Характеристика и принцип работы основного оборудования гидроэлектростанции

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Гидроэлектростанция (ГЭС) - электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. На сегодняшний день существуют различные виды получения электроэнергии, они различаются использованием разных видов сырья. Существуют возобновляемые источники энергии и не возобновляемые. В этом реферате будет разобран один вид получения электроэнергии на гидроэлектростанции, которая использует в качестве сырья возобновляемый источник энергии.

Люди давно научились использовать энергию движущейся воды. Если до половины погрузить в реку колесо с, то оно начнет вращаться, потому что вода будет увлекать за лопастями на ободе собой нижние лопасти колеса. Примерно так работали (и кое-где работают до сих пор) водяные мельницы. Водяное колесо в них насажено на вал жернова. Вращает вода колесо - вращается и жернов, мелет зерно.

Но вот сто с лишним лет назад появился более совершенный водяной двигатель - гидравлическая турбина (сокращенно - гидротурбина). Появились генераторы, превращающие механическую работу в электрическую энергию.

1. Устройство турбины

1.1 Составляющие турбины

1. Генератор - устройство, производящее какие-либо продукты, вырабатывающее электроэнергию или преобразующее один вид энергии в другой.

2. Статор - неподвижная часть электрической, лопаточной и другой машины, взаимодействующая с подвижной частью - ротором.

3. Ротор - вращающаяся часть, на которой расположены органы, получающие энергию от рабочего тела или отдающие её рабочему телу.

Еще в турбине находится вал, передающий вращение на генератор, а также лопатки и лопасти, благодаря которым производится вращение.

Рисунок 1. Составные части турбины ГЭС

1.2 Принцип работы ГЭС

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Из водохранилища вода попадает в водоводы. Каждый водовод имеет диаметр 7,5 метра. В теле плотины установлено около одиннадцати тысяч различных датчиков, контролирующих состояние сооружения. Из водоводов вода попадает на турбины. Благодаря их вращению, приходят в движение генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.

Центральный пульт управления. Мозг станции, откуда всего два человека управляют её работой. Поставим у отверстия плотины гидротурбину её и она начнет вращаться, используя напор воды. Соединим турбину с генератором - его ротор тоже придет в движение, в обмотке статора появится ток.

Поток воды под напором входит в трубу и отсюда в спиральную камеру, напоминающую улитку. Двигаясь внутри камеры все ближе и ближе к центру, вода закручивается. А в центре камеры - колесо турбины. Но вода не сразу попадает на колесо, потому что оно обнесено «забором» - крепкими стальными лопатками, направляющими воду (направляющим аппаратом).

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией - естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию. Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию потока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных турбин - ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных - поворотно-лопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож - вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами - стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды.

Русловые и плотинные ГЭС наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

Приплотинные ГЭС строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

Деривационные гидроэлектростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние - спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида - безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище. Такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

ГАЭС (гидроаккумулирующие электростанции) способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

2. Компоненты автоматизации турбины ГЭС

2.1 Управление турбиной

турбина гидроэлектростанция трубчатый манометр

Турбины проектируются во взаимной увязке со всеми элементами турбинной установки. Турбинная установка (турбинный блок ГЭС) радиально-осевой турбины на примере Саяно-Шушенской ГЭС состоит из водоприёмника оборудованного сороудерживающей решёткой. Турбинный водовод имеет перед входом пазы для установки ремонтных затворов. Для защиты турбины в случае отказа направляющего аппарата имеются специальные пазы, где установлены быстропадающие затворы (аварийные), которые опускаются от действия автоматических устройств, контролирующих недопустимое повышение частоты вращения агрегата. Быстропадающий затвор приводится в действие гидроподъёмником. Для ремонта всего гидромеханического оборудования водоприёмников предусмотрены специальные козловые краны.

Рабочее колесо турбины располагается в камере и состоит из трёх жестко связанных частей - обода, ступицы, между которыми располагаются лопасти сложной пространственной формы. Число лопастей турбины может колебаться от 9 для низконапорных до 21 для высоконапорных турбин.

Подвод воды от турбинных водоводов к рабочему колесу осуществляется через спиральную камеру, имеющую в плане форму "улитки" (тора переменного сечения). У входа в турбинный водовод, где наибольшие расходы воды, площадь сечения спиральной камеры наибольшая.

Со стороны турбины в спиральной камере имеется вырез цилиндрической формы - вход из спиральной камеры в камеру рабочего колеса. Вырез разделен на несколько пролетов колоннами статора, который удерживает массу вращающихся частей агрегата верхней части спиральной камеры и частично вес железобетонного массива над камерой. По окружности, перед входом в камеру рабочего колеса расположен направляющий аппарат в виде вертикально расположенных лопаток, способных поворачиваться вокруг вертикальной оси (типа жалюзи) вплоть до полного закрытия межлопаточного пространства. Лопатки при их повороте обеспечивают изменение расхода воды (мощности) через турбину и оптимальное обтекание лопастей рабочего колеса, что повышает КПД турбины. При необходимости, закрывая лопатки направляющего аппарата, производят остановку турбины. Лопатки направляющего аппарата приводятся в движение сервомоторами. Отвод воды от турбины происходит через отсасывающую трубу, где гаситься почти вся остающаяся энергия потока. Отсасывающая труба имеет на выходе пазы, в которые опускается ремонтный затвор с помощью козлового крана.

В машинном зале ГЭС расположена маслонапорная установка (МНУ) для обеспечения гидравлического привода лопаток направляющего аппарата. Посредством вала турбина сочленяется с генератором, образуя единое целое - агрегат. Генератор опирается (вращающаяся часть) через опору на крышку турбины, которая в свою очередь передаёт усилие от всех вращающихся частей на колонны статора турбины. Для обслуживания всего оборудования машинного зала предусмотрены мостовые краны. Электроэнергия от генератора через систему токопроводов и повышающий трансформатор передаётся посредством системы воздушных проводов и распределительного устройства в электрическую сеть.

Турбинные установки с горизонтальными капсульными осевыми турбинами нашли широкое применение на низконапорных равнинных гидроузлах. Их основное достоинство (и преимущество перед вертикальными осевыми турбинами) - возможность размещения гидроагрегатов в теле водосбросной плотины без значительного заглубления, необходимого для размещения отсасывающих труб. Благодаря осевому (вдоль течения реки) потоку и простым гидравлически благоприятным формам проточной части, горизонтальные капсульные турбины имеют большую по сравнению с вертикальными пропускную способность и соответственно большую, примерно на 20-25% мощность при одинаковых габаритах рабочего колеса. В СССР успешно работало более 50 капсульных гидроагрегатов мощностью 18-20 МВт (Киевская и Каневская ГЭС на Днепре, Череповецкая ГЭС на реке Шексна). Как мы уже видели, мощность турбины при постоянном напоре будет зависеть лишь от расхода, поскольку КПД изменяется при изменении мощности, но не так существенно, как расход, т.е. изменение (регулирование) мощности турбины задается изменением расхода воды.

Регулирование расхода производится путём изменения открытия лопаток направляющего аппарата. Максимальная величина открытия и соответственно мощность турбины выбирается и задаётся в процессе её проектирования. При нормальных условиях работы турбины постоянная частота вращения и установившийся расход поддерживаются системой регулирования, исполнительным органом которой является. Главным начальным звеном системы регулирования является регулятор, который выполняет функции измерения необходимых параметров и формирует стабилизирующие сигналы. В современных турбинах применяются электрогидравлические регуляторы частоты вращения (ЭГР) в старых конструкциях ещё встречаются гидромеханические регуляторы.

При плановых (плавных) изменениях мощности турбины, происходящих за достаточно длительные промежутки времени (более 10 секунд), регулирование расхода производится также плавно, и процесс в каждый момент времени следует рассматривать как стационарный (установившийся).

К нестационарным (переходным) процессам, которые возникают при регулировании турбины, относятся: пуск; резкие изменения мощности (нагрузки); остановка; сброс нагрузки (мгновенное отключение генератора от сети); перевод генератора в режим синхронного компенсатора; разгон турбины и его прекращение; наброс нагрузки (быстрый автоматический набор нагрузки при отключении мощных генерирующих источников в энергосистеме).

Нестационарные процессы приводятся к устойчивому режиму системой регулирования, параметры приведения процесса к устойчивому режиму (частота вращения, давление в напорном водоводе) носят название гарантии регулирования. Сбросы и набросы нагрузки являются неизбежными процессами при эксплуатации энергосистем, поэтому на их последствия рассчитываются турбины и агрегат в целом. Наибольшие динамические воздействия (нагрузки), связанные с высокой частотой вращения агрегата (крайний случай - разгон), гидравлическим ударом, пульсациями в проточной части и вибрациями, имеют место при сбросах нагрузки, а также при закрытии турбины, вышедшей в разгон. Поэтому эти режимы являются основными при проведении расчётов переходных процессов.

При сбросе нагрузки и неисправной системе регулирования и при этом неисправном запорном устройстве (затворе) на водоводе турбины, который «не сработал» и остается открытым, частота вращения турбины будет быстро возрастать и через некоторое время достигнет максимальной для данной турбины установившейся величины, которая называется разгонной (угонной) частотой вращения.

Величина разгонной частоты вращения для турбин с неподвижными лопастями зависит от открытия и напора воды, а для поворотно-лопастных турбин ещё и от угла установки лопастей. Наивысшая разгонная частота вращения достигается при полностью открытом или вблизи его полного открытия. Для поворотно-лопастных турбин наивысшая разгонная частота вращения достигается при рассогласовании комбинаторной зависимости, когда полностью открыт, а лопасти рабочего колеса имеют небольшой угол открытия.

Выбор расчётной величины разгонной частоты вращения с учётом действия противоразгонных устройств имеет большое экономическое значение для генератора.

Противоразгонные устройства (защита), которые применяются в практике создания турбин, имеют ту или иную величину запаздывания включения в работу. Поэтому ротор агрегата к моменту начала действия защиты практически достигает частоты вращения не менее 1,6-1,7 от её номинального значения. Нормами проектирования для деталей турбин задаётся требование не превышения 0,9 предела текучести металла при полной разгонной частоте вращения турбины. Разгон агрегата и действие защиты от разгона относятся в практике эксплуатации к аварийному случаю остановки турбины.

При нормальном (исправном) регулировании турбины действие при проектировании задаётся таким, чтобы при сбросе нагрузки система регулирования обладала определенным законом движения и законом изменения расхода, при которых повышение частоты вращения агрегата и давления в напорном водоводе достигали бы минимально возможных значений. После сброса нагрузки частота вращения повышается до некоторой величины. Разность частот вращения после сброса и до сброса, отнесённая к частоте вращения до сброса называется временной неравномерностью регулирования турбины и характеризуется коэффициентом временного изменения частоты вращения ф).

Обычно значение коэффициента составляет не более 0,6. Рассчитывая величину при проектировании турбины, завод обеспечивает не превышение её условиями (гарантиями) регулирования, которые затем после монтажных и наладочных работ проверяются на ГЭС в реальных условиях путём проведения опытов по сбросам нагрузки.

После сброса нагрузки, если нет никаких повреждений, агрегат не останавливается, система регулирования приводит его через некоторое время к частоте вращения близкой к номинальной, и агрегат остаётся на холостом ходу в готовности быть вновь включенным в сеть.

Расчёты показывают, что в целях устойчивого регулирования агрегата инерция ротора, определяемая его маховым моментом, должна быть возможно большей, а время закрытия - возможно малым.

Однако практические возможности увеличения махового момента ограничены размерами и весом ротора агрегата, а возможности уменьшения времени закрытия - прочностью элементов турбинной установки, так как при этом возникает гидравлический удар, который, как мы видели, при большой скорости закрытия (малом времени) сопровождается резким повышением давления в водоводе и спиральной камере турбины. Поэтому подбираются и оптимальные параметры вращающихся частей генератора и время закрытия турбины, соответствующие для каждого типа вновь создаваемого агрегата.

Гидравлический удар - явление, возникающее в неустановившемся движении воды, когда в заданной точке движущегося потока скорость и давление зависят не только от координат этой точки, но и от времени, т.е. гидравлический удар - резкое изменение скоростей течения и давлений во времени. Примером неустановившегося напорного движения может служить давление ударной волны в подводящем воду к турбине водоводе или отводящем трубопроводе насосной станции при пуске, остановке и регулировании работы турбин и насосов (закрытием - открытием направляющих аппаратов). Это же явление возникает в любом напорном водопроводе при быстром закрытии задвижек и кранов.

Ударная волна в напорном трубопроводе распространяется почти мгновенно и сопровождается резким изменением давления в жидкости, которое передаётся на стенки трубопровода и запорное устройство. В реактивных турбинах опасному воздействию при гидравлическом ударе подвергаются: водоводы, спиральные камеры и направляющие аппараты. В реактивных турбинах может возникнуть гидравлический удар и обратного направления - навстречу потоку. При быстром закрытии направляющего аппарата, вода, продолжая движение в отсасывающей трубе к нижнему бьефу, создаёт в зоне рабочего колеса турбины вакуум, который становится причиной обратного движения воды в отсасывающей трубе и возникновения удара, направленного на рабочее колесо вверх вдоль оси вертикально расположенного агрегата. В практике такие случаи приводили к большим усилиям настолько, что агрегат «подпрыгивал», отрываясь от опорного подшипника (подпятника), т.е. сила гидравлического удара превосходит тысячетонный вес вращающихся частей агрегата и может его разрушить.

Для предотвращения (смягчения) ударной волны в напорном водоводе турбины предусматриваются специальные аэрационные трубы, через которые засасывается воздух при закрытии (сбросе) быстропадающего затвора и глубокого вакуума не образуется.

Для предотвращения образования вакуума в полости рабочего колеса реактивных турбин предусматриваются специальные клапаны срыва вакуума, встраиваемые, как правило, в крышку турбины. Эти клапаны под воздействием образующегося вакуума открываются и через них засасывается воздух в область рабочего колеса (имеются конструкции клапанов срыва вакуума, которые открываются принудительно от специального привода при резком подходе направляющего аппарата к положению закрытия). В некоторых радиально-осевых турбинах клапаны срыва вакуума не устанавливают, а организуют подсос воздуха в область рабочего колеса через полый вал, на торце которого устанавливают обратный клапан. Этот клапан обеспечивает свободный доступ воздуха под рабочее колесо и препятствует выбросу воды в машинный зал ГЭС через полый вал.

Таким образом, в отличие от активных турбин, где гидравлическому удару может быть подвергнут лишь напорный водовод, у реактивных турбин все элементы приточной части могут испытать гидравлический удар.

2.2 Задействованное оборудование

Для осуществления главной функции ГЭС - выработки электроэнергии-необходимо различное сложное оборудование, от которого зависит эффективность и надежность эксплуатации ГЭС. Это оборудование образует несколько групп.

Гидросиловое оборудование ГЭС в качестве основных компонентов включает турбины, и гидрогенераторы. В турбине механическая энергия воды преобразуется в механическую энергию, Предаваемую вращающемуся валу. В гидрогенераторе механическая энергия, получаемая от вала турбины, преобразуется в электрическую энергию, которая передается в энергосистему. В состав оборудования рассматриваемой группы кроме того входят устройства, связанные с подачей воды на турбину и регулированием ее количества.

Комплекс, состоящий из турбины и гидрогенератора, называют гидроагрегатом или просто агрегатом ГЭС. Число агрегатов в здании ГЭС может быть различным и зависит от установленной мощности ГЭС и мощности агрегата.

Электрические устройства ГЭС включают токопроводы от генератора, главные силовые трансформаторы, выводы высокого напряжения, открытое распределительное устройство и ряд других систем. Силовые трансформаторы повышают относительно невысокое напряжение гидрогенераторов до значения, требуемого для передачи энергии на большие расстояния (110 - 750 кВ). Выводы высокого напряжения служат для передачи энергии от силовых трансформаторов к открытому распределительному устройству (ОРУ), которое предназначено для распределения вырабатываемой ГЭС электроэнергии между отдельными линиями электропередачи.

Механическое оборудование ГЭС включает гидротехнические затворы, подъемно-транспортные механизмы, сороудерживающие решетки и т. п.

Вспомогательное оборудование состоит из системы технического водоснабжения, пневматического хозяйства, масляного хозяйства, противопожарных и санитарно-технических устройств. Из перечисленного оборудования далее рассмотрим более подробно конструкции турбин.

Основным энергетическим оборудованием ГЭС являются гидротурбины и гидрогенераторы.

Гидротурбины.

Гидравлической турбиной называется машина, преобразующая энергию движения воды в механическую энергию вращения ее рабочего колеса. Гидротурбины подразделяются на два класса: активные и реактивные. Турбина называется активной, если используется только кинетическая энергия потока, и реактивной, если используется и потенциальная энергия при реактивном эффекте. Рабочее колесо реактивной турбины в отличие от активной полностью находится в воде, т.е. поток воды поступает одновременно на все лопасти рабочего колеса.

Существует большое число различных видов турбин, однако в практике гидроэнергетического строительства широко используется лишь четыре вида турбин: осевые, диагональные, радиально-осевые и ковшовые. Рассмотрим схемы их устройства и принцип действия.

Осевые турбины (за рубежом их обычно называют турбинами Каплана) являются низконапорными турбинами. Они используются при малых напорах - от 1-3 до 60-70 м. Рабочее колесо осевой турбины, состоящее из лопастей рабочего колеса, укрепленных в корпусе с обтекателем, соединено валом. Количество лопастей рабочего колеса может быть различным - от 4 до 8. Чем больше напор, тем больше количество лопастей. Лопасти могут быть укреплены жестко, с каким-то некоторым углом наклона. В этом случае турбина называется пропеллерной. Однако обычно лопасти делаются поворотными, т.е. на ходу в зависимости от условий работы (нагрузка, напор) угол установки лопастей может меняться. Такие турбины называются поворотно - лопастными. Поворотно - лопастные турбины сложнее пропеллерных, но у них выше энергетические показатели.

Диагональные турбины, разработанные в последние десятилетия, отличаются от осевых турбин только тем, что лопасти рабочего колеса установлены с наклоном к оси вращения (угол 45-60є).

Радиально - осевые турбины (за рубежом их обычно называют турбинами Френсиса) являются средненапорными турбинами. Они используются при напорах в диапазоне от 40-60 до 500-700 м. Схема радиально-осевой турбины показана на рисунке 4.6. Цифровые обозначения позиций аналогичны

Рабочее колесо радиально-осевой турбины состоит из 12-17 лопастей рабочего колеса, образующих круговую решетку лопастей. Лопасти рабочего колеса имеют сложную кривизну, поэтому вода, поступающая с направляющего аппарата, постепенно меняет направление с радиального на осевое. В настоящее время созданы уникальные радиально-осевые турбины мощностью 640 МВт.

Ковшовые турбины (за рубежом их называют турбинами Пельтона, иногда «свободноструйными») - это высоконапорные турбины, используемые при напорах более 400-600м. Схема ковшовой турбины показана на рисунке 4.7.

Основными ее элементами являются сопло, к которому вода подводится по трубопроводу, и рабочее колесо, укрепленное на валу. Сопло и рабочее колесо установлены выше уровня воды, так что рабочее колесо вращается в воздухе. В этой турбине потенциальная энергия гидростатического давления в суживающейся насадке - сопле полностью превращается в кинетическую энергию движения воды. Рабочее колесо турбины выполнено в виде диска, по окружности которого расположены ковшеобразные лопасти. Внутри сопла расположена регулировочная игла, перемещением которой меняется выходное сечение сопла, а, следовательно, и расход воды.

Ковшовые гидротурбины являются наиболее распространенными активными гидротурбинами.

Радиально - осевые турбины установлены на Братской, Красноярской и других ГЭС. Поворотно-лопастными осевыми турбинами оборудованы Куйбышевская, Волгоградская, Каховская, Кременчугская ГЭС.

На электрических станциях турбина и генератор связаны общим валом. Частоты их вращения не могут выбираться произвольно. Они зависят от числа пар полюсов ротора генератора и частоты переменного тока, которая должна соответствовать стандартной (50-60 Гц). Кроме того, необходимо учитывать, что при небольших частотах вращения турбины получаются громоздкими и дорогими. Чтобы получить скорости агрегатов, близкие к оптимальным, при больших напорах используют турбины с малыми значениями коэффициента быстроходности, а при небольших напорах - с большими значениями этого коэффициента.

Разнообразие природных условий, в которых сооружаются ГЭС, определяет разнообразие конструктивного исполнения турбин. Мощности турбин изменяются от нескольких киловатт до 640 МВт, а частота вращения - от 16,6 до 1500 об/мин.

Области применения турбин некоторых видов перекрываются. Так, при напорах 50-70 метров могут быть приняты и осевые, и диагональные, и радиально-осевые турбины. Выбор оптимального решения производиться на основании технико - экономических сопоставлений различных вариантов.

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.

Размещено на Allbest.ru