20.3. Гидрогенераторы

Гидрогенераторы относятся к числу тихоходных электрических машин. Их номинальная частота вращения ниже частоты вращения турбогенераторов и в отличие от последних может иметь раз­личные значения — от нескольких де­сятков до нескольких сотен оборотов в минуту, так как частота вращения гидро­турбин зависит от напора и расхода воды в створе реки.

В зависимости от расположения ва­ла гидрогенераторы делят на вертикаль­ные и горизонтальные. Гидрогенераторы средней и большой мощности имеют вертикальное исполнение, а гидрогенера­торы небольшой мощности — горизон­тальное.

Вертикальные гидрогенераторы (рис. 20.5) имеют один опорный подшипник (подпятник), общий для всего гидроагре­гата турбина — генератор. Подпятник воспринимает большую нагрузку, опре­деляемую силой тяжести ротора гене­ратора и рабочего колеса турбины, а также вертикальной составляющей

реакции воды, и передает ее крестовине, которая называется в этом случае опор­ной. Радиальные усилия, действующие на ротор, воспринимают два направляю­щих подшипника. Они же обеспечивают вертикальное положение ротора. В зави­симости от расположения подпятника различают гидрогенераторы подвесного и зонтичного типов. В гидрогенераторе подвесного типа (рис. 20.6, а) подпятник находится над ротором, в верхней опор­ной крестовине, а в гидрогенераторе зонтичного типа (рис. 20.6, б) — под ротором, в нижней опорной крестовине. Подвесное исполнение гидрогенератора

обеспечивает более высокую механиче-екую устойчивость машины и более свободный доступ к подпятнику и дру­гим частям агрегата, а зонтичное испол-

нение позволяет уменьшить массу агре­гата, снизить его высоту и соответ­ственно высоту всего здания гидро­электростанции. Границы применения генераторов подвесного и зонтичного типов в основном определяются их мощностью и частотой вращения. При больших диаметрах статора и нагрузках на пяту, что имеет место в мощных тихоходных гидрогенераторах, целесооб­разно зонтичное исполнение, которое позволяет значительно сократить разме­ры опорной крестовины и выполнить ее из удобно транспортируемых частей.

Корпус статора гидрогенератора вы­полняют сварным из листовой стали, причем при наружном диаметре корпуса более 4 м по условиям перевозки корпус и сердечник статора выполняют разъемными, в виде нескольких секторов. Как и у турбогенераторов, сердечник гидрогенератора состоит из отдельных пакетов (рис. 20.7), которые для неболь­ших генераторов собирают из листов горячекатаной стали, а для крупных генераторов — из листов холодноката­ной стали. Пакеты разделяются венти­ляционными радиальными каналами.

В гидрогенераторах небольшой мощ­ности обмотку статора обычно выпол­няют катушечной, а в крупных гидро­генераторах применяют стержневую об­мотку, состоящую из отдельных элемен­тарных проводников, как и в турбоге­нераторах (см. рис. 20.3, а). Для изоляции статорной обмотки в последнее время применяют термореактивные изоляцион­ные материалы.

Ввиду большой разницы в частотах вращения гидрогенераторов и турбоге­нераторов существует принципиальное различие и в конструкции их роторов. Гидрогенераторы имеют явнополюсный ротор (рис. 20.8), который представ­ляет собой своеобразное колесо боль­шого диаметра, состоящее из внутрен­ней части — остова, насаживаемого с по­мощью втулки на вал, и наружной части — обода, собранного из штампо­ванных сегментов. На ободе распола­гают полюсы с обмоткой возбуждения. Чем меньше частота вращения гидроге­нератора, тем большее число полюсов и

катушек необходимо разместить на ободе. Поэтому у тихоходных гидро­генераторов диаметры роторов значи­тельно больше, чем у быстроходных. Увеличение мощности гидрогенератора при неизменной частоте вращения также приводит к увеличению его диаметра. При больших диаметрах ротора в ободе возникают значительные механические напряжения, особенно при угонной частоте вращения, которая превышает номинальную в 2 — 3 раза и имеет место при сбросе нагрузки в случае отказа системы регулирования. Это может вызвать вибрацию и смещение центра масс ротора. Для устранения опасных

смещений применяют горячую насадку обода на остов ротора.

Полюс ротора. состоит из стального сердечника, собранного из отдельных пластин листовой стали или выполнен­ного массивным из стальной поковки, и катушки обмотки возбуждения, намо­танной из неизолированных медных проводников прямоугольного сечения. В крупных гидрогенераторах кроме про­водников сплошного сечения используют полые проводники с целью непосред­ственного охлаждения ротора водой или воздухом. Большинство гидрогенерато­ров имеют демпферную обмотку, кото­рую выполняют из медных или латун­ных стержней, уложенных в полузакры­тые пазы на наконечниках полюсов ро­тора. По торцам ротора стержни сое­диняют между собой медными или ла­тунными сегментами. В качестве меж-витковой изоляции обычно используют изоляцию класса В, а для изоляции катушки от сердечника — асбест и мика­фолий. В крупных гидрогенераторах в качестве межвитковой изоляции приме­няют новые сорта термореактивной изоляции.

Контактные кольца роторов гидро­генераторов выполняют из стали. В круп­ных гидрогенераторах каждое кольцо состоит из двух полуколец.

Для гидрогенераторов гидроаккуму-лирующих электростанций (ГАЭС) ха­рактерны частые пуски для работы в генераторном (турбинном) или двига­тельном (насосном) режиме, частые остановы и переводы из одного режима в другой с изменением направления вращения. Переменный режим работы этих гидрогенераторов-двигателей (ГД) существенно влияет на конструкцию полюсов ротора и пусковой обмотки, обмотки статора, подпятника и направ­ляющего подшипника, системы вентиля­ции. В ГД полюсы ротора имеют массивные сердечники, соединенные по торцам башмаков мощными перемыч­ками. Массивные башмаки с перемычка­ми образуют пусковую. обмотку. По техническим условиям ГД должны вы­держать 20 тыс. пусков. Поэтому кроме конструктивных мер, снижающих пуско-

вые токи, принимают меры по повы­шению термоусталостной прочности ма­териала для сердечника полюсов ротора. С этой целью применяют сталь с до­бавкой молибдена, хрома, никеля. Об­мотка статора ГД имеет усиленное крепление как в пазовой, так и лобовой части, а для снижения пусковых токов число витков обмотки статора увели­чено. Необходимость вращения ГД в обоих направлениях предъявляет особые требования к конструкции подпятника (поверхность сегментов которого покры­вают фторопластом) и направляющего подшипника.