частью корпуса втулки. Перемещение поршня происходит под действием давления масла, которое подводится по трубе 10 в нижнюю полость под поршнем, а по трубе 11 - в верхнюю. Средняя труба 12 служит для дренажа нижней части втулки. Трубы 10 я 11, встав-

Рис. 2-18. Механизм поворота лопастей рабочего колеса турбины Саратовской ГЭС.

ленные друг в друга, проходят по центральному отверстию вала и соединяются с маслоприемником, расположенным в верхней части агрегата, обычно над верхней крестовиной генератора. Когда поршень перемещается, все лопасти поворачиваются на одинаковый угол. На рис. 2-18 показан разрез по втулке рабочего колеса турбины

Саратовской ГЭС (D = 10,3 м, напор .6,5-14,7 м, 2i = 4, 4 = = 0,35). Крепление лопастей 2 в корпусе литой втулки 7

осуществляется с помощью цапф фланцем 3 на подшипниках скольжения 4 я 5. Рычаги лопастей 6 серьгами 9 посредством шарниров соединены с поршнем 7 диаметром 2,6 м. Это обеспечивает одинаковый поворот всех лопастей при перемещении поршня. Масло подводится в полость под поршнем по трубе 10 и над поршнем по трубе . Против проворачивания поршень удерживается цилиндрической шпонкой на стенке цилиндра.

Рис. 2-19. Механизм привода турбины ГЭС Орлик.

Иногда с целью уменьшения размеров втулки рабочего колеса сервомотор выносят из нее и размещают либо в месте соединения валов турбины и генератора, либо даже в пределах ступицы ротора генератора. На рис. 2-19 показана турбина ГЭС Орлик в ЧССР (напор 44-71,5 м, мощность 95 МВт), в которой сервомотор / рабочего колеса размещен в месте сопряжения валов турбины и генератора. Рычаги лопастей с помощью серег, крестовины 2 и штока 3, проходящего по осевому отверстию вала, соединяются с поршнем.

Сервомоторы рабочего колеса способны развивать огромные усилия. Так, в турбине Саратовской ГЭС используется давление масла 4 МПа (40 кгс/см) и при диаметре поршня сервомотора 2,6 м (рис. 2-18) максимальное усилие 21,5 МН (2150 тс.) Однако полный ход сервомотора рабочего колеса невелик и составляет около 0,3 м.

Крышка турбины (4 иа рис 2-5 и 2-12) перекрывает пространство над рабочим-колесом, служит для размещения верх-

НИХ опор цапф лопаток направляющего аппарата и является опорой регулирующего кольца 14, в крышке размещается направляющий подшипник турбины !6. Часто на крышку турбины опирается и несущая конструкция подпятника (17 на рис. 2-5). Таким образом крышка турбины представляет собой чрезвычайно ответственный элемент, воспринимающий большие нагрузки. Для обеспечения надежной работы турбин крышка должна обладать не только достаточной прочностью, но и жесткостью.

2-4. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ОСЕВЫЕ ТУРБИНЫ

Наиболее широко горизонтальные осевые турбины используются для погружных или капсульных агрегатов, у которых генератор расположен в замкнутой стальной капсуле, обтекаемой водой (дополнительно - см. [3, 37, 40]).

Особенности компоновки блока здания низконапорной ГЭС с капсульными агрегатами можно проследить на примере Киевской ГЭС (рис. 2-20). Здесь / - капсульный агрегат (турбина и генератор), 2 - отсасывающая труба, 3 - решетка, 4 - затворы водослива для пропуска паводков. Применение капсульных агрегатов прежде всего позволяет осуществить совмещенную конструкцию здания ГЭС с водосбросами; далее, формы бетонных элементов здания ГЭС значительно проще (ср., например, с рис. 2-3), что способствует более широкому использованию сборных железобетонных элементов; поток на длине всего тракта имеет минимальные повороты, и, что особенно важно, имеет прямоосное движение без поворота в отсасывающей трубе. Это приводит к снижению гидравлических потерь и увеличению к. п. д. турбины, особенно на больших расходах. В результате такие турбины развивают на 20- 35% большую мощность, чем вертикальные того же диаметра. Все перечисленные преимущества приводят к снижению на 10-25% стоимости здания ГЭС с горизонтальными капсульными агрегатами по сравнению с вертикальными при малых напорах.

Конструктивная схема капсульного агрегата показана на рис. В-3, а общий вид крупнейшего опытного агрегата с турбиной диаметром 7,5 м, установленного на Саратовской ГЭС, - на рис. ри 2-21. Основными элементами являются: рабочее колесо /, конический направляющий аппарат 2, стальная капсула 4 с коммуникационной шахтой 5. Капсула снизу опирается на бетонную тумбу 6 и раскреплена в бетон наклонными колоннами 3. Внутри капсулы находятся генератор 8, опорная конструкция подшипника и подпятника , а также вспомогательные устройства. Масло к сервомотору рабочего колеса 13 подается через маслоприемник 7.

Остановимся на некоторых деталях, показанных на рис. 2-21. Одна из особенностей капсульных агрегатов состоит в применении конического направляющего аппарата, открытие лопаток 2 кото-

рого определяется углом их установки а^. Поворот направляющих лопаток осуществляется с помощью рычагов 9 и регулирующего кольца 10, расположенного внутри капсулы и перемещаемого двумя сервомоторами. Рычаги соединены с регулирующим кольцом посредством серег и шаровых шарниров.

Рис. 2-20. Здание Киевской ГЭС с капсульным горизонтальным агрегатом.

В горизонтальных агрегатах серьезной проблемой является обеспечение надежной работы подшипников, особенно турбинного 12, на который приходится большая радиальная нагрузка, вызываемая консольным размещением рабочего колеса. Поэтому стремятся по возможности приблизить центр тяжести рабочего колеса к подшипнику.

Существуют капсульные агрегаты, в которых между валами турбины и генератора устанавливается мультипликатор, повышающий частоту вращения ротора генератора в 5-10 раз по сравнению с турбиной. Это позволяет сократить размеры генератора, а за счет этого и диаметр капсулы. Однако мультипликатор, представляющий собой шестеренчатую, соосную, планетарную передачу, является весьма сложном и дорогим элементом и используется

При сравнительно небольшой мощности. Так, каскад гидроэлектростанций с напорами 4-5 м на р. Мозель (ФРГ) оборудован капсуль-ными агрегатами мощностью по 3,5-4,6 МВт, с турбинами Dj = = 46 -ь 4,8 м и мультипликаторами 87/750-67/750 об/мин.

Капсульный агрегат мощностью 400 кВт с турбиной Dj = 3,3 м и мультипликатором установлен в СССР на Кислогубской приливной ПЭС.

Рис. 2-21. Опытный капсульный агрегат Саратовской ГЭС.

Особым видом гидроагрегата с горизонтальной турбиной является так называемый прямоточный агрегат, схема которого показана на рис. 2-22. Здесь в капсуле располагаются только подшипники / и 2, подпятник 3 и маслоприемник 4. Ротор генератора 5, непосредственно насаженный на концы лопастей рабочего колеса 6, вместе со статором располагается в кольцевой нише. Направляющий аппарат 7 осевой. Конструкция получается чрезвычайно компактной.

Интересно, что подобная схема была предложена еще в ,1919 г., но только через 18 лет ее удалось осуществить, затем в течение

14 лет фирма Эшер-Висс выпустила около 70 прямоточных агрегатов небольшого размера. Одними из наиболее крупных были изготовленные ЛМЗ в 1953 г. для Ортачальской ГЭС прямоточные гидроагрегаты поворотно-лопастного типа с диаметром рабочего колеса 3,3 м, мощностью 6,3 МВт. Однако из-за трудности передачи нагрузок от тяжелого ротора через лопасти и отсутствия надежной системы уплотнений, исключающей попадание влаги на обмотки,

If Z 3- у л/у Рис. 2-22. Схема прямоточного гидроагрегата.

от применения прямоточных агрегатов пришлось отказаться. Однако сейчас интерес к ним возродился опять и проблему пытаются решить путем использования новых конструкций и новых материалов.

2-5. ДИАГОНАЛЬНЫЕ ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНЫЕ ТУРБИНЫ

Крупнейшие в мире диагональные турбины, разработанные ЛМЗ, ВНИИГидромаш и МЭИ и изготовленные ЛМЗ, установлены на Зейской ГЭС. Эти турбины номинальной мощностью по 220МВт работают в диапазоне напоров 74,5-97,3 м, имеют диаметр рабочего колеса 6,0 м (рис. 2-23 и 2-24).

Статор, направляющий аппарат и механизмы привода направляющих лопаток диагональных турбин такие же, как у осевых. Основное отличие состоит в форме и конструкции рабочего колеса и камеры рабочего колеса. Лопасти рабочего колеса / с цапфами 2 укреплены в конусообразной втулке 3 под углом 45° к оси вращения колеса. На каждой цапфе имеется рычаг 4, который посредством шарового шарнира соединен с тягой 5, которая перемещается поршнем сервомотора 6, что приводит к одновременному повороту всех лопастей рабочего колеса на один и тот же угол. Диаметр втулки довольно большой, и может составлять 0,50-0,65 при числе лопастей 9-10, однако у этих турбин втулка не создает местного стеснения потока. Камера рабочего колеса 7 имеет сфериче-