ГИДРОСТАНЦИЯ

ГИДРОСТАНЦИЯ, гидроэлектростанция, гидроэлектросиловая установка, в к-рой энергия воды преобразуется в электрическую энергию. В общей энергетике СССР строительству Г. как установок, не потребляющих топлива, придаётся большое значение. Для целей сельской электрификации особенно важно развитие строительства с.-х. Г., обслуживающих производственные и бытовые нужды МТС, колхозов, совхозов и других с.-х. предприятий.

Г. с.-х. значения стали строиться у нас лишь после Октябрьской революции. В 1920 на пуске одной из таких Г. в селе Кашино, Московской обл., присутствовал В. И. Ленин. В 1939 в с. х-ве СССР находилось в эксплоатации более 700 колхозных и межколхозных Г, В последующие годы, включая годы Отечественной войны, строительство с.-х. Г. приняло широкие размеры.

Рис. 1. Расположение здания гидростанции в створе плотины: 2 - плотина; 2 - здание гидростанции

Для работы Г. необходим достаточный сосредоточенный напор воды (Н м) и определённый расход её, характеризуемый количеством воды, к-рое должно протекать через турбину (см. Гидравлический двигатель) в единицу времени (Q ^м³/_сeк).

Рис. 2. Расположение здания гидростанции на обводном канале: I - плотина; 2 - обводный канал; 3 - здание гидростанции

По величине создаваемого напора воды Г. разделяют на низконапорные, средненапорные и высоконапорные, а по способу использования необходимого напора воды - на Г. плотинные, Г. деривационные и Г. плотино-деривационные.

Низконапорные Г. характеризуются величиной напора воды от 1 до 8 м; строятся б. ч. в равнинных р-нах, где уклоны водотоков незначительны; средненапорные Г. характеризуются напором воды от 8 до 25 м и высоконапорные - выше 25 м; строятся при больших уклонах водотоков б. ч. в горных и предгорных районах.

Плотинные Г. В этих Г. необходимый для работы турбины сосредоточенный напор воды создаётся плотиной (см.), к-рая перегораживает водоток. Здание Г. может располагаться: 1) в створе плотины (рис. 1) и служить продолжением её поддерживая напор воды; 2) на обводном канале (рис. 2); 3) за плотиной в нижнем бьефе (рис. 3). В последнем случае вода подводится к турбинам Г. напорным трубопроводом или открытым лотком; здание, не поддерживающее напора воды, м. б. более простым и лёгким. Плотинные Г. строятся обычно на водотоках, имеющих небольшие уклоны, и распространены преимущественно в равнинных р-нах СССР.

Деривационные Г. широко распространены в горных р-нах, где водотоки имеют значительные уклоны. Необходимый напор воды создаётся посредством спец. деривационных сооружений. Если, напр., река с большим уклоном образует петлю, то по возможности в месте наибольшего сближения колен петли её прорывают канал, называемый деривационным, к-рый позволяет использовать падение реки в одном месте - в конце канала, где строится Г. Вместо открытого деривационного канала часто прокладывают закрытый трубопровод. На рис. 4 показана схема деривационной Г. с открытым каналом, а на рис. 5 - с закрытым трубопроводом (напорная деривация). Деривационная Г. состоит из след. основных сооружений: 1) деривационного канала или закрытого трубопровода; 2) головного сооружения для забора из водотока необходимого количества воды. Головное сооружение обычно строится в виде простейшего водоприёмника (см.), снабжённого щитами для регулирования поступления воды в деривацию; иногда, кроме водоприёмника, строится также небольшая плотина или водозахватная шпора; 3) станционного узла, состоящего из напорного бассейна или уравнительной башни (в случае напорной деривации), сооружаемого в конце деривации для обеспечения спокойной, бесперебойной работы Г. при изменении нагрузки, напорного трубопровода, подводящего воду из напорного бассейна к турбинам Г., здания Г. с оборудованием и отводящего канала. В состав станционного узла входит также т. н. холостой водосброс для сброса воды из напорного бассейна в отводящий канал, в случае вынужденной остановки турбин.

Рис. 3. Расположение здания гидростанции за плотиной в нижнем бьефе водотока: 1 - плотина; 2 - напорный трубопровод; 3 - здание гидростанции

Рис. 4. Деривационная гидростанция с открытым каналом: 2 - водозахватная шпора; 2 - деривационный канал; 3 - напорный бассейн; 4 - напорный трубопровод; 5 - здание гидростанции

Деривационные сооружения Г. позволяют использовать большой напор воды. Так, напр., с.-х. Г. Рицеули - в Кутаисском р-не, Грузинской ССР* работает при напоре воды в 200 м.

Плотинно-деривационные Г. представляют смешанный тип Г., в к-рых напор воды, необходимый для работы турбин, создаётся одновременно плотиной в головном сооружении и деривацией. Эти Г. распространены преимущественно в предгорных р-нах СССР (Сев. Кавказ, Урал, Карело-Финская ССР и др.).

Электрическая нагрузка Г. обычно неравномерна не только в различные периоды года, но и в течение суток. В часы максимальных нагрузок может не-хватить нормального расхода воды в реке для получения необходимой мощности Г. Кроме того, естественный расход воды рек различен в разное время года. Поэтому для бесперебойной работы Г. необходимо наличие водохранилища (см.), к-рое накапливает воду в часы малых нагрузок Г. или при остановке её. При достаточно больших водохранилищах осуществляется также и сезонное регулирование стока: вода накапливается во время весеннего паводка и расходуется затем в др. периоды времени при малом естественном расходе воды и большой электрической нагрузке гидростанции.

Рис. 5. Деривационная гидростанция с закрытым трубопроводом (напорная деривация): 2 - водозахватная шпора; 2 - закрытый деривационный трубопровод; 3 - уравнительная башня; 4 - трубопровод, подводящий воду к турбинам гидростанции; 5 - здание гидростанции

Мощность Г., при предварительных подсчётах, м. б. определена по формуле: 10 QH л. с. или 7 QH квт, где Q - расход воды в ^м³/_сек и Н - напор её в м.

Основным видом оборудования Г. является водяная турбина (см. Гидравлический двигатель) и электрический генератор (см.), размещаемые в здании Г. Важнейшим условием выбора типа турбины для Г. является возможно более близкое совпадение оборотности турбины и электрического генератора: чем ближе к единице отношение числа оборотов вала турбины к требуемому числу оборотов генератора, тем проще передаточное устройство.

Выбор типа турбины для Г. зависит от напора и мощности. Малым напорам более соответствуют турбины повышенной быстроходности (см. Гидравлический двигатель) и, наоборот, большим напорам- турбины с малой быстроходностью.

Тип турбины б. ч. определяет устройство машинного здания Г., зависящее от расположения турбины и способа подвода воды к ней. Так, напр.: 1) вертикальная открытая турбина располагается ниже пола машинного зала; подвод воды лотком; 2) горизонтальная открытая турбина располагается либо ниже пола, либо на уровне его, в зависимости от типа здания Г., способа подвода воды и др.; всасывающая труба коленчатая; 3) горизонтальная фронтальная турбина устанавливается на полу машинного зала; подвод воды - трубопроводом по оси турбины; всасывающая труба коленчатая; 4) горизонтальная спиральная турбина устанавливается на полу машинного зала; подвод воды осуществляется трубопроводом нормально к оси турбины, под или над полом; всасывающая труба обычно коленчатая.

На рис. 6 приведён разрез здания низконапорной плотинной Г. с вертикальной реактивной турбиной. Вода с верхнего бьефа проходит через сороудержательную решётку 1, входное отверстие открытой турбинной камеры, закрываемое плоским щитом 2, отверстия направляющего аппарата турбины 3 и выходит через бетонную всасывающую трубу 4 в нижний бьеф 5. Рабочее колесо турбины жёстко насажено на вал 6, к-рый через систему передач 7 приводит во вращение электрический генератор, расположенный в машинном зале.

Помимо электрического генератора, в машинном зале Г. располагается распределительный щит с аппаратурой и приборами, штурвал ручного управления регулированием турбины и выводы с электростанции (см. Электростанция сельскохозяйственная). Для передачи электрической энергии отдалённым потребителям, возле Г. сооружается трансформаторная подстанция, повышающая электрическое напряжение.

Рис. 6. Разрез здания плотинной гидростанции с вертикальной реактивной турбиной: 1 - сороудержательная решётка; 2 - плоский щит входного отверстия турбинной камеры; 3 - направляющий аппарат турбины; 4 - всасывающая труба (коленчатая); 5 - нижний бьеф водотока; 6 - вал турбины; 7 - передача к электрическому генератору

Автоматическая Г. оборудована рядом автоматических приборов управления и защиты от перегрузок и аварий. Обычно на автоматических Г. пуск и нормальная остановка турбины производятся вручную. После пуска управление машинами осуществляется автоматическими приборами. Все необходимые во время работы операции, как-то: регулирование оборотов, напряжения, контроль за смазкой, нагревом всех подшипников и электрического генератора, нагрузкой и пр. - производятся автоматически, без участия обслуживающего персонала.

Рис. 7. Схема микрогэс с напорным трубопроводом, установленной на ВСХВ: I - плотина; 2 - напорный трубопровод; 3 - комплектный агрегат микрогэс в закрытом металлическом кожухе; 4 - нижний бьеф водотока

Микрогэс - мельчайшая автоматизированная комплектная Г., устанавливаемая в спец. защитном кожухе на открытом воздухе. Мощность микрогэс незначительна - от 0,5 до 15 квт.

На рис. 7 приведена схема установки микрогэс с напорным трубопроводом.

Опытный образец микрогэс отечественного производства (мощностью в 7 квт, оборотностью в 1500) был установлен в 1940 на Всесоюзной сельскохозяйственной выставке.

Литература: Атлас типовых гидроэлектрических станций на ирригационной сети, вып. 1, Л., Гидропроиз, [1939]; Гаврилов В., Переустройство водяных мельниц на гидроэлектрические установки, М.-Л., 1941; Гвоздев В., Колхозные гидроэлектрические станций в Ростовской области, Ростов н/Д, 1940; Зубов И., Козловская В., Гидроэлектрические станции малой мощности (популярн. справочник по орг-ции проектирования строит-ва и эксплоатации), М.-Л., 1941; Королёв А. и Гинко С., Примеры проектирования малых гидроэлектрических станций, Л. - М., 1939; Кузнецов Н., Златковский А., Сельскохозяйственные гидроэлектростанции, 2 изд., М., 194 8; Лаврищев А., Экономика Урала и строительство малых и средних гидростанций, М., 1945.