявленные
на ГЭС Гис- сен, позволили фирме Sultzer — Escher Wyss изготовить агрегат
Страфло для ПЭС Аннаполис (Канада), которая была введена в эксплуатацию в 1984 г.. Эта машина явилась важным этапом в эволюции горизонтальных гидроагрегатов: она
рассматривается как прототип для применения не только на речных ГЭС средней
мощности, но и на ПЭС, в частности на двух мощных ПЭС в зал. Фанди, где будут
установлены около 140 машин.
Агрегат ПЭС Аннаполис имеет мощность 20 МВт, масса агрегата
864 т. Турбина работает при напорах от 1,4 до 7,1 м (при Нр = 5,5 м; N = = 17,6 МВт) с частотой вращения 50 об/мин (угонная 98 об/мин). Рабочее
колесо диаметром 7,6 м, расположенное в камере 12, имеет четыре неповоротные
лопасти 10 из нержавеющей стали; 18 поворотных лопаток направляющего аппарата
8 приводятся в движение двумя сервомоторами, вращающими регулирующее кольцо.
Наружное 6 и внутреннее 7 закладные кольца направляющего аппарата являются
опорой для верховой части корпуса турбины. Наружное кольцо заанкерено в
бетоне 40 преднапряжен- ными болтами 4, а внутреннее кольцо— также
преднапряжёнными болтами 3 в центральном железобетонном бычке 2,
расположенном по оси водоприемника /. Лопасти рабочего колеса 10 приварены к
наружному напрессованному на них ободу 11. На него навинчены полюсы ротора
генератора 20. Смачиваемые поверхности втулки 9 и обода ротора 11 покрыты
нержавеющей сталью (19 Сг, 4 Ni). Вал турбины опирается на два подшипника, из
которых верховой объединяет подпятник и направляющий подшипник 18,
самоцентрирующийся и саморегулирующийся с опорой 15.
Низовой подшипник расположен в в корпусе низового конуса
обтекателя, имеющий три ребра 14, через которые нагрузки от подшипников 17
передаются на низовое кольцо 13, заделанное в бетон здания ПЭС. Втулка
снабжена верховым и низовым пустотелыми короткими коническими валами 16, на
которых между втулкой 9 и корпусами подшипников 17 установлены уплотнения 19,
конструкция и работа которых соответствуют описанным выше у агрегата ГЭС
Гиссен.
Доступ к верховому подшипнику обеспечивается через шахту 5
в бетонном бычке 2. Близкое расстояние между подшипниками в сочетании с
жесткой конструкцией пустотелых валов обеспечивает максимальную устойчивость
и безопасность при работе в диапазоне частоты вращения от номинальной до
максимальной угон- ной и концентрическое вращение обода рабочего колеса в
статоре генератора 21. Статор генератора заключен в кожух 22.
Номинальная мощность трехфазного генератора составляет
18,1, максимальная 21,25 МВт, cos<p = 0,9, частота 60 Гц, диаметр (по
кожуху) Юм.
Для обеспечения доступа во время ремонта к ротору, статору
и рабочему колесу статор перемещается по рельсам в осевом направлении.
Охлаждение генератора воздушное.
Для предотвращения попадания влажного воздуха в полости,
находящиеся под защитой уплотнения, они находятся под избыточным давлением.
|