Большая энциклопедия техники

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.

Крупные генераторы, например с мощностью до 300 МВт, требуют охлаждения. Чтобы его добиться, чаще всего применяют замкнутую систему вентиляции, т. е. система вентиляции косвенная, или поверхностная, когда обдувание воздухом обмотки происходит с поверхностной стороны, и форсированная, когда воздух попадает в проводник с током или же непосредственно между проводниками. При этом более эффективным будет охлаждение обмоток статора с помощью дистиллированной воды с одновременным усиленным воздушным охлаждением обмотки ротора. С помощью использования усиленного охлаждения можно добиться повышения коэффициента использования гидрогенератора, снизить расход изоляции, а также ценных металлов – меди и активной стали.

Возбуждают гидрогенератор чаще всего от вспомогательных генераторов постоянного тока, которые устанавливают на валу. В крупных гидрогенераторах используют и дополнительный подвозбудитель – с целью возбуждения вспомогательных генераторов. В ряде случаев для этих целей используют синхронный генератор, снабженный выпрямителями – он в то же время может служить и вспомогательным генератором.

Гидродвигатель

Гидродвигатель – то же самое, что и гидравлический двигатель.

Гидростат

Гидростат – (происходит от слова «гидро» и греческого слова statos, которое переводится как «стоящий» или «неподвижный») реле влажности – т. е. регулирующее устройство, которое срабатывает в процессе изменения влажности воздуха и применяется в различных вентиляционных системах, а также в системах кондиционирования.

Своеобразная камера, внутри которой при определенной неменяющейся температуре создается стопроцентная влажность, т. е. точка росы. Чаще всего такие гидростаты применяются для испытания материалов.

Подводный аппарат, который опускается при помощи троса с судна-базы и используется для выполнения различных подводных исследований, а также подводных работ. Гидростаты представляют собой камеры, сделанные из прочного материала (это могут быть сплавы алюминия и магния, стеклопластик и многие другие), в форме шара или цилиндра, в них располагаются на время работ операторы – один или два-три человека.

Первый цилиндрический гидростат был сооружен Гартманом (американский ученый) в начале XX в. – в 1911 г. Современные гидростаты представляют собой плавучие лаборатории, снабженные разнообразными электрическими и гидравлическими приборами, оборудованные фотокамерами и телевизионными, видеоустановками, различными камерами, прожекторами или манипуляторами, которые могут производить разные операции снаружи гидростата. У современных гидростатов есть устройства, которые позволяют им без посторонней помощи всплывать при обрыве троса. Электроэнергия и связь подаются по кабелю. Часто на гидростатах есть гребные винты, которые дают возможность ограниченно перемещаться под водой.

Максимальная глубина погружений у современных гидростатов составляет 300 м. Сейчас гидростаты часто стали заменять различными автономными глубоководными аппаратами, а также снарядами.

В нашей стране работа по разработке проектов и по сооружению гидростатов началась в начале 20-х гг. ХХ в., когда организовали ЭПРОН, т. е. Экспедицию подводных работ особого назначения – это произошло в марте 1923 г. Организацию ЭПРОН связывают с легендой о золотом кладе. В истории ЭПРОН была своя Троя, а также свой Шлиман, в роли которого выступил инженер В. С. Языков. Этот человек к тому времени уже давно пытался добиться разрешения организовать работы, с целью поднять английский пароход «Черный принц». Изначально этот корабль назывался «Prince», но позднее к нему «приставили» определение «черный», вероятно, это придавало еще большую трагичность и загадочность данной истории – с таким именем корабль и вошел в историю благодаря журналистам. «Принц» затонул во времена Крымской войны под Балаклавой в результате урагана, который разбил и другие восемь кораблей в составе соединенной эскадры, которая погибла при столкновении с балаклавскими скалами. Начиная с 70-х гг. XIX в. погибший корабль пытались найти и немцы, и французы, и норвежцы, которые были уверены в том, что корабль вез целых 500 000 золотых соверенов! Наш отечественный энтузиаст – В. С. Языков приехал в Москву с, казалось бы, «золотой идеей» и обратился с ней к зам. председателя Реввоенсовета республики Э. М. Склянскому, где он встретил очередной отказ. Затем он отправился в ОГПУ, там его идея показалась любопытной, ведь предполагали, что на борту «Черного принца» было 400 000 фунтов стерлингов чистым золотом. Уже в конце зимы 1923 г. В. С. Языков сумел попасть на прием к Ягоде и заинтересовал его своим предложением. Позже события начали разворачиваться с невероятной даже для той эпохи скоростью. Впоследствии в инициативную группу были включены В. С. Языков, Д. А. Карпович, а также инженер-механик Евгений Григорьевич Даниленко, который спроектировал глубоководный снаряд, эти люди были зачислены на довольствие и поступили в распоряжение ОГПУ. Позже Ягодой был отдан приказ о формировании ЭПРОН, был утвержден ее первый штат и начальник – В. С. Языков. Следовательно, с момента создания ЭПРОН обладал комиссаром в лице «руководителя» от ОГПУ Мейера и «начальником» Языковым, задача их заключалась в организации «наилучших условий для работ «экспедиции за золотом». Захарову-Мейеру и В. С. Языкову было отдано распоряжение – до лета 1923 г. обеспечить сооружение аппарата, который способен спускаться на значительную глубину, т. е. речь шла о гидростате. Поражает оперативность в принятии и исполнении решения по ЭПРОН. Например, уже 4 апреля 1923 г. был готов проект Даниленко и эскиз глубоководного снаряда направили для консультирования в научно-технический отдел ВСНХ. Через десять дней научно-технический отдел дал свое заключение о возможности осуществления спусков, подтвердил и возможность работы в данном аппарате на глубине до шестидесяти-восьмидесяти саженей. Еще через какое-то время рабочие чертежи сдали на завод «Парострой» в Москве. Старания известного инженера В. Г. Шухова способствовали тому, что весь корпус снаряда, выполненный из стали, весивший более 10 т, был изготовлен всего за три месяца. Работы шли под чутким контролем самих И. С. Уншлихта и Г. Г. Ягоды. Планировали уже в начале июля отправить стальной корпус аппарата в Севастополь с целью окончательной сборки. В середине июля корпус все-таки отправляют в Крым, а через несколько дней Мейер осуществляет выезд в Севастополь. На протяжении всех летних месяцев в Севастополе, как и в самой Балаклаве, велись подготовительные работы. Все работы с целью подъема затонувших кораблей велись первоначально двумя чекистами, несколькими опытными водолазами, врачом, корабельным инженером и бухгалтером. Ч. А. Шпакович был начальником плавучей базы, К. А. Павловский работал доктором, А. Н. Григорьев служил главным штурманом и был помощником начальника базы, а К. И. Масалыгин был механиком глубоководного аппарата, А. З. Каплановский выполнял функции начальника технической части. В состав команды входили И. Д. Прокопенко, Ф. Ф. Ивасенко и другие. Максимальная глубина погружения гидростата Даниленко, который был построен по заказу ЭПРОН, составляла сто пятьдесят метров. Оборудование гидростата включало манипулятор, прожектор, телефон и систему подъема при внезапном обрыве троса, а также систему подачи воздуха для экипажа из двух-трех человек – с помощью гибкого резинового шланга. Тайну золотого груза на борту «Черного принца» так и не удалось тогда разгадать.