Ремонт 

Основные типы гидроэлектростанций. Принцип работы гидроэлектростанции Как строят гидроэлектростанции

И, как следствие, концентрации реки в определённом месте, или деривацией - естественным потоком воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается всё энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет своё определённое деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты , непосредственно преобразующие энергию потока воды в электрическую энергию. Есть ещё всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля работы ГЭС, трансформаторная станция , распределительные устройства и многое другое.

Особенности

Классификация

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности :

  • мощные - вырабатывают от 25 МВт и выше;
  • средние - до 25 МВт;
  • малые гидроэлектростанции - до 5 МВт.

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 ещё по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды :

  • высоконапорные - более 60 м;
  • средненапорные - от 25 м;
  • низконапорные - от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин . Для высоконапорных - ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных - поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах.

Принцип работы всех видов турбин схож - поток воды поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передаётся 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, образующегося напора воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

  • плотинные ГЭС . Это наиболее распространённые виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создаётся 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 ГЭС . Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимый напор воды в ГЭС такого типа создаётся 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 создаётся более высокая плотина, и создаётся водохранилище - такая схема ещё называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимого напора воды.
  • гидроаккумулирующие электростанции . Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определённые 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 судоподъёмники , способствующие навигации по водоёму, 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 . В виду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций .

Преимущества и недостатки

Краткая характеристика работы гидроэлектростанции

ГЭС – комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Напор ГЭС создается концентрацией падения воды реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно.

Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС:

  • в машинном зале электростанции – гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля;
  • в центральном посту управления – пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции;
  • повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках;
  • распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке;
  • при здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.

По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. Подробнее остановимся на русловых ГЭС.

В русловых ГЭС (рис.Е.1.) напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ затопление долины реки. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высоту плотины. Русловые ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.

В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и водосбросные сооружения. Состав гидротехнических сооружений зависит от высоты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной стороны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой - нижний бьеф. Подводящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями закладываются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа.

В соответствии с назначением гидроузла в его состав могут входить судоходные шлюзы или судоподъёмник, рыбопропускные сооружения, водозаборные сооружения для ирригации и водоснабжения. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30-40 м. На крупных равнинных реках основное русло перекрывается земляной плотиной, к которой примыкает бетонная водосливная плотина и сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках.

Отдельные ГЭС или каскады ГЭС, как правило, работают в системе совместно с конденсационными электростанциями, теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), атомными электростанциями (АЭС), газотурбинными установками (ГТУ), причём исходя из характера участия в покрытии графика нагрузки энергосистемы ГЭС бывают базисными, полупиковыми и пиковыми.

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами – их непрерывная возобновляемость.

Из-за большой площади зеркал водохранилищ наиболее крупных ГЭС ущерб, наносимый природе, значителœен. Наиболее значимым фактором воздействия крупных гидроэлектростанций на экосистему водосброса является создание водохранилищ и затопление земель. Это вызывает изменение видового состава, численности биомассы растений, животных, формирование новых биоценозов.

Эффективным способом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС в каскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркала водохранилищ.

Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества водной среды. В водохранилищах задерживается большая часть питательных веществ, приносимых реками. В теплую погоду водоросли способны массами размножаться в поверхностных слоях обогащенного питательными веществами, или эвтрофного, водохранилища. В ходе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища и производят большое количество кислорода. Отмершие водоросли придают воде неприятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ. Массовое размножение, ʼʼцветениеʼʼ водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах делает их воду непригодной ни для промышленного использования, ни для хозяйственных нужд.

В случае если вопрос о положительном или отрицательном влиянии водохранилищ на качество воды до сих пор остается спорным, то негативное влияние неочищенных стоков, бесспорно. Большие объёмы воды и высокий эффект самоочищения в водохранилищах побуждают к строительству предприятий без должной очистки стоков, что превращает водохранилища в огромные отстойники сточных вод.

Кроме загрязнения объективным показателœем качества является состояние обитающих в воде живых организмов. Наиболее тесно связаны с водными массами планктонные организмы. В условиях верхнего бьефа формируется планктобиоценоз озерного типа, а в условиях нижнего – речного. Как правило, организмы сообществ озерного типа не приспособлены к жизни в реке. В речных условиях течение даже средней силы оказывает губительное влияние на озерные виды организмов. На структуру и динамику планктона влияют и сами гидротехнические сооружения, т.к. при преодолении гидроагрегатов планктон подвергается разрушению.

Рис.Е.1. Разрез здания Волжской ГЭС: 1 – водоприемник, 2 – камера турбины, 3 – гидротурбина, 4 – гидрогенератор, 5 – отсасывающая труба, 6 – распределительные устройства (электрические), 7 – трансформатор, 8 – портальные краны, 9 – кран машинного зала, 10 – донный водосброс; НПУ – нормальный подпорный уровень, м; УНБ – уровень нижнего бьефа, м

Развитие ГЭС и их промышленное использование тесно связано с проблемой передачи электроэнергии на расстояние: как правило, места͵ наиболее удобные для сооружения ГЭС, удалены от базовых потребителœей электроэнергии.

И всœе же, рассматривая воздействие ГЭС на окружающую среду, следует отметить жизнесберегающую функцию ГЭС. Так выработка каждого млрд. кВт * ч электроэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населœения на 100-226 чел/год.

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

Краткая характеристика работы гидроэлектростанции - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Краткая характеристика работы гидроэлектростанции" 2017, 2018.

В энергосистеме ГЭС обычно используется для выработки электроэнергии, покрытия графика нагрузки, особенно его пиковой части, регулирования частоты электрического тока в системе, в качестве резерва и для выработки реактивной мощности в режиме синхронного компенсатора.

Режим работы ГЭС в энергосистеме зависит от расхода воды, напора, объема водохранилища, потребностей энергосистемы, ограничений по верхнему и нижнему бьефу.

Агрегаты ГЭС по техническим условиям могут быстро включаться, набирать нагрузку и останавливаться. Причем включение и выключение агрегатов, регулирование нагрузки могут происходить автоматически при изменении частоты электрического тока в энергосистеме. Для включения остановленного агрегата и набора полной нагрузки обычно требуется всего 1-2 мин.

Мощность на валу гидротурбины (кВт) определяется как

где т - расход воды через гидротурбину, м 3 /с;
Н т - напор турбины, м;
η т - коэффициент полезного действия (КПД) турбины.

Напор турбины равен:

где ∇ВБ, ∇НБ - отметки уровня воды соответственно в верхнем и нижнем бьефе, м;
Н г - геометрический напор;
∆h - потери напора в водоподводящем тракте, м.

Потери напора обычно составляют 2-5 % Н г. Значение КПД гидротурбины зависит от ее конструкции, размеров и режимов работы. Коэффициент полезного действия современных крупных гидротурбин может достигать 0,95.

Электрическая мощность гидроагрегата N a на выводах генератора

(17.9)

где η ген - КПД гидрогенератора.

Обычно КПД гидрогенератора равен 0,9-0,98.

Регулирование мощности агрегата ГЭС производится изменением расхода, проходящего через гидротурбину. Мощность ГЭС в i-й момент времени равна:

(17.10)

где гi , H гi , η гi - расход ГЭС, напор ГЭС и КПД ГЭС соответственно в i-й момент времени.

Выработка электроэнергии ГЭС (кВт · ч) за период времени Т (ч) определяется как

(17.11)

В качестве расчетного периода Т рассматриваются час, сутки, неделя, месяц, год.

Годовая выработка электроэнергии ГЭС не является постоянной величиной, а изменяется в зависимости от объема стока, поступающего в водохранилище, степени его регулирования и условий эксплуатации ГЭС. При годичном регулировании годовая выработка электроэнергии ГЭС, как правило, существенно колеблется в основном за счет энергоотдачи в паводковый период.

При многолетнем регулировании неравномерность выработки электроэнергии по годам бывает незначительной.

Среднемноголетняя выработка электроэнергии является важной характеристикой, используемой при определении технико-экономических показателей ГЭС.

Для оценки работы ГЭС в энергосистеме служит условное число часов использования установленной мощности в году Т у представляющее собой отношение:


где N у - установленная мощность ГЭС;
г - среднегодовая выработка.

Для остропиковых ГЭС Т у ≤ 2000 ч, а для ГЭС, работающих в полупиковом режиме, Т у возрастает до 4000 ч. Если ГЭС предназначается для базисной работы, то Т у составляет обычно 6000-6500 ч. Теоретическим пределом является Т у = 8760 ч.

Эксплуатационный персонал на ГЭС существенно меньше, чем на тепловой или атомной электростанции аналогичной мощности.

Себестоимость выработки электроэнергии на ГЭС обычно в 6-8 раз ниже, чем на ТЭС или АЭС.

Общий принцип работы гидроэлектростанции известен, наверное, всем. Вода, переходя из верхнего бьефа в нижний, вращает колесо турбины. От турбины приводится в движение генератор, который собственно и производит электричество. Но все самое интересное – в подробностях.

Кстати, для того чтобы получить 1 квт-ч электрической энергии, требуется спуск 14 тонн воды с высоты 27 м.

В отличие, например, от тепловых станций, устроенных совершенно однотипно, каждая гидроэлектростанция устроена со своими особенностями. То есть, не существует некоей однотипной ГЭС. Они отличаются по расходу и напору воды, обьему водохранилища, по географическим критериям местности: климат, грунт, рельеф, близость моря.

Вот машинный за, вполне обычный, разве что окна искусственные (с подсветкой): зал находится на глубине 76 м внутри скалы.

Это машинный зал первой в СССР подземной гидроэлектростанции, к ней с поверхности земли подведены четыре водовода, имеющие диаметр 6 м.

Для извлечения из зала оборудования при необходимости его замены или ремонта в скале вырублена шахта:

Сбросные сооружения и затворы

Не всегда и не вся вода может использоваться для выработки энергии: часть ее сбрасывается мимо ГЭС. Это бывает необходимо при паводке весной (если отсутствует водохранилище многолетнего регулирования), при ремонте агрегатов, при необходимости холостого сброса воды для пропуска мальков рыб по течению и по другим причинам. На Беломорской ГЭС холостой водосброс – это три затвора.

Вопрос резервирования очень важен, ведь если вовремя не понизить в водохранилище уровень воды, это будет иметь серьезные последствия. Для поднятия и опускания затворов предусмотрены козловые краны и электрические лебедки, есть и ручной привод.

Когда затвор поднят, происходит холостой сброс воды для Беломорского водозабора, который расположен ниже по течению.

При обледенении затвора используется индукционный подогрев: обогрев одного затвора требует 150кВт.

Для этой же цели возможно применение барботажа – пропускание воздуха вдоль затвора из глубины, с помощью шлангов системы сжатого воздуха.

Для гашения кинетической энергии воды при сбросе используются различные способы: столкновение потоков, ступени, водобойные колодцы. Например, на Волховской ГЭС – водобойная плита с гасителями.

О рыбе

Нижнетуломская ГЭС для того, чтобы семга могла подняться вверх по течению на нерест, имеет специальный рыбоход, имитирующий горный ручей. В его конструкции предусмотрены и камни на дне, и зигзагообразные проходы, и места для отдыха рыбы.

В период нереста ближайший к рыбоходу гидроагрегат отключают, чтобы его шум не мешал рыбе найти ручей и плыть в правильном направлении.

Безопасность

В результате аварийного прорыва воды ГЭС может остаться без электричества даже для собственных нужд, поэтому предусматриваются резервные источники: аккумуляторы, аварийные дизель-генераторы.

Еще один компонент системы обеспечения безопасности – аэрационные трубы, которые есть к примеру в верхней части водоводных труб Кондопожской ГЭС.

Аэрационные трубы монтируются для защиты водоводов при образовании в них глубокого вакуума, от которого их стальные стенки могут разорваться. Этот вакуум возникает в ситуации резкого опорожнения водовода после закрытия верхних затворов. По аэрационным же трубам они заполняются воздухом, что предотвращает деформацию.

Остатки водовода 1930-х годов из дерева.

Защитная стенка (в центре кадра) предусмотрена для той ситуации, если водовод все-таки прорвется.

Стенка перенаправит водный поток так, что он обойдет станцию с левой стороны, а не через здание администрации и уйдет в нижний бьеф по выемке.

Контроль и управление

На следующем фото видны турбина, генератор и вал, который их соединяет. Слева виднеется схема гидроагрегата, на которую выведены гидроманометры, которые показывают давление в системе смазки.

Внизу – гидравлические приводы направляющего аппарата.

В машинном зале можно проследить за другими параметрами: уровни воды в бьефах, температура воздуха и воды.

Мнемосхема

Данный гидроагрегат не работает. Мощность и частота вращения ротора равны нулю, закрыт направляющий аппарат.

Вода из спиральной камеры турбины снизу забирается и подается на охладители генератора (охладитель – в центре схемы, он красного цвета, охладители А и Б), а также на смазку подпятника, верхнего (ВГП) и нижнего (НГП) генераторных подшипников. Подшипники смазываются водой, нагреваемая вода отправляется на рыбзавод. Справа – красный бак с маслом – относится к гидравлической системе управления направляющим аппаратом. Также здесь можно видеть уровни и расходы и давления всех жидкостей.

Вибрация

Вибрация очень опасна: к примеру, на Саяно-Шушенской станции гидроагрегат был разрушен именно из-за нее. Точнее, из-за усталостного разрушения шпилек крепления крышки турбины по причине вибраций, которые возникли при переходе гидроагрегата через диапазон «запрещенной зоны».

На центральном пульте управления ГЭС можно увидеть, где эта «запрещенная зона» расположена.

Гидроагрегаты Г1, Г3, Г4 работают. Г2 – остановлен. На черном фоне отображается мощность, вырабатываемая генераторами 38,1/38/38 МВт соответственно. Красные столбики Г3 и Г4 свидетельствуют о работе на полную мощность, в Г1 еще имеется резерв. Красная зона за столбиками – диапазон мощности, при которой нежелательна работа гидроагрегата, при пуске и остановке ее необходимо быстро миновать.

Узнать, какой гидроагрегат не работает можно еще до входа в здание.

Когда противовесы подняты – значит, затворы на соответствующих турбинных водоводах опущены. Активно внедряется удаленное управление. При этом диспетчер должен держать под контролем и учитывать взаимное влияние ГЭС в каскаде, значения уровней воды в водохранилищах, потребности потребителей по электричеству и воде. На основании этих сведений происходит распределение выработки электроэнергии между станциями.

На Руси водяные силовые установки строились на реках с незапамятных времен. Из сохранившихся древних летописей известно, что русские люди уже в XIII в. искусно сооружали вододействующие установки для вращения мельничных жерновов.

В XIV-XV вв. водяные мельницы были уже широко распространены. О них упоминается в рукописных документах того времени. Еще шире стали использовать природную энергию рек в XVI и XVII вв. Под Москвой на р. Неглинной в 1519 г. работали уже три водяные мельницы и одна толчея, очищавшая зерно в ступах. Но все эти установки с водяными колесами были небольшой мощности.

В 1524 г., как говорит Псковская летопись, новгородцы под руководством «некоего хитреца» мастера Нережи Псковитина дерзнули создать плотину и мощную гидросиловую установку на полноводном и глубоком Волхове. Эта гидроустановка, построенная впервые в мире на большой реке, некоторое время успешно работала.

А через 400 лет на том же многоводном Волхове советские люди воздвигли из бетона и стали мощную гидроэлектростанцию. С декабря 1926 г. она безотказно посылает энергию заводам, городам, селам. Так было положено начало сооружению мощных гидроэлектрических установок на реках нашей страны.

Реки по своей природе очень разнообразны. Например, бурливый, гремящий Терек берет начало в подоблачных ледниках Казбека. Он совсем не похож на широкую Волгу, плавно, неторопливо несущую свои воды в невысоких берегах.

Понятно, что получать энергию от горного Терека и от равнинной Волги надо не одинаковым способом. Гидростанции на этих двух реках должны быть совершенно различными по устройству. Так, на круто падающих и стремительных горных потоках отводят воду деривационным каналом (см. ст. «»). От конца канала вниз по склону проложены трубы. По ним вода под напором течет к зданию электростанции. Оно стоит в глубине долины на берегу реки. Если скалы на склонах ущелья крутые и недоступные, воду отводят подземным деривационным туннелем. На полноводных реках, спокойно протекающих по пологим равнинам, напор создают плотиной. Гидроэлектрические установки такого типа на горных реках называют деривационными, а обычные, на равнинных реках, - плотинными.

Как же устроена мощная плотинная гидроэлектрическая станция, похожая, например, на крупнейшую Волжскую гидростанцию?

Основные сооружения гидроэлектростанции на равнинной реке - плотина и здание ГЭС. Уровень воды перед плотиной выше, чем вниз по течению реки. Эту разницу в высотах уровней называют напором гидростанции. Вода, непрерывно переливающаяся с более высокого уровня на низкий, может выполнять большую полезную работу.

Разрез гидроэлектрической станции (ГЭС): 1 - сороудерживающая решетка; 2 - кран для подъема и спуска затвора; 3 - водослив; 4 - здание ГЭС; 5 - судоподъемник; 6 -электрогенератор; 7 - гидротурбина; 8 - всасывающая труба; 9 - трансформатор; 10 - подвод воды; 11 - тело плотины; 12 - смотровые галереи.

Перед плотиной гидростанции обычно образуется водохранилище. Весной оно пополняется талыми водами и сохраняет их до наступления зимы. А зимой или в летнюю засуху водохранилище изо дня в день добавляет воду к скудному в эти времена года природному стоку реки. Так поддерживается мощность электростанции, которая весь год должна быть достаточно равномерной.

В состав гидроустановки 4 на равнинной реке обычно входят бетонная и земляная плотины. Бетонная плотина необходима для сброса через нее лишних весенних паводковых вод. Остальную часть плотины обычно строят из земли и песка.

В здании гидростанции размещается основное машинное оборудование - турбины и генераторы, вырабатывающие электрическую энергию. Водяную турбину и соединенный с ней электрический генератор называют машинным агрегатом гидроэлектрической станции.

Водяная турбина, или гидротурбина, - главный двигатель гидростанции. На гидростанциях с низким напором воды, не выше 50-70 м, применяют поворотнолопастные гидротурбины. Их колесо по внешнему виду напоминает пароходный гребной винт. Такие турбины выгоднее других потому, что они быстроходнее. А это уменьшает вес и стоимость и самой водяной турбины, и вращаемого ею электрического генератора (подробнее см. ст. «»). Перед подводом воды к турбине устроена частая металлическая решетка. Она задерживает ветки деревьев, куски торфа, щепки и другие предметы, попавшие в реку. Далее вода поступает в трубу, которая имеет спиральную форму и похожа на раковину огромной улитки. В центре ее вращается колесо турбины. Эта труба называется спиральной камерой и служит для подвода воды непосредственно к турбине.

Первая часть поворотно-лопастной турбины (считая по пути движения потока воды) - это направляющий аппарат. Он представляет собой поворачивающиеся вокруг своих осей и легко обтекаемые водой лопатки. Располагаются они по окружности с внешней стороны турбины. Поворачивая лопатки направляющего аппарата, можно уменьшить или увеличить впуск воды в турбину, изменить ее мощность. Так поддерживается постоянное число оборотов турбины при любой ее нагрузке.

Из направляющего аппарата вода поступает на рабочее колесо. Оно, собственно, и использует энергию водяного потока. Рабочее колесо состоит из насаженной на вал втулки, к которой прикреплены плавно изогнутые металлические лопасти. Они могут поворачиваться вокруг своих осей в полном согласии с изменениями положения лопаток направляющего аппарата. У турбин такой конструкции бывает от 4 до 8 лопастей в зависимости от высоты напора воды, при котором они работают. Диаметр рабочего колеса гидротурбины зависит от ее мощности и напора воды и может достигать 9 ж и более.

Из рабочего колеса вода идет во всасывающую трубу. Это третья важная часть гидроустановки. Через нее отработанная вода из турбины выходит в реку ниже плотины. Всасывающая труба создает под рабочим колесом пониженное давление воды, что значительно увеличивает мощность турбины. С такой трубой турбину можно помещать выше нижнего уровня воды.

Гидротурбина преобразует в полезную работу большую часть - около 0,9 - всей энергии водяного потока. Принято поэтому говорить, что к. п. д. водяной турбины очень высок - приблизительно 90%. Полезная отдача гидротурбины с поворотными лопастями рабочего колеса велика не только при полной, но и при частичной ее нагрузке.

Гидротурбины оборудованы автоматическими регуляторами. Они работают с помощью жидкого минерального масла, находящегося под большим давлением. Регулятор сам, без участия человека, открывает и закрывает направляющий аппарат, а также поворачивает лопасти рабочего колеса, т. е. увеличивает или уменьшает мощность турбины.

Турбина электростанции приводит во вращение электрическую машину - гидрогенератор. Электрический генератор, вращаемый водяной турбиной, по устройству и большим размерам значительно отличается от генераторов, устанавливаемых на паровых электростанциях. Вал его обычно располагается вертикально. Одна из частей гидрогенератора - неподвижная станина - статор. Это полый внутри цилиндр, изготовленный из спрессованных пачек тонких стальных листов. С внутренней стороны статора в особых канавках, или пазах, укреплена электрическая обмотка из хорошо изолированных медных проводников.

Внутри статора вращается насаженный на вал барабан - ротор. На нем укреплены полюса сильных электромагнитов. Вы знаете, что если обмотать железный стержень изолированной проволокой и пропустить через нее постоянный электрический ток, то стержень становится электромагнитом. Так намагничиваются полюса ротора.

От вала гидрогенератора приводится в движение небольшой вспомогательный генератор - возбудитель. Он вырабатывает постоянный электрический ток для возбуждения магнетизма в полюсах ротора. Полюса электромагнита быстро движутся около витков обмотки статора. В обмотке возникает переменный электрический ток. При прохождении через обмотки электрического тока выделяется тепло, и они нагреваются. Поэтому через генератор беспрестанно пропускают охлаждающий его воздух.

Работой агрегатов гидроэлектрической установки управляют со специального пульта управления. На щитах - панелях пульта установлены аппараты управления и многочисленные приборы. Они измеряют силу электрического тока, его напряжение и другие важные величины. На пульте, как в зеркале, отражается вся жизнь гидроэлектрической станции. Отсюда ведется надзор за всеми ее машинами и аппаратами, а также управление ими. Пульт управления - это как бы мозг гидростанции, центр ее «нервной системы», получающий сигналы и посылающий точные приказания всем агрегатам.

Гидроэлектрические установки все шире автоматизируются. Некоторые станции работают без людей, при запертых на замок дверях машинного зала.

Напряжение электрического тока, выработанного гидрогенератором, по сравнению с напряжением линии электропередачи, низкое - от 6 до 16 тыс. в. Передавать ток с таким напряжением на далекие расстояния нельзя. Для этого нужно повысить напряжение, например, до 200 тыс. в, а при особенно дальних расстояниях электропередачи - до 500 и даже до 800 тыс. в. Напряжение тока повышают с помощью трансформатора.

Обычно его помещают на открытой площадке недалеко от генератора. В трансформаторе все части неподвижны. Он состоит из тяжелого сердечника, изготовленного из плотно спрессованных и прочно скрепленных болтами тонких стальных листов. На сердечнике - две обмотки из медных проводников, покрытых изоляцией. Через одну обмотку, с небольшим числом витков толстых проводов, проходит вырабатываемый генератором переменный ток генераторного, низкого напряжения. Под действием этого тока железный сердечник намагничивается и возбуждает во второй обмотке, с большим числом витков тонкого провода, переменный электрический ток высокого напряжения.

Величина полученного высокого напряжения во столько раз больше первичного, низкого, во сколько число витков тонкой обмотки больше числа витков обмотки более толстой.

Чтобы ток высокого напряжения во второй обмотке не мог пробить ее изоляцию и не создал бы этим короткого замыкания (а также для хорошего охлаждения), весь сердечник трансформатора, вместе с обмотками, помещается в железный бак. Бак наполнен жидким минеральным маслом, которое не проводит электрического тока. Концы обмоток выпущены нз бака наружу через фарфоровые втулки. Часто трансформаторы делают трехфазными: у них три первичные и три вторичные обмотки. Три конца от тонкой обмотки с большим числом витков присоединены к трем проводам электрической линии, ведущей к потребителям в отдаленные районы.

На местах потребления электроэнергии переменный ток высокого напряжения необходимо вновь преобразовать в ток низкого напряжения, которым питаются осветительные электрические лампы, электродвигатели и т. п. Это обратное превращение электрической энергии так же выполняют трансформаторы. Устройство их подобно описанному выше.

Эти трансформаторы называются понизительными.

Таким способом дешевая энергия Волжской гидростанции передается в район Москвы на очень большое расстояние - 900 км при напряжении 400 тыс. в.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .