Рис. 13.3. Компоновка ГАЭС Хохенварта с трехмашинными агрегатами и радиально-осевыми турбинами
Стремление уменьшить высоту здания ГАЭС с трехмашинными агрегатами привело к схеме компоновки агрегата, в которой обратимая электрическая машина расположена между турбиной и насосом (ГАЭС Вальдек-II в Германии). Это позволило уменьшить на 7 м общую высоту агрегата и, соответственно, объем подземной скальной выемки.
Гидроагрегат ГАЭС Вальдек-II (рис. 13.4) состоит из высоконапорного одноступенчатого однозаходного центробежного насоса, радиально-осевой гидротурбины и синхронной электромашины номинальной мощностью 266 МВ·А, расположенных на одном вертикальном валу.
Рис. 13.4. Вертикальный разрез по оси трехмашинного гидроагрегата ГАЭС Вальдек-II:
1 и 6 – рабочие колеса насоса и турбины; 2 и 7 – направляющие аппараты; 3 и 8 – спиральные камеры; 4 и 9 – направляющие подшипники; 5 и 10 – вал, соответственно, насоса и турбины; 11–13 – вал, ротор и статор электромашины;
14 – вентиляционные каналы; 15 – водозащитный экран; 16 и 17 – подпятник и его поддерживающая конструкция
Рабочие колеса турбины и насоса жестко связаны с валом элек тромашины. Весь агрегат имеет только два радиальных направля ющих и один аксиальный упорный подшипник – подпятник. Насос имеет сложную систему уплотнений с кольцами, смещаемыми в осевом направлении во избежание их повреждения при работе агрегата в генераторном (турбинном) режиме, когда вода из полости рабочего колеса насоса отжимается сжатым воздухом.
В связи с отсутствием в компоновке гидроагрегата муфты сцепления, то есть возможности разъединения валов гидромашин и электрической машины, во избежание значительных гидравлических потерь мощности полости рабочих колес турбины и насоса опорожняются от воды сжатым воздухом соответственно в насосном и турбинном режимах, а в режиме СК вода отжимается одновременно из полостей обоих колес.
При смене режимов работы агрегата производится соответствующее маневрирование шаровыми затворами турбины и насоса, установленными со стороны всасывающей и отсасывающей труб и спиральных камер гидромашин. В любом режиме работы агрегата хотя бы одно из рабочих колес вращается в воздухе, что вызывает потери мощности – вентиляционные и на трение в лабиринтных уплотнениях. Расположение рабочих шаровых затворов непосредственно у спиральных камер и колонн всасывающих и отсасывающих труб гидромашин позволило ускорить наполнение и опорожнение соответствующих проточных частей и участков водоводов при переходных режимах работы агрегата. Для уменьшения высотных размеров агрегата его подпятник установлен на крышке насоса, а направляющие подшипники турбины и насоса размещены в непосредственной близости от уплотнений их валов.
Принятая на этом агрегате новая конструкция многоступенчатого лабиринтного кольцевого уплотнения вала насоса с максимальным перемещением в осевом направлении дает возможность увеличить зазор между подвижными и вращающимися частями уплотнения, что позволило уменьшить потери мощности на охлаждение этого лабиринта в турбинном режиме работы с 3800 до 170 кВт. Для защиты электромашины от увлажнения при демонтаже и ремонте гидротурбины применяются специальные ограждения – экраны и дренажные устройства, обеспечивающие полный слив остаточной воды после опорожнения турбины, а для обмоток статора и ротора электромашины применена высококачественная влагостойкая изоляция.
Типичным представителем классической трехмашинной компоновки насосотурбинных гидроагрегатов с вертикальным расположением, в состав которых входят гидравлический преобразователь и муфта сцепления, может служить ГАЭС Роттау в Австрии.
Оба трехмашинных насосотурбинных агрегата ГАЭС Роттау состоят из четырехступенчатых однозаходных высоконапорных центробежных насосов, ковшовых шестисопловых гидротурбин, синхронного гидравлического преобразователя с зубчатой сцепной муфтой и синхронной электромашины (генератора-двигателя) номинальной мощностью 220 МВ·А (рис. 13.5).
По условиям безкавитационной работы насос заглублен под минимальный уровень воды в нижнем бьефе на 22 м, что определило общую высоту агрегата – около 40 м. Конструкция насоса предусматривает сначала монтаж снизу его первой ступени, а остальные три ступени монтируются позднее сверху. В кованом вертикальном валу насоса просверлено сквозное отверстие, через которое проходит штанга для управления сцепной муфтой, серводвигатель которой находится в пустотелой втулке подпятника, расположенного
