Гидравлическая электрическая станция (ГЭС) Российский патент 2020 года по МПК E02B9/00 F03B13/08 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к гидравлическим электрическим станциям.

ГЭС состоит из гидротехнических, электротехнических и вспомогательных сооружений.

Основные гидротехнические: водохранилище на верхнем бьефе, плотина разделяющая верхний от нижнего бьефа, шлюзовой пропуск водного транспорта, водоспуск с верхнего бьефа, водоводы, рабочие камеры с регулирующими затворами и задвижками.

Основные электротехнические: комплекс гидротурбины и электрического генератора и их рабочие места во вспомогательных промышленных и строительных сооружениях, машинный зал, электрические распределительные устройства генераторного напряжения, повышающая электрическая подстанция, электрические распределительные устройства собственных нужд, щитовая диспетчерской и вторичной коммутации.

Вспомогательные сооружения: водорегулирующие, транспортные (по плотине), экологические, главный административный корпус и др.

Назначение ГЭС: водорегулирующие; транспортные: водный, автодорожный и железнодорожный; производство электрической энергии.

За счет разницы отметок водной поверхности верхнего от нижнего бьефа создается напор в водоводе и рабочих камер, что приводит во вращение гидротурбину и соответственно ротор электрического генератора. Таким образом, происходит преобразование механической энергии в электрическую.

Известна гидравлическая капсульного типа конструкция станция [1 и 3]. Наиболее известна в РФ это Чебоксарская гидроэлектростанция. Наряду с существенными преимуществами - высоким КПД турбины относительно низкой стоимостью гидротехнической части рабочей камеры, имеет эксплуатационный и технический недостаток.

Недостаток конструкций гидроэлектростанций [1 и 3] заключается в том, что электрический генератор размещении в капсуле турбины. Работающая электрическая машина подвержена нагреву, при этом корпус капсулы турбины постоянно охлаждается водным потоком, за счет непостоянства температуры и их разности работающего и не работающего генератора на электрической обмотке будет конденсат, что чревато аварией. Второй недостаток заключается в том, что индивидуальное размещение электрического генератора в капсуле турбины, ограничивает и отсутствует возможность оперативного надзора и эксплуатации, а также технически невозможно произвести соответствующий вид ремонта.

Известны также типы гидроэлектростанции [2; 4 и 5], в которых гидравлическая рабочая камера объемная сложной пространственной конструкции. Известна РФ, например, это Нижнекамская гидроэлектростанция. Наряду с существенными преимуществами в расположении электрических генераторов в машинном зале за счет этого достигается относительно постоянство температуры, а их незначительность разность работающего и не работающего генератора на электрической обмотке не будет опасного конденсата, этому способствует также поддержание в машинном зале микроклимата, что практически исключает по этому фактору аварии. Второе преимущество заключается в том, что все электрические генераторы размещены в машинном зале, оборудованного грузоподъемными механизмами. Электрические генераторы не ограничены в пространстве, имеется техническая возможность оперативного надзора и эксплуатации, а также технически возможно произвести соответствующий вид ремонта. Недостатком этих типов гидроэлектростанции [2; 4 и 5] является то, что рабочие камеры турбин сложны и дорогостоящие, так как имеют сложную пространственную конструкцию и как следствие имеют пониженное КПД в использовании. Следующим недостатком является то, что в такой камере существенно теряется водяной напор.

Целью изобретения является оптимизация размещения гидравлической турбины и электрического генератора гидравлической электрической станции.

Цель достигается тем, что на гидравлической электрической станции, состоящая из гидравлической турбины с регулирующими лопастями и горизонтальной осью вращения, размещенной в рабочей камере, представляющей горизонтальный водовод, в виде отрезка трубы большого диаметра, и электрического генератора зонтичного типа, размещенного на вертикальном валу, при этом дополнительно предусмотрено на вертикальном валу опорный подшипник, размещенный на нижнем торце вала со стороны конической зубчатой передачи, и подшипник зонтичного генератора, размещенного под обмотками ротора и статора, при этом по торцам вала турбины предусмотрены два опорных подшипника, первый размещен со стороны турбины, а второй, также в приделах рабочей камеры, с противоположного торца, со стороны предусмотренной дополнительной первой шестеренки конической зубчатой пары, а в верхней части вертикального вала предусмотрен ротор электрического генератора с обмоткой возбуждения индуктора генератора с обеспечением наведения индукционного напряжения на обмотке статора.

На фиг. показана конструкция предлагаемого технического решения.

1 - дюкер водовода; 2 - гидравлическая турбина (поворотно-лопастная); 3 - подшипники валов; 4 - подшипник опорный; 5 - подшипник зонтичного генератора; 6 -обмотка статора генератора; 7 - обмотка возбуждения индуктора генератора; 8 - коническая зубчатая передача; 9 - узел щёток подачи напряжения возбуждения; 10 - вал генератора; 11 - вал турбины; 12 - капсула турбины.

Работа технического предложения: за счет разницы отметок водной поверхности верхнего от нижнего бьефа создается напор, в дюкере водовода 1 и рабочей камере (рабочее место капсулы турбины 12), что приводит во вращение 2 - гидравлической турбины (поворотно-лопастная) и соответственно ротора 7 с обмоткой возбуждения генератора за счет кинематики 11 - вала турбины и 8 - конической зубчатой передачи и 10 - вала генератора. Устойчивость гидравлической турбины (поворотно-лопастной) 2 и И - вала турбины с 8 - конической зубчатой передачей обеспечивается за счет 3 - подшипников вала и 4 - подшипника опорного, а вертикального 10 вала и 9 - узла щёток подачи напряжения возбуждения, также 7 ротора с обмоткой возбуждения индуктора генератора обеспечивается за счет 3 - подшипниками вала, 4 - подшипника опорного и 5 - подшипника зонтичного генератора. Вращением7 ротора с обмоткой возбуждения индуктора генератора обеспечивается 8конической зубчатой передачей и как следствие наведение индукционного генераторного напряжения на 6 - обмотке статора генератора. Таким образом, происходит преобразование механической энергии вращения гидравлическая турбина 2 в электрическую в обмотке статора генератора 6.

По заявляемому техническому решению предлагается поместить генератор в верхней отметке станции в машинном зале, а не непосредственно в капсуле. Поскольку в этом случае вал генератора располагается вертикально, а вал турбины горизонтально, то необходима установка тихоходной конической зубчатой 8 передачи и подбором базовой частоты вращения.

Капсула турбины с конической зубчатой 8 передачей позволяет поместить генератор вне турбоагрегата, что уменьшает размеры корпуса турбины по сравнению с обычной капсулой турбины, когда генератор расположен внутри.

Литература

1. Быстрицкий Г. Ф. Основы энергетики [Текст]: учебник / Г. Ф. Быстрицкий - Москва: ИНФРА-М, 2007. - 278 с.

2. Rolandez G., Abgottspon A., Staubli T., Discharge measurements at La Rance Tidal Power Plant using current meters method, 10^th International Conference on Innovation in Hydraulic Efficiency Measurements, IGHEM, Itajuba, Brazil, 2014.

3. Гончаров А. Н. Гидроэнергетическое оборудование гидроэлектростанций и его монтаж: учебник для гидроэнергетических и энергостроит. техникумов / А. Н. Гончаров. - М.: Энергия, 1967. - 312 с.

4. Смирнов И.Н. Гидравлические турбины и насосы. Учеб, пособие для энерг. и политехнических вузов. - М.: «Высш. школа», 1969. - 400 с.

5. Энергия жизни. Нижнекамская ГЭС в канун 3С-летия / Муллагалиев И.Р. // Энергетика Татарстана. - 2009. - № 3.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к гидравлическим электрическим станциям. Техническим результатом является оптимизация размещения гидравлической турбины и электрического генератора гидравлической электрической станции. Предложенная гидравлическая электрическая станция состоит из гидравлической турбины с регулирующими лопастями и горизонтальной осью вращения, размещенной в рабочей камере, представляющей горизонтальный водовод в виде отрезка трубы большого диаметра, и электрического генератора зонтичного типа, размещенного на вертикальном валу. При этом дополнительно на вертикальном валу предусмотрены опорный подшипник, размещенный на нижнем торце вала со стороны конической зубчатой передачи, и подшипник зонтичного генератора, размещенного под обмотками ротора и статора. По торцам вала турбины предусмотрены два опорных подшипника: первый размещен со стороны турбины, а второй, также в приделах рабочей камеры с противоположного торца, - со стороны предусмотренной дополнительной первой шестеренки конической зубчатой пары. В верхней части вертикального вала предусмотрен ротор электрического генератора с обмоткой возбуждения индуктора генератора с обеспечением наведения индукционного напряжения на обмотке статора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидравлическая электрическая станция, состоящая из гидравлической турбины с регулирующими лопастями и горизонтальной осью вращения, размещенной в рабочей камере, представляющей горизонтальный водовод в виде отрезка трубы большого диаметра, и электрического генератора зонтичного типа, размещенного на вертикальном валу, отличающаяся тем, что дополнительно на вертикальном валу предусмотрены опорный подшипник, размещенный на нижнем торце вала со стороны конической зубчатой передачи, и подшипник зонтичного генератора, размещенного под обмотками ротора и статора, при этом по торцам вала турбины предусмотрены два опорных подшипника: первый размещен со стороны турбины, а второй, также в приделах рабочей камеры, - с противоположного торца, со стороны предусмотренной дополнительной первой шестеренки конической зубчатой пары.

2. Гидравлическая электрическая станция по п. 1, отличающаяся тем, что в верхней части вертикального вала предусмотрен ротор электрического генератора с обмоткой возбуждения индуктора генератора с обеспечением наведения индукционного напряжения на обмотке статора.