151241 (Энергоаудит на гидроэлектростанции)

Введение

Энергоаудит, или энергетическое обследование предприятий и организаций предполагает оценку всех аспектов деятельности предприятия, которые связаны с затратами на топливо, энергию различных видов и некоторые ресурсы, например, воду.

Цель энергоаудита – оценить эффективность использования топливно-энергетических ресурсов и разработать эффективные меры для снижения затрат предприятия.

При проведении энергетического обследования решаются ряд основных задач, последовательное решение которых складывается в устоявшуюся методику проведения энергоаудита. Кроме того, в соответствии с требованиями действующего законодательства в области энергосбережения, решаются некоторые формальные задачи энергетического обследования. И наконец, у заказчика энергоаудита могут быть дополнительные пожелания к составу работ.

Решение всех этих задач возможно только при совместной работе высококвалифицированных инженеров и экспертов энергоаудитора с эксплуатационным персоналом и специалистами заказчика непосредственно на объектах предприятия.

Привлечение специалистов высокой квалификации, их работа с выездом на объекты, а также необходимость использования специализированных приборов, предполагает определённые затраты на выполнение этих работ. Такие затраты имеют две основные составляющие, скорее даже ипостаси, учитывая их неразрывность: время и деньги.

Периодичность и продолжительность энергоаудита

Время вообще имеет странное свойство, особенно в наши времена: задачи возникают, как правило, «вдруг», а решить их необходимо в кратчайшие сроки, желательно, «ещё вчера». При этом, однако, нужно понимать, что любая работа, а экспертная работа энергоаудиторов особенно, требует определённых затрат времени.

Массовое начало деятельности по энергосбережению в России пришлось на эпоху «бесплановой экономики», когда уже некому было составлять для энергоаудита удобные и понятные прейскуранты и ценники. Отсюда, все проблемы и сложности с ценообразованием в этой области.

В простейшем случае, руководителю, заказывающему дешёвый энергоаудит, необходимо понимать, что высококвалифицированные специалисты энергоаудитора имеют повышенный спрос, и дёшево их работа цениться не может.

Энергоаудиторы при проведении энергетических обследований, как и в других сегментах инжиниринговых услуг, их качество, срок выполнения и стоимость значительно различаются в зависимости от конкретного субъекта в этом бизнесе. А однозначного мерила этих характеристик в энергоаудите нет. Этим и объясняются сложности при выборе энергоаудитора. Благо, что аудиторов много. Плохо, что настоящих мало.

Конечно, фактическим результатом работы любого аудитора является большее или меньшее количество бумаги. Причём, большее её количество не значит более высокое качество, обычно бывает наоборот.

Предложения энергоаудиторов, как правило, носят рекомендательный характер. Поэтому, любая работа энергоаудиторов может так и остаться – только на бумаге, поскольку реализация мероприятий зависит от специалистов и руководства предприятия заказчика.

С другой стороны, качественно выполненную работу по энергоаудиту всегда можно превратить в деньги. Иногда, количество этих денег на несколько порядков может превысить затраты на проведение энергетического обследования. Нередко бывает, что затраты окупаются ещё в процессе работы.

В своей работе я хочу представить связь энергоаудита с гидроагрегатом, точнее с работай ГЭС.

1. Конструкция и принцип действия гидроагрегата

1.1 Объект управления

Объектом управления в данной работе является гидроагрегат (рисунок 1.1).

1 – спиральная камера; 2 – направляющий аппарат; 3 – рабочее колесо;

4 – отсасывающая труба; 5 – генератор

Рисунок 1.1 – Схема технологического процесса

Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала [1]. Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, но все они имеют только два лопастных венца (паровые и газовые турбины – со многими венцами лопаток.) К лопастям первого венца относятся профилированные колонны статора и лопатки направляющего аппарата, причем последние обычно позволяют регулировать расход воды через турбину.

Второй венец образуют лопасти рабочего колеса турбины. Два последовательных лопастных венца (статора и колеса) составляют ступень турбины. Таким образом, в гидротурбинах имеется только одна ступень.

Турбины для напоров, превышающих 300 м, совершенно иные, нежели описанные выше. В них имеются от одного до шести сопел кругового сечения, создающих водяные струи, которые падают на лопасти рабочего колеса. Расход воды регулируется перекрытием проходного сечения сопел. Рабочее колесо работает не под водой, как в осевой и радиально-осевой турбинах, а в воздухе. Высокоскоростная свободная водяная струя бьет в лопасть рабочего колеса, которая имеет форму двойного ковша. Конструкция ковшовой гидротурбины была предложена в 1878 и запатентована в 1880 американским инженером А. Пелтоном.

Ковшовая гидротурбина называется активной (свободноструйной), поскольку в соплах напор падает до нуля и сила, действующая на лопасти, создается ударом струи. Осевая же и радиально-осевая турбины относятся к реактивным (напороструйным), так как поток продолжает ускоряться в проходах между лопастями рабочего колеса и крутящий момент частично создается реакцией, ответственной за ускорение.

Поворотно-лопастная гидротурбина, реактивная гидротурбина двойного регулирования, в которой изменение мощности осуществляется одновременным поворотом лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса.

Рисунок 1.2 – Поворотно-лопастная гидротурбина

В поворотно-лопастной гидротурбине лопасти рабочего колеса могут быть как перпендикулярны к оси турбины (осевая поворотно-лопастной гидротурбина), так и образовывать с ней острый угол (диагональная гидротурбина). Поворотные лопасти гидротурбины имеют цапфы, которые установлены в окнах втулки рабочего колеса.

Различают вертикальные и горизонтальные поворотно-лопастные гидротурбины. Вертикальные обычно применяются на ГЭС с напорами от 15 до 60 м. Горизонтальные используются в прямоточных агрегатах на ГЭС с напорами от 15 до 30 м. В вертикальной поворотно-лопастной гидротурбине поток воды, поступающий из подводящего трубопровода, закручивается в спиральной камере, а затем попадает в статор (который вносит осевую симметрию в движение воды) и в радиальный направляющий аппарат гидротурбины с поворотными лопатками. Перед рабочим колесом направление потока при помощи обтекателя переводится из радиального в осевое.

Отсасывающая труба вертикальной поворотно-лопастной гидротурбины изогнутая, горизонтальной – прямоосная.

Для заданных значений мощности агрегата и напора ГЭС поворотно-лопастной гидротурбины имеет однозначно определяемые значения углов поворота лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса, которые обеспечивают в этом режиме максимальное значение коэффициента полезного действия. В регуляторе поворотно-лопастной гидротурбины устанавливается комбинатор гидротурбины. По сравнению с радиально-осевыми гидротурбинами имеет более пологую рабочую характеристику при одном и том же напоре и более высокие значения мощности и частоты вращения при одном и том же диаметре рабочего колеса и напоре. По своим прочностным и противокавитационным свойствам поворотно-лопастная гидротурбина уступает радиально-осевой гидротурбине, что делает неэффективным её применение на ГЭС с напорами выше 60 м. Мощность поворотнолопастной гидротурбины достигает 200 МВт и более.

1.2 Анализ основного оборудования

Рабочее колесо (рисунок 2.1, позиция 3) имеет поворотные лопасти, отлитые из нержавеющей стали марки 20Х13НЛ, которые закреплены на литом корпусе из углеродистой стали марки Л30 – втулке рабочего колеса. В нижней части втулки расположен механизм поворота лопастей, а верхняя часть представляет собой полый цилиндр, в котором расположен поршень сервомотора, приводящий в движение механизм поворота лопастей. Втулка верхней своей частью непосредственно прикреплена болтами к фланцу вала, который одновременно служит крышкой сервомотора. Полость цилиндра сервомотора отделена от нижней части втулки днищем, через центральное отверстие которого проходит шток поршня, соединенный со стальной крестовиной механизма поворота лопастей. На крестовине укреплены четыре проушины, в которых шарнирно закреплены серьги. Другим концом каждая серьга надевается на палец рычага, насаженного на цапфу лопасти.

Присоединение каждого рычага к фланцу лопасти осуществляется снаружи при помощи 8 болтов.

Крестовина предохраняется от поворота во втулке рабочего колеса двумя призматическими шпонками, приваренными к втулке.

Нижняя полость рабочего колеса всегда заполнена маслом и закрыта снизу стальным, обтекаемой формы, кожухом, болтовое крепление которого закрыто облицовкой.

Для предотвращения протечек через места сопряжения фланцев лопасти с втулкой, предусмотрены специальные уплотнения, состоящие из резиновых колец, прижимаемых к фланцу лопасти двумя пружинными кольцами из бериллиевой бронзы. Между кольцами проложены резиновые прокладки.

Поворот лопастей происходит при подаче масла под давлением через соответствующее отверстие в штоке в одну из полостей сервомотора, расположенных над или под поршнем. Перемещаясь, поршень сервомотора поворачивает лопасти, воздействуя на них через шток, крестовину, проушины, серьги и рычаги. Для слива масла из системы рабочего колеса внизу конуса имеется клапан, закрытый пробкой. Избыток масла во втулке рабочего колеса, получающийся при работе турбины за счет протечек масла через зазоры, выдавливается возникающим давлением через трубку, проходящую в центральном отверстии штока до места подсоединения штанг к штоку сервомотора и далее по пространству между штангами и валом турбины к основанию маслоприемника, откуда сливается по трубопроводу в бак маслонапорной установки.

Вал турбины – единый для рабочего колеса и генератора, откован из мартеновской стали. По всей длине вала расточено центральное отверстие, служащее для установки штанг, а также для контроля металла. В верхнем и нижнем концах отверстия запрессованы бронзовые втулки для направления штанг, подводящих масло к сервомотору рабочего колеса. Нижний фланец вала служит одновременно крышкой цилиндра сервомотора рабочего колеса.

На верхнем конце вала насажена опорная втулка ротора генератора. На верхней торцевой плоскости вала установлен фланец и вал-надставка, на который насажен якорь возбудителя и якорь пендель-генератора. Для предохранения от коррозии на вал в месте установки направляющего турбинного подшипника надета рубашка из нержавеющей стали.

Направляющий турбинный подшипник имеет разъемный чугунный корпус, состоящий из двух частей, соединенных между собой болтами, который прикреплен своим фланцем к крышке турбины. В отверстие корпуса вставлен чугунный вкладыш, состоящий из двух частей, соединенных между собой болтами. Корпус вкладыша крепится к корпусу подшипника через фланец с помощью гаек и шпилек.

В корпусе вкладыша установлены на болтах восемь стальных сегментов с привулканизированной к ним резиной.

В корпусе подшипника в два ряда установлены радиальные болты, предназначенные для центровки корпуса вкладыша относительно вала турбины.

На верхней плоскости корпуса подшипника установлена и закреплена шпильками чугунная ванна с торцевым уплотнением. В своей напорной части ванна имеет отверстие для подвода смазывающей воды на подшипник. Для отвода воды, проникающей через торцевое уплотнение в верхнюю часть ванны, в ней предусмотрено отверстие с трубой, через которую вода сливается на наружную часть корпуса подшипника.

Вода для смазки и охлаждения подшипника поступает по специальному трубопроводу в ванну подшипника из спиральной камеры, и в качестве резерва, от трубопровода технической воды, проходит через подшипник и отводится в камеру рабочего колеса. Протечки воды из корпуса подшипника откачиваются дренажным насосом. На ванне подшипника установлена крышка, на которой укреплен предохранительный кожух вала.

На верхнем фланце и крышке турбины установлены рифленые листы, которые являются площадкой для обслуживания подшипника.

В нижней части корпуса подшипника со стороны фланца вала под листами облицовки установлено резиновое уплотнение, служащее для прекращения поступления воды из камеры рабочего колеса после подъема ротора агрегата тормозами на высоту от 20 до 25 мм и создания условий для осмотра, прочистки смазочных канавок обрезиненных сегментов направляющего турбинного подшипника при высоком уровне воды в нижнем бьефе.

Направляющий аппарат (НА) (рисунок 1.1, позиция 2) состоит из отлитых из углеродистой стали (иногда чугунных) поворотных лопаток, цапфы которых установлены в подшипниках верхнего и нижнего колец. На верхние концы цапф лопаток надеты и закреплены, с помощью разрезных цилиндрических шпонок, стальные рычаги. Связь рычагов с регулирующим кольцом осуществлена посредством серег, надетых на пальцы, запрессованные в рычаги и регулирующее кольцо.

На каждой серьге имеется специальная деталь-камень, закрепленный разрывным болтом, который в случае попадания посторонних тел между лопатками (бревен и других предметов) при закрытии турбины разрывается, предохраняя тем самым от поломки другие детали направляющего аппарата. Для предохранения серьги от поломки при разрыве болта установлен гибкий упор. Кроме того, для сигнализации о разрыве болтов, на каждой серьге установлен концевой электрический выключатель.

Верхнее кольцо НА стальное, состоит из четырех частей, соединенных между собой болтами и установлено на стальной статор.

Чугунные подшипники направляющих лопаток установлены в отверстия верхнего кольца и закреплены на нем болтами. В подшипниках запрессованы по две капролоновые втулки, служащие направляющими цапф лопаток и воспринимающие от них радиальную нагрузку.