Васильев Ю.С., Саморуков И.С., Хлебников С.Н. Основное энергетическое оборудование гидроэлектростанций. Состав и выбор основных параметров

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ю. С. Васильев И. С. Саморуков С. Н. Хлебников

ОСНОВНОЕ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ

ОБОРУДОВАНИЕ

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Состав и выбор основных параметров

Учебное пособие

Санкт-Петербург

Издательство СПбГТУ

2002

Министерство образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ю.С. Васильев И.С. Саморуков С.Н. Хлебников

Посвящается светлой памяти

профессора

Бориса Андреевича

СОКОЛОВА

ОСНОВНОЕ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ

ОБОРУДОВАНИЕ

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Состав и выбор основных параметров

Учебное пособие

Санкт-Петербург

Издательство СПбГТУ

2002

УДК 621.31.21

Васильев Ю.С., Саморуков И.С., Хлебников С.Н.

Основное энергети-

ческое оборудование гидроэлектростанций.

Состав и выбор основных па-

раметров: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2002. 134с.

Пособие соответствует государственному образовательному стан-

дарту дисциплин "Использование водной энергии" и "Гидроэнергети-

ка" направления магистерской и инженерной подготовки 650900 "Элек-

троэнергетика".

Рассмотрены типы, энергетические характеристики, основные ме-

ханические и геометрические параметры турбин, генераторов, гидро-

энергетических установок. Представлены нормативно-справочные ма-

териалы на базе переработанной справочной литературы, отраслевых и

государственных стандартов и по материалам ряда монографий [1—15]:

общие сведения о номенклатуре отечественных гидротурбин и гидроге-

нераторов, условиях их применяемости и основные параметры.

Предназначено для студентов СПбГТУ, изучающих курсы "Гид-

роэнергетика", "Использование водной энергии", "Комплексное ис-

пользование водных ресурсов", а также для курсового и дипломного

проектирования по специальностям 100300 "Гидроэнергетика", 290400

"Гидротехническое строительство", 320500 "Гидромелиорация и ох-

рана земель". Может быть использовано инженерно-техническим пер-

соналом при проведении научно-исследовательских работ и проек-

тировании гидроэнергетических установок, а также аспирантами, за-

нимающимися проблемами гидроэнергетики и гидротехники.

Табл. 14. Ил. 60. Библиогр.: 21 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-

Петербургского государственного технического университета.

технический университет, 2002

ГЛАВА 1

ОСНОВЫ СИСТЕМАТИЗАЦИИ

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

1.1. Типизация гидроэнергетических объектов

При проектировании гидроэлектростанций неизбежно при-

ходится считаться с многообразными природными условия-

ми. Если при проектировании промышленных зданий, в том

числе и тепловых электрических станций, природные усло-

вия занимают подчиненное положение, то при проектирова-

нии ГЭС они имеют решающее значение.

Основные параметры гидроэлектростанций предопределяются

такими природными условиями, как используемый напор и про-

пускаемый расход воды через турбины и водосборы, а конструк-

тивное оформление подводного массива здания в значительной

степени — геологическими и топографическими условиями.

Изучение природных условий дает исходные материалы для

выбора типа и расположения здания, а также его сопряжения с

другими гидротехническими сооружениями. Для решения по-

ставленных задач проектировщику необходимо иметь следую-

щие исходные данные: топографические, геологические и гид-

рологические материалы, включая геотехнические характерис-

тики грунтов; сведения о ледовом (зимнем) режиме реки; о твер-

дом стоке реки. Кроме того, необходимо располагать водохозяй-

ственными расчетами, являющимися основой для определения

энергетических параметров объекта, данными о лабораторных

и полевых исследованиях, а также сведениями о строительно-

хозяйственных условиях строительства.

Большое разнообразие природных условий и значительное

число вопросов, требующих индивидуального разрешения при

проектировании и конструировании здания ГЭС, определяют

трудность проблемы типизации зданий ГЭС. Несмотря на слож-

ность, эта задача выполнима.

Одним из природных факторов, определяющих тип здания

ГЭС, является напор и способ его создания. По способу созда-

ния напора ГЭС разделяются на плотинные и деривационные.

По величине используемого напора плотинные гидроэлект-

ростанции могут быть разделены на:

низконапорные (русловые здания ГЭС) при ≤30 м (иногда до 40 м);

средненапорные (приплотинные здания ГЭС) при Н = 30—150 м;

высоконапорные (приплотинные здания ГЭС) при Н > 150 м.

При деривационной схеме создания напора к средненапор-

ным относят установки с напором 30—300 м, а к высокона-

порным —, более 300 м. В последнее время в практике соору-

жения гидроэлектростанций при строительстве деривацион-

ных ГЭС часто русло реки перекрывается относительно высо-

кими плотинами. Такие схемы создания напора стали назы-

ваться плотинно-деривационными (смешанная схема создания

напора).

По характеру воздействия напора здания гидроэлектростан-

ций подразделяются на два основных типа.

1. Здания гидроэлектростанций, входящие в состав фронта

подпорных сооружений и подвергающиеся одностороннему гид

ростатическому давлению воды со стороны верхнего бьефа. Зда

ния такого типа встречаются главным образом в низконапорных

русловых гидростанциях и в некоторых случаях в низконапор

ных деривационных.

2. Здания гидроэлектростанций, расположенные вне подпор

ных сооружений, с подводом воды к турбинам напорными водо

водами. Такие типы зданий ГЭС встречаются при плотинной

схеме создания напора для средненапорных и высоконапорных

ГЭС, а также при деривационных и плотинно-деривационных

схемах создания напора. Когда здания ГЭС располагаются

непосредственно за плотиной, их называют приплотинными зда-

ниями ГЭС, или приплотинными гидроэлектростанциями.

1.2. Классификация гидроузлов и зданий ГЭС

Гидроузлом

называют группу гидротехнических сооружений,

объединенных условиями совместной работы и местоположени-

ем. Гидроузлы, имеющие в своем составе здания гидроэлектро-

станций, классифицируются по следующему ряду признаков.

По способу создания напора выделяют три схемы:

а) плотинную;

б) деривационную;

в) плотинно-деривационную (смешанную).

По назначению:

а) одноцелевые;

б) комплексные.

По участию в создании напора и местоположению относи-

тельно плотины здания ГЭС:

а) русловые;

б) приплотинные;

в) деривационные.

По местоположению относительно поверхности земли:

а) наземные;

б) полуподземные;

в) подземные.

По выполнению зданием ГЭС функций водопропускных со-

оружений:

а) несовмещенные;

б) совмещенные.

По типу водопропускных сооружений совмещенные здания

ГЭС могут быть подразделены на:

а) бычковые;

б) с донными галереями, расположенными ниже или выше тур

бинных камер (оба типа совмещенных зданий встречаются в

низконапорных русловых гидроэлектростанциях с агрегатами

вертикального исполнения);

______________________

* Это жаргонный термин, который прочно вошел в обиход для крат-

кости. Правильнее говорить — узел гидротехнических сооружений.

в)

водосливные —

здания руслового и приплотинного типа,

через крышу которых может производиться сброс паводковых

расходов воды.

По конструкции машинного зала здания ГЭС могут быть

разделены на:

а)

закрытые -

здания с высоким верхним строением (шат-

ром), рассчитанным на размещение внутри машинного зала мо-

стовых или козловых и полукозловых кранов необходимой гру-

зоподъемности;

б)

полуоткрытые (пониженные) —

здания с пониженной вы

сотой верхнего строения, когда кран необходимой грузоподъем-

ности устанавливается снаружи, над зданием ГЭС;

в)

открытые —

здания, у которых верхнее строение отсут-

ствует, а над генераторами устанавливаются съемные перекры-

тия, опирающиеся на верхнюю крестовину генератора или на

перекрытие над турбинным помещением;

г)

встроенные —

здания, встроенные в профиль бетонной или

земляной плотины;

д)

подземные',

е)

полуподземные.

1.3. Функциональные группы технологического

оборудования гидроэнергетических установок

Наименование

функциональных групп Состав функциональных групп

Гидроагрегат ГЭС:

а) гидротурбина в комплекте с

системой автоматического

Основное регулирования, маслонапорной

или гидросиловое установкой (МНУ) и, при

оборудование необходимости, предтурбинным

затвором;

б) гидрогенератор в комплекте с

системой возбуждения и

охлаждения.

Механическое

оборудование

Затворы всех типов любого

назначения. Сороудерживающие

решетки, плавучие заграждения

и другие устройства,

преграждающие доступ

Гидромехани- плавающим телам к

ческое водоприемникам

оборудование электростанций.

Средства для очистки

сороудерживающих решеток и

акваторий перед ними.

Устройства для поддержания

майн.

Подъемно-

транспортное

оборудование

Вспомогательное оборудование

Электротехническое

оборудование

Грузоподъемные краны с

устройством для их испытаний.

Тельферы, лебедки и другие

подъемные и тяговые

механизмы всех типов.

Грузовые тележки.

Системы технического

водоснабжения. Системы

откачки воды из проточной

части гидротурбин и

дренажных колодцев. Системы

масляного хозяйства. Системы

пневматического хозяйства.

Тоководы, соединяющие

синхронные машины с

повышающими

трансформаторами.

Повышающие трансформаторы.

Распределительные устройства.

Связь повышающих

трансформаторов с

распределительным

устройством.

Электротехническое

оборудование

Аппаратура автоматизации,

средства управления и связи

Оборудование системы

возбуждения синхронной

машины (при их отдельной

поставке).

Оборудование помещения ЦПУ

(центрального пульта

управления).

Агрегатные щиты автоматики

агрегатов.

Блочные щиты автоматики и

релейной защиты повышающих

трансформаторов.

Панели (шкафы) управления и

автоматика вспомогательного

оборудования.

Автоматизация

общестанционных процессов

управления (производством и

выдачей электроэнергии).

Автоматизация

основного

оборудования.

Автоматизация

вспомогательного

оборудования.

Связь

(диспетчерская, технологическая,

телетайпная, фототелеграфная,

каналы противоаварийной

автоматики и релейной защиты

т. п.).

Компьютерная техника

О выборе и проектировании вспомогательного технологичес-

кого оборудования ГЭС см. в [2, 3, 7,11].

ГЛАВА 2

ГИДРОТУРБИННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕГО ВЫБОРУ

2.1. Стандартизация турбинного оборудования

В соответствии с международными и отечественными реко-

мендациями [1—21] стандартизация энергетического оборудова-

ния устанавливает систему и тип турбин — область их использо-

вания по напору и дает представление об их основных энергети-

ческих, механических и геометрических параметрах. В данной

работе рассматриваются реактивные турбины трех систем: пово-

ротно-лопастные (ПЛ), радиально-осевые (РО) и диагональные

(Д) (рис. 2.1—2.3). Тип турбины определяется максимальным на-

пором, при котором может быть применена лопастная система.

Область использования различных систем и типов гидротурбин

по напорам следует выбирать руководствуясь табл. 2.1.

РИС. 2.1. Характерные геометрические параметры проточной части

осевой гидротурбины