alexey_donskoy | Рыбинская ГЭС: как это устроено

Давно кругами ходил (ездил) вокруг Рыбинской ГЭС:

Воистину героическая станция и весомый вклад в Победу!
Теперь можно показать её изнутри. Чем и займёмся:

Но сначала немного истории.

Как вы думаете, каковы основные преимущества ГЭС и почему именно их начали активно строить по плану ГОЭЛРО?

Про дешёвое электричество знают все. Да что там дешёвое, практически бесплатное!
Некоторые (особенно нижегородцы) тут же про сыр вспоминают. Который бесплатный. И который оплачивается (о ужас!) затоплением многих гектаров ~~тучных пастбищ~~ никому не нужных болот и, главное, несанкционированно возведённых в зоне затопления коттеджей... Но это другая история.

Те, кто давно читает мой блог, знают об очень важной пользе, которую приносят затопленные гектары - гидроаккумулирование и регулирование водостока. Чтобы не было наводнений и засух, а вода по рекам текла равномерно.
Плюс, конечно, обеспечение водного транспорта. А то в маловодье с ним беда.

Но это, однако, далеко не всё!

Обратимся к столице нашей. Москва в тридцатые годы задыхалась от недостатка энергии. Тем более что в стране полным ходом шла индустриализация.
Представьте - никаких объединённых по всей стране электросетей. Мелкие локальные тепловые станции. А хоть бы и не мелкие. Тем более. С ними есть проблемы.

Днём заводы работают, надо много энергии.
Ночью электричество девать некуда, а останавливать станцию накладно.
Что делать?

Разогрев котла и пуск турбины - несколько часов. Посмотрите ниже, какие процессы идут там.
Даже аварийный останов турбины - только выбег ротора около получаса! Иначе вся техника будет безнадёжно повреждена...

Как устроена ТЭЦ

Чтобы не останавливать и запускать каждый день (это просто нереально), и чтобы котёл не зря жёг топливо ночью и во время малых нагрузок, возникает логичная идея запасать энергию в гидроаккумулирующей станции.
Давайте устроим водохранилище на Воробьёвых горах и ночью будем туда закачивать воду, чтобы турбины вхолостую не крутились!
А днём вода сверху пойдёт в гидрогенератор, давая очень нужную заводам прибавку энергии.

Геология только подвела. Не выдержат Воробьёвы горы. Развалятся. И затопит Москву, снесёт цунами рукотворное.

Вот и не осталось никаких вариантов, кроме как развивать гидроэнергетику в чистом виде.

Итак, большое преимущество гидрогенераторов именно в том, что они очень легко регулируются. Быстро и с высоким КПД. Почти никаких потерь. Не то что при холостом ходе агрегатов ТЭЦ, где всё равно сжигается топливо.

Строили несколько ГЭС. В том числе Рыбинскую. В 1940 начали заполнять Рыбинское водохранилище.
Но не успели. Началась война.

Без энергии этих станций Москва бы не выстояла.
Откуда взялись станции? Не успели же построить?

18 ноября 1941 года запущен первый гидроагрегат Рыбинской ГЭС.
Во время войны. Когда немцы наступали на Москву.
В здании без крыши и с недостроенными стенами. Под брезентовым шатром.
Водохранилище не поднято на полную высоту. Линия в столицу протянута по временной схеме.
Но ток идёт!

Некий пилот Люфтваффе сфотографировал стройку, похожую на развалины, и "за уничтожение Рыбинской ГЭС" получил "Железный Крест". Строительный мусор не убирали специально. Немцы и подумать не могли, что здесь уже работает агрегат!

Крыша появилась только в 1942:

Машинный зал

Величественный сталинский ампир. Архитектурный памятник героизму советского народа.

Интересная деталь - на верхушке большого генератора есть ещё маленький - даёт переменный ток для собственных нужд.
Собственные нужды - это масляные и водяные насосы. Это дополнительные приборы и оборудование. Это освещение и обогрев. Это, наконец, питание обмотки возбуждения - чтобы обеспечить работу основного генератора.

Многие регуляторы механические, надёжные:

Нотка современности:

И снова проверенное временем. Сравните эстетику:

Электромашинный преобразователь использовался для питания обмотки возбуждения постоянным током. Сейчас стоит в резерве. Его заменили полупроводниковые схемы - мощные тиристорные устройства. А раньше всё было просто: крутится - значит, работает! :)

Кучи всякого непонятного (для непосвящённых):

Но это только верхушка айсберга!
Смотрите, какие красивые гидравлические схемы (с несколькими системами регулирования):

Придумывали всё это настоящие инженеры.
Это сегодня кажется - как примитивно! То ли дело - поставил компьютер и делай что хошь!
А тогда ведь надо было не только заставить работать, но и вообще сделать всё оборудование.
Причём станков нет, технологий нет - вынужденные изобретения на каждом шагу!

И это не ракеты, которые сегодня падают из-за банального головотяпства.
Тогда всё работало, хотя делалось в нечеловеческих условиях, на холоде, под угрозами бомбёжек...

Нижний ярус

А вот теперь мы спустимся на этаж вниз и посмотрим на сам айсберг.
Начнём с коридора, где переплетение трубопроводов отдалённо напоминает ТЭЦ:

Цвет трубопровода всегда однозначно определяет, что внутри.
Но здесь чуть не запутался. По моему разумению, на ГЭС цветов может быть только два - масло (жёлтый, коричневый) да вода (здесь чёрный). Но цветов больше!
Что такое в синих трубах? Обычно это цвет воздуха. Воздух и есть. А зачем он здесь? Чтобы задвижками управлять?
Оказывается, воздух много для чего нужен:
- для создания давления в маслонапорном устройстве;
- для торможения агрегата при его останове;
- для вытеснения воды из турбины при переводе в режим синхронного компенсатора;
- для разных приборов и хознужд.

Стоп. А вода? Зачем вода?!
На ТЭЦ она идёт в котёл. А здесь - разумеется, для охлаждения. Только чего?
Оказывается, много чего требуется охлаждать и на гидроагрегате: подпятник, подшипник турбины (он водой ещё и смазывается).
Наконец, вода в теплообменниках камеры холодного воздуха уносит тепло, выделяющееся в обмотках генератора.
Потому что ток здесь большой. Напряжение совсем невелико, а ток... даже непонятно, с чем сравнить.
Вот когда тепловентилятор тонким проводом в розетку включаете, провод греется.
А здесь, когда греются шины в руку толщиной... На сколько сотен и тысяч вентиляторов хватит вырабатываемого тока!

Но цифрами утомлять не буду. К счастью, и сам их не помню. Лучше расскажу про устройство турбины подробнее.

Гидротурбины

Это стилизованное изображение нижней части с лопастями.
Кстати, на Рыбинской ГЭС лопасти поворотные и на масляных подшипниках.
Поворот лопастей регулирует отбираемую у потока воды мощность.
Напомню, что Чебоксарская ГЭС, к сожалению, этой возможности лишена: лопасти зафиксированы и турбины работают в пропеллерном режиме. Надеюсь, реконструкция это исправит.

А, вот натуральный вид:

Но пропеллер - далеко не вся турбина.
Вот целиком в разрезе - в учебном классе! Сможете разглядеть подробности?

Или рисунок из учебника (Г.И.Кривченко. Гидравлические машины: турбины и насосы).
Прямо как с этого агрегата рисовано:

Тоже не разобрать? Тогда вот из Википедии:

И, наконец, подробнее именно про Рыбинские и Угличские агрегаты:

Агрегаты, установленные на Рыбинской и Угличской ГЭС, явились крупным шагом в отечественном гидротурбостроении тридцатых годов.
Были разработаны новый тип колеса и новая конструкция привода разворота лопастей рабочего колеса.
Впервые были применены направляющие подшипники с резиновыми вкладышами, работающими на водяной смазке, что значительно упростило конструкцию и эксплуатацию турбины.

Теперь вы знаете, чего ждать. Пойдём смотреть по месту:

В натуре увидеть можно немного:

Поэтому начнём с теории.
Во-первых, надо сказать, что на одной оси в гидроагрегате сразу два устройства - генератор и турбина.
Вот здесь их оси соединяются фланцами:

Для оценки масштабов смотрите как бы моё селфи (фото Натальи Ивановой):

Мостик, между прочим, изрядно трясётся - вибрация всё-таки есть, и обязательно есть резонансы...

Сверху генератор:

Этажом выше можно зайти под самый ротор генератора:

Вращается он, да ещё как! Пусть медленно, но мощно, неостановимо.
Как слон, проходящий мимо Моськи:

Собственно, это всё, что можно увидеть снаружи.
Внутренности - только при реконструкции. Посмотрите аналогичное устройство, только больших размеров, в "Ангаре-18":

Ну а снизу сама турбина:

Там много разных непонятных мелочей:

Но главное - механизм регулирования мощности.

На статоре турбины (то есть в её неподвижной части) смонтирован направляющий аппарат.
В нём по кругу располагаются лопатки, через которые к лопастям турбины поступает вода.
И эти лопатки могут поворачиваться, перекрывая поток воды (рисунок из учебника Г.И.Кривченко. Гидравлические машины: турбины и насосы):

Одновременность поворота лопаток достигается тем, что они все связаны рычагами с большим кольцом, которое поворачивается двумя моторами при помощи длинных штоков:

Так и регулируется мощность.
Обратите внимание, ещё раз вернёмся к тому, с чего начали - удобству регулирования.
Самый вредный процесс для генерирующих станций - резкий сброс нагрузки у потребителя электроэнергии.
На ТЭЦ количество пара в котле быстро не изменится, даже если выключить газ совсем. Поэтому приходится открывать клапан и сбрасывать пар в атмосферу. Горожане часто слышат громкий звук, отдалённо похожий на рёв пролетающего самолёта. Это вырывается пар из клапана.
И это улетают в трубу наши невосполнимые ресурсы - сожжённые газ или мазут.

А на ГЭС моментально поворачиваются лопатки, уменьшая поток воды - и дело в шляпе!

Агрегат 1941 года

Да, он до сих пор работал! Более полувека. Строили тогда капитально.
Скоро его заменят, а пока на нём лучше виден механизм управления лопатками направляющего аппарата:

Видите изогнутые стальные пластинки? Это механическое защитное устройство, предохранитель.
Если между лопатками застрянет посторонний предмет (бревно какое-нибудь проскочит, повредив защитные сетки), то сломается не лопатка, а этот предохранитель.

С другой стороны рычага тоже предохранительная шпилька - при опасной нагрузке она сломается первой. Для этого в середине сделано специальное слабое место:

Да, турбина была основательная (хотя и небольшая совсем, по сравнению с Чебоксарскими, например)!

Чтобы не перегружать пост, продолжение экскурсии чуть позже.
Далее мы отправимся на центральный пульт управления и посмотрим электрическое хозяйство.

Картины писал работник ГЭС, между прочим. Раньше инженеры были разносторонними творческими людьми!
Собственно, и Ленин был молодец. Заложил основы индустриализации и запустил план ГОЭЛРО. Благодаря которому мы не в земле с плугом копаемся, а работаем в сфере энергетики.

Энергия воды - для мира! В обоих смыслах этого слова.

С большой благодарностью Наталье Ивановой и Владимиру Дубровину за предоставленную возможность посетить стратегический объект и за интересную экскурсию!

Ещё по теме: