3. Гидрогенераторы.

Гидрогенератор - это трехфазная синхронная, электрическая машина переменного тока, предназначенная для преобразования механической энергии от присоединенной к нему гидротурбины в электрическую.

Гидрогенератор является составной частью единого энергетического агрегата гидростанции, в котором узлы и отдельно детали генератора и турбины конструктивно и технологически взаимосвязаны.

По конструктивным схемам гидрогенераторы делятся на вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальные гидрогенераторы применяются в компоновке с горизонтальными турбинами небольшой мощности, с горизонтальными ковшовыми турбинами, в составе горизонтального капсульного гидроагрегатами.

На большинстве современных ГЭС средней и большой мощности применяются вертикальные гидрогенераторы в компановке с поворотно-лопастными и радиально-осевыми турбинами, которая позволяет уменьшить размеры машинного зала.

Основными элементами гидрогенераторов, является ротор и статор.

Ротор состоит из ступицы, насаженной на вал, остова и обода, на котором укреплены полюса.

Каждый полюс – это электромагнит, который состоит из сердечника и обмотки. Он создает магнитное поле, которое, вращаясь, пересекает обмотки статора и проводит в них ток. Кроме этого он выполняет еще такие функции: действует как вентилятор для охлаждения генератора, действует как маховик, для стабильной работы генератора. Крепится полюс к ободу с помощью хвостовика, который вдевается в паз обода и затягивается клиньями.

Ободы гидрогенераторов собираются со стальных сегментов, штампованных из листовой стали толщиной 3 4 мм.

Общее число полюсов должно быть парным.

Статор гидрогенератора состоит из сердечника, обмотки и корпуса, в котором крепится сердечник. Опорные конструкции ротора генератора состоят из двух видов подшипников: радиальных, воспринимающих нагрузки, направленные перпендикулярно к оси вала (они по обыкновению называются направляющими) и упорного - подпятника, воспринимающего нагрузки, направленные вдоль оси.

Подпятник воспринимает вес всех вращающихся частей генератора (ротор, вал), кроме того, и осевые усилия, которые возникают в турбине (вес рабочего колеса и гидродинамическую нагрузку на него). Эти нагрузки достигают 1500 2500 тонн. Поэтому данный узел является чрезвычайно ответственным. Для надежной и долговечной его работы необходимо обеспечить минимальные потери трения, которые превращаются в тепло, и равномерное распределение нагрузки, переданной с вращающейся части на недвижимую.

Подпятник состоит из втулки, посаженной на вал, и прикрепленного к ней стального диска нижняя поверхность которого обработана очень тщательно ("зеркало"). Недвижимыми частями служат сегменты, лежащие на опорных болтах, передающих нагрузки на несущую конструкцию. Верхняя поверхность сегментов, по которой скользит диск, покрыта пластом баббита (антифрикционный сплав олова, свинца) или композиционным материалом с фторопласта и других материалов.

Долговечность и надежность подпятника обеспечивается отсутствием контакта (сухого трения) между поверхностью вращающегося диска и сегментов. Это достигается тем, что подпятник помещен в масляную ванную, и движением диска масло захватывается в зазор между трущимися поверхностями и создается так называемый масляный клин с повышенным давлением, который способен поднять вращающиеся части агрегата, на толщину масляной пленки (50-100 мкм). Это уменьшает коэффициент трения и создает хорошее охлаждение поверхностей. Площадь сегментов выбирается такой, чтобы средняя давление на сегментах не превышает 40-60 кгс/см .

Во время пуска агрегата, когда масляная пленка отсутствует, и при остановке, когда скорость снижается, подпятник работает в тяжелых условиях. С целью уменьшения времени работы со сниженной скоростью при остановках гидрогенераторы обеспечены тормозами. Для этого к ободу ротора крепится тормозной диск, а на опорной конструкции пневматические тормоза. Обычно торможение начинается, когда скорость вращения снизится более чем на 50% от нормальной. Эти же тормоза используют как домкраты, которые позволяют отвести на 30-40 мм., вращающиеся части, что достаточно, в случае необходимости, для обзора или ремонта сегментов.

Чтобы не допускать чрезмерного повышения температуры масла в масляных ваннах, устанавливаются водные охладители.

Вертикальные гидрогенераторы в зависимости от расположения подпятника относительно ротора подразделяются на два основных типа: если подпятник располагается выше ротора, тогда он называется подвесным, если ниже ротора - тогда называется зонтичным.

В подвесных генераторах осевая нагрузка передается через верхнюю крестовину на корпус статора, который опирается на бетонную конструкцию.

В зонтичных генераторах подпятник может опираться на нижнюю крестовину, а в современных агрегатах по обыкновению нагрузка передается на крышку турбины. Это позволяет снизить вес и стоимость генератора за счет облегчения крестовины. Однако, при этом необходимо проектировать более мощную крышку турбины.

При расположении опоры подпятника на крышке турбины, вместо нижней крестовины, необходимость установки в генераторе нижнего направляющего подшипника отпадает, его функции отходят к турбинному направляющему подшипнику.

Такая компоновка позволяет отказаться от отдельного вала генератора, ротор генератора присоединяется непосредственно к валу турбины. Гидроагрегат при этом имеет два направляющих подшипника: нижний - на валу турбины и верхний - на верхней крестовине генератора.