Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Гидравлическая турбина (или гидротурбина, водяная турбина) – это такая турбина, в которой происходит преобразование механической энергии потока воды в иную энергию – энергию вращения вала – с помощью лопастного гидравлического двигателя. Используется гидравлическая турбина в основном на гидроэлектростанциях с целью привода электрических генераторов, при этом величина диаметра рабочего колеса может достигать десяти метров, а мощность установки составляет 600 МВт и даже больше, при том, что расчетный напор достигает величины 1700 м.

Гидравлический таран – давление в этом водоподъемном устройстве нагнетается после гидравлического удара. Уровень подъема воды иногда достигает пятидесяти метров. Гидравлические тараны нашли применение в сельскохозяйственных работах, в строительстве и других сферах народного хозяйства.

Гидрант пожарный – так называются стационарные устройства, предназначенные для отбора воды из наружной водопроводной сети при потребности в ней в случае пожара. Среди пожарных гидрантов выделяют подземные и наземные: размещение подземных гидрантов осуществляется в колодцах, закрытых крышкой, а с целью отбора жидкости на подобный гидрант навинчивают пожарную колонку, которая имеет два выходных патрубка – с целью присоединения рукавов. Примером наземных пожарных гидрантов служит гидрант-колонка, которая служит отбору воды как для хозяйственных, так и для пожарных нужд. Такой вид пожарных гидрантов как бы совмещает в себе водоразборную колонку и наземный пожарный гидрант.

Гидроагрегат (происходит от слов «гидро» и «агрегат») представляет собой агрегат, который состоит из гидротурбины и гидрогенератора, может быть горизонтальным осевым и вертикальным. При этом среди горизонтальных осевых гидроагрегатов выделяют прямоточные и погруженные гидроагрегаты. К погруженным гидроагрегатам относят капсульные и шахтные гидроагрегаты, у которых расположение генератора может быть верховым и низовым.

Гидрогенератор – термин составлен из слов «гидро» и «генератор», его используют для обозначения генераторов электрического тока, приводимых во вращение при помощи гидротурбины. Традиционно гидрогенераторами являются явнополюсные синхронные генераторы, ротор которых соединяется с валом рабочего колеса в гидротурбине. Сам по себе синхронный генератор является синхронной машиной, работающей в режиме генератора. Наиболее распространены синхронные генераторы, у которых ротор приводит во вращение паровая (газовая) либо водяная турбина – это турбогенератор или гидрогенератор.

Конструкцию гидрогенератора определяют как положение оси его ротора, так и частота вращения и мощность турбины. Изготовление мощных тихоходных гидрогенераторов происходит обыкновенно с вертикальным направлением оси вращения – кроме капсульных вариантов, а для быстроходных гидроагрегатов с ковшовой гидротурбиной применяется горизонтальное направление оси вращения. Есть также варианты опытно-промышленных образцов гидрогенераторов оригинальной конструкции – они могут обладать фазным ротором, могут быть контрроторными, проточными и т. д.

В нашей стране в связи с топологическими и геологическими особенностями рек большую часть быстроходных генераторов устанавливают с вертикальным направлением оси вращения. Мощность гидрогенераторов может быть различной. Если она составляет до 50 МВт, то гидрогенератор будет считаться маломощным. Гидрогенераторами средней мощности считаются образцы с мощностью от 50 до 150 МВт, если мощность гидрогенератора составляет более 150 МВт, то генератор относится к категории экземпляров большой мощности. Частота вращения установок также может быть различной: для тихоходных гидрогенераторов она составляет до 100 об/мин, для быстроходных – более 100 об/мин. Что же касается диапазона генерируемого напряжения, то он может составлять от 8,8 до 18 кВ, коэффициент мощности при этом составляет от 0,8 до 0,95 единиц. КПД у быстроходных гидрогенераторов составляет 97,5—98,8%, а у тихоходных гидрогенераторов – 96,3—97,6%.

В нашей стране первые гидрогенераторы были созданы в советскую эпоху. Их мощность составляла около 7,25 МВт. Они были сооружены в 1925 г. на станках завода «Электросила» в Ленинграде и использовались на Волховской гидроэлектростанции.

Однако уже в начале 30-х гг. ХХ в. на Днепровской гидроэлектростанции стали использоваться гидрогенераторы, мощность которых составляла до 65 МВт, а к 1940 г. были созданы самые крупные по тем временам – по моменту вращения и габаритам, так же как и по массе, – гидрогенераторы, установленные на Угличской и Рыбинской гидроэлектростанциях.

Позже были сконструированы новые варианты гидрогенераторов – уже для других гидроэлектростанций, Братской и Красноярской – соответственно в 1960 и в 1964 гг., их мощность составила 225 и 508 МВт соответственно.

На Череповецкой гидроэлектростанции были установлены капсульные гидрогенераторы с мощностью около 20 МВт и водяным охлаждением.

Для Киевской гидроаккумулирующей электростанции были созданы обратимые гидроагрегаты. Затем – уже в 1966 г. – был создан опытный высоковольтный гидрогенератор (мощность этого экономичного гидрогенератора составила 110 кВт).

Для установки на Саяно-Шушенской гидроэлектростанции был спроектирован гидрогенератор с мощностью 650 МВт. В процессе конструирования и монтажа гидрогенераторов особое внимание стоит обращать на крепление вращающихся частей в гидроагрегате и на охлаждение обмоток ротора, а также статора. Существует деление гидрогенераторов в зависимости от расположения и конструкции опорных подшипников (или, иначе, подпятников), по которому выделяют подвесные и зонтичные модели.

При создании подвесного гидрогенератора расположение опорного подшипника, который воспринимает все вращающиеся части гидроагрегата, как и осевое давление жидкости на рабочее колесо в турбине, производят выше, чем ротор генератора, а именно на верхней крестовине у агрегата. Наоборот, конструкция зонтичного гидрогенератора предполагает расположение подпятника под ротором генератора – именно на нижней крестовине либо на крышке турбины, при этом вал генератора может вращаться в двух либо трех направляющих подшипниках. Для того чтобы уменьшить габариты мощных тихоходных гидрогенераторов, которые обыкновенно довольно крупные, и снизить их вес, наиболее рациональным решением является именно зонтичный вариант исполнения. Для быстроходного гидрогенератора меньшего размера более предпочтительным будет подвесной тип конструкции, который в сравнении с зонтичным характеризуется высокой устойчивостью к механическим колебаниям в роторе, а также обладает меньшим диаметром опорного подшипника и намного проще в исполнении.