Энергетика и промышленность России - избранные материалы.
ВЫПУСК 123.

Ближайшее будущее гидроэнергетики – модернизация электростанций

Гидротурбинное производство сызранского ОАО «Тяжмаш» два года назад отметило свое пятидесятилетие. Однако если внимательно проследить историю предприятия, то окажется, что на самом деле гигант отечественного машиностроения, образованный в 1941 году, занимается гидростроительством уже… почти сто лет. Парадокс? Вовсе нет. Дело в том, что предприятие было образовано на базе эвакуированного из-под Калуги в годы Великой Отечественной войны Людиновского механического завода. А уж Людиновский завод, и правда, был одним из первых предприятий, осваивавших в начале XX века неведомую доселе область промышленности – гидроэнергетику. Кое-где до сих пор существуют малые ГЭС, созданные на заре электрического века, хотя изначальное оборудование, конечно же, уже не сохранилось.

Полвека в гидротурбостроении

Заново эстафету гидроэнергетического производства Сызранский завод тяжелого машиностроения – будущий «Тяжмаш» - принял уже в послевоенные годы. С 1953 года по решению правительства предприятие приступило к поставке гидротурбинного оборудования для Камской, Кайрак-Кумской, Варваринской, а в 1970-х годах - Усть-Хантайской, Чебоксарской и других ГЭС.

«Крещение» сызранские машиностроители получили при изготовлении оборудования для Камской ГЭС. В 1952-1955 гг. на эту станцию было поставлено 18 поворотно-лопастных турбин, или, как их называют зарубежные специалисты, - гидротурбин Каплан.

За последующие полвека специалистами ОАО «Тяжмаш» было спроектировано и изготовлено более 120 гидроагрегатов. Они работают во всех уголках России и ближнего зарубежья, в самых разных климатических условиях.

Особенностью гидротурбинного производства ОАО «Тяжмаш» стало то, что завод разрабатывал и изготавливал сложные для производства агрегаты.

Во второй половине XX века в стране гидротурбинами занимались в основном только три завода. Это ЛМЗ, харьковский «Турбоатом» и Сызранский завод тяжелого машиностроения. Первые два были специализированными, работающими в определенном диапазоне конструкторских и технологических решений. А оборудование «Тяжмаша» позволяло выпускать практически любые машины.

В силу этого обстоятельства многие агрегаты, выпущенные заводом, являются уникальными.

Самая северная из оснащенных сызранским оборудованием Усть-Хантайская ГЭС работает за Полярным кругом в условиях вечной мерзлоты. Семь турбин Каплан этой станции спроектированы и изготовлены для работы в экстремальных климатических условиях. В дальнейшем в «северном» исполнении были созданы также гидротурбины для КурейскойГЭС, каскадов Серебрянских и Териберских ГЭС.

Нижний бьеф Нижне-Териберской ГЭС выходит непосредственно в открытое море. И поэтому турбина для этой станции была создана в специальном антикоррозийном исполнении и способна работать при наличии в проточном тракте морской воды.

Многие турбины, разработанные на заводе, не имеют аналогов в мировой практике.

Так, недавно в ходе модернизации шести гидротурбин каскада Серебрянских ГЭС были спроектированы и изготовлены самые высоконапорные (до 80 м) в мире восьмилопастные рабочие колеса Каплан с оригинальным механизмом поворота лопастей. Серебрянская ГЭС (Кольский полуостров) - первая в стране высоконапорная станция, построенная в условиях Севера, высота верхнего бьефа которой составляет 82 метра.

В настоящее время ОАО «Тяжмаш» располагает полным комплексом конструкторских, технологических и производственных возможностей для создания гидротурбин Каплан и Френсис фактически без ограничений по габаритам, массе и техническим решениям. Так, самая маленькая радиально-осевая турбина (или иначе - турбина Френсис) имеет рабочее колесо диаметром 0,5 м, массу 8 тонн и мощность до 2,5 МВт, а самыми большими турбинами, когда-либо изготовленными заводом, являются 13 гидротурбин с рабочими колесами Каплан диаметром 10 м, общей массой 1400 тонн и мощностью 80,5 МВт, установленные на Чебоксарской ГЭС, а также модернизированные гидротурбины Саратовской ГЭС с диаметром рабочего колеса 10,3 м. Гидротурбины для Курейской ГЭС оснащены радиально-осевыми рабочими колесами диаметром 5,1 м и мощностью 122,5 МВт.

Последние разработки ОАО «Тяжмаш» по изготовлению рабочих колес типа Каплан с использованием новых материалов и технологий практически полностью исключают утечки масла из корпуса рабочих колес, обеспечивая экологическую чистоту их эксплуатации.

Рабочие колеса типа Френсис ОАО «Тяжмаш» изготавливаются сварными из кавитационно-стойкой нержавеющей стали, с последующей термообработкой. Спаривание рабочего колеса с валом производится в заводских условиях.

В узлах трения механизма направляющих аппаратов турбин используются современные полимерные материалы, не требующие смазки.



Головное предприятие по малым ГЭС

«Тяжмаш» первым в Советском Союзе возобновил изготовление гидротурбин для малой гидроэнергетики. На сегодняшний день накоплен уникальный опыт в поставках гидротурбин для малых ГЭС России, стран ближнего и дальнего зарубежья.

«С 80-х годов завод стал головным предприятием по производству малых ГЭС, - говорит заместитель главного конструктора гидротурбинного оборудования ОАО «Тяжмаш» С. А. Хаустов. - В России сейчас многие фирмы считают себя производителями оборудования для малых ГЭС. Но стоит отметить, что далеко не всегда эти фирмы действительно таковыми являются. Иногда открываешь газету – и читаешь: в Новосибирской области введено 50 малых ГЭС, в Челябинской области – 180 и т.д. В недоумении начинаешь разбираться - и выясняется, что эти ГЭС мощностью 1,5 кВт! По логике - это так называемые микроГЭС. Купил агрегат, опустил в реку - начал вырабатывать электричество. Конечно, о промышленном значении таких агрегатов говорить смешно.

Мы же подходим к малой ГЭС как к любой гидроэлектростанции. Это должна быть хотя и небольшая, но все равно полноценная станция. Определенной квалификации и определенной мощности. То есть это все равно достаточно серьезное гидросооружение».

ОАО «Тяжмаш» был разработан ряд гидроагрегатов турбинами Френсис и полу-Каплан с диаметрами рабочих колес от 0,5 м, мощностью от 300 кВт и выше, работающих на напорах от 15 до 215 м, предназначенных для работы как в энергосистеме, так и на изолированного потребителя. Унифицированные радиально-осевые агрегаты могут использоваться как при строительстве новых ГЭС, так и при модернизации уже существующих.

Конструкция предусматривает поставку оборудования для малых ГЭС крупными блоками с минимумом монтажно-наладочных работ на станции, что позволяет сократить затраты на монтаж станции и сроки ввода ее в эксплуатацию. В комплект оборудования входят турбина и генератор, предтурбинный затвор, маслонапорная установка, станция жидкой смазки, шкаф автоматического управления, шкаф силовой автоматики, выносная станция инжиниринга.

Особенностью разработанных гидроагрегатов является экологическая чистота поставляемого оборудования, исключающая попадание масла в водоемы, и использование современных материалов в конструкции турбин, что значительно улучшает эксплуатацию.

По мнению специалистов предприятия, у этой продукции чрезвычайно обширный рынок как в России, так и за ее пределами. На сегодняшний день «Тяжмаш» активно работает в этом направлении, в частности ведет предконтрактные переговоры с Индией, Китаем, Нигерией. Четыре малые станции уже поставлены в Дагестан, Армению, Иран. Ведутся переговоры с другими странами.



Новая жизнь старых ГЭС

В начале 1990-х строительство новых ГЭС было прекращено. Соответственно – остановилось производство новых гидротурбин. С другой стороны, перед гидроэлектростанциями страны встала проблема реконструкции огромного числа старых агрегатов, отработавших срок эксплуатации. Таких, требующих модернизации или замены гидротурбин, накопилось, по оценкам специалистов, не менее 400 штук. Поэтому в 1990-е годы одним из основных направлений деятельности предприятия стало не строительство новых машин, а реконструкция старых агрегатов.

С. А. Хаустов: «Ремонт и модернизация оборудования – это основное направление деятельности завода в области гидроэнергетического производства в текущий период. Конечно, лучше всего – поменять агрегат на новый. К сожалению, сейчас финансовое состояние большинства гидроэлектростанций не позволяет это сделать. Замена агрегата требует огромных денег. Кроме того, не всегда это и уместно. Если у агрегата, допустим, изношена только рабочая поверхность, то и с точки зрения технологической, и с точки зрения финансовой – проще его отремонтировать, восстановить до первоначального состояния.

Модернизация – это несколько иное. Это, скорее, – ликвидация просчетов, допущенных при разработке электростанции. Станция какое-то время поработала, была рассчитана на какие-то вполне определенные условия. Но работает она с деформационными проблемами - идет кавитация на лопастях, недобор мощности и т.д. Или же - станция рассчитывалась на один режим, на один напор мощности, на один расход, но прошло время – изменился расчетный напор, можно повысить мощность, дать больше воды, или напротив, уменьшить ее, если речка обмелела. Кроме того, за 30-40 лет эксплуатации станции появляются новые материалы, новые технологии и т.д.

Объемы модернизации могут быть очень разными. Начиная с того, что можно поменять механизм турбины, все узлы, которые непосредственно упакованы в бетон, - и кончая тем, что меняется отдельно рабочее колесо, его лопасти. Скажем, при модернизации Серебрянской ГЭСбыли заменены так называемые двухперовые лопасти. На каждой из четырех лопастей находилось по два «пера». В силу конструктивных особенностей нижнее перо всегда работало с большей нагрузкой. Поэтому за тридцать лет эксплуатации было много проблем, каждый год машину останавливали для ремонта. Сейчас поставили шесть новых восьмилопастных рабочих колес, турбины стали работать значительно эффективнее, увеличилась их единичная мощность.

Целью модернизации на ГЭС «Нива-3» с расчетным напором 74 м, пущенной еще в конце 1940-х годов, где были установлены четыре радиально-осевые гидротурбины диаметром 2,95 м и мощностью 38,5 МВт, была замена морально и физически устаревшего оборудования для повышения его энергетических и эксплуатационных свойств.

При оценке объемов модернизации было решено остановиться на варианте с изготовлением нового рабочего колеса с повышенными энергетическими и кавитационными характеристиками, а также с заменой части изношенных узлов и деталей турбины.

Модернизация вала турбины включала в себя уменьшение его длины (в связи со значительными изменениями очертаний рабочего колеса), замену нержавеющей облицовки в зоне турбинного подшипника и восстановление прочих его поверхностей.

В объем модернизации направляющего аппарата входили: установка новых полимерных опор подшипников лопаток направляющего аппарата, не требующих смазки, облицовка цапф лопаток нержавеющей сталью, модернизация опорных поверхностей рычагов и регулирующего кольца с применением полимерных материалов.

В процессе модернизации были также заменены на новые: крышка турбины, нижнее кольцо направляющего аппарата, турбинный подшипник на водяной смазке, облицовка конуса отсасывающей трубы и ряд мелких узлов и деталей.

В настоящее время первый модернизированный агрегат ГЭС «Нива-3» поставлен под нагрузку. Опыт первой эксплуатации говорит о повышении мощности агрегата с 38,5 до 41 МВт. Практически можно говорить о том, что ГЭС работает на новой машине.

На модернизированные агрегаты завод дает гарантийный срок эксплуатации порядка 30 лет – то есть практически как на новую машину».

Особые надежды сотрудники завода возлагают на приобретение высокоскоростного станка итальянской фирмы «MECOF» модели «AGILEM 3», укомплектованного системой Siemens 840D с возможностью перемещения инструмента в пространстве одновременно по 5 координатам. Этот уникальный станок предполагается использовать для обработки лопастей гидравлических турбин, крупных штампов, прессформ и других изделий с поверхностями сложной геометрии. Станок будет пущен в эксплуатацию в этом году.



Гидромеханическое оборудование и системы управления гидроагрегатами

Постепенно ОАО «Тяжмаш» стало заниматься и изготовлением вспомогательного гидромеханического оборудования. В настоящее время завод изготавливает плоские, сегментные, дисковые, шаровые и другие затворы.

Кроме того, предприятие занимается разработкой автоматических систем управления гидроагрегатами. Так, сейчас идет монтаж АСУ на гидроэлектростанциях в Дагестане и Волгограде. Системы управления создаются на базе современных промышленных контроллеров, используются новые маятники, гидравлика – все это на электронной основе, управляется единым регулирующим органом. Пока на стадии разработки и освоения системы автоматического управления только для малых ГЭС, но уже идут разработки по АСУ для крупных гидроэлектростанций.

ОАО «Тяжмаш» продолжает работы по модернизации гидротурбинного оборудования, разрабатывает новые конструкторские предложения на основе научных достижений, наращивает выпуск гидротурбин и гидромеханического оборудования, осваивает новые рынки сбыта как в России, так и за рубежом: в Индии, Иране, Китае, Узбекистане, Болгарии, Канаде и др. Впереди у ОАО «Тяжмаш» хорошие перспективы в области гидротурбостроения.

Е. П. Онушкина,
пресс-служба ОАО «Тяжмаш», тел. (84643) 7-81-21

В 124 выпуске читайте: Преобразователь кинетической энергии в электрическую