Генераторы Куйбышевского гиганта | ТМ 1939-05

В. СМИРНЯГИН и Евг. ЦИТОВИЧ

«Развернуть строительство величайшего в мире сооружения — двух Куйбышевских гидростанций общей мощностью в 3,4 миллиона киловатт...»
(Из резолюции XVIII съезда ВКП(б).

Плотины Куйбышевского гидроузла сделают Волгу глубоководной и дадут воду засушливому Заволжью. Электростанции его будут вырабатывать дешёвую энергию для крупных индустриальных центров и сельскохозяйственных районов. Орошение при помощи мощных электронасосных станций позволит получать устойчивые урожаи там, где раньше засуха уничтожала всякую растительность.

Мощность Куйбышевского гидроузла — 3,4 млн. киловатт. Это вдвое больше мощности величайшей из построенных гидростанций мира — Болдердам в США. Куйбышевский гидроузел будет вырабатывать столько электроэнергии в год, сколько дают все станции Италии, и в пять раз больше всех электростанций Польши. Самая большая из строящихся сейчас гидростанций — «Грэнд Кули» в Америке — рассчитана на 1,9 млн. киловатт.

На Куйбышевском гидроузле будут работать сверхмощные турбогенераторы. Таких генераторов мировое машиностроение ещё не знает. Мощность каждого из них — 200 тыс. киловатт, в три с лишним раза больше всей Волховской гидростанции. Даже при такой мощности генераторов их потребуется для Куйбышевского гидроузла семнадцать. Если бы для этой станции применить обычные мощные генераторы — в 100 тыс. киловатт, пришлось бы поставить тридцать четыре машины, чтобы полностью использовать энергию воды. Это во много раз увеличило бы расходы на строительство плотин, шлюзов и зданий.

Посмотрим, что же будет представлять собой одна из этих семнадцати сверхмощных машин.

Высота этого турбогенератора составит 18 метров. Для человека, который встанет у основания такой машины, она будет казаться сооружением размерами с четырёхэтажный дом.

Почти на 6,5 метра возвышается этот генератор над полом машинного зала и на 12 метров уходит в нижние этажи. Вал машины углубляется в толщу плотины еще на 30 метров. На конце его насажено рабочее колесо турбины.

Наряду с такими масштабами необходимо выдержать исключительную точность в обработке всех деталей машины. Точность эта выражается сотыми и тысячными долями миллиметра. Расскажем вкратце об одной из наиболее ответственных деталей турбины — о так называемом подпятнике.

Что представляет собой подпятник? Известно, что гидротурбины на вертикальном валу монтируются в подвешенном состоянии — нижний конец вала с рабочим колесом уходит под воду и не имеет точки опоры. Вся масса машины опирается на подпятник, состоящий из двух дисков. Верхний из них — чугунный — насажен на вал генератора. Этот диск вращается на нижнем. В отверстие нижнего диска проходит продолжение вала, на конец которого насажена турбина. Нижний диск укреплён неподвижно на крестовине. Крестовина упирается на фундамент. В зависимости от того, где расположен подпятник, различают генераторы зонтичного типа, когда вся вращающаяся система генератора находится над подпятником и покрывает его как бы зонтиком, и генераторы подвесного типа, когда турбина и генератор как бы подвешены на подпятнике, расположенном сверху. В обоих случаях подпятник принимает на себя всю нагрузку машины и все огромное давление, которое оказывают и ротор, и рабочее колесо турбины, и реакция воды, приводящей турбину в движение.

Подпятник куйбышевской гидротурбины должен выдерживать нагрузку около 6 тыс. тонн. Чтобы представить величину этой цифры, достаточно сказать, что нагрузка на подпятник у болдердамской гидротурбины составляет всего 910 тонн, у днепровской — 960 тонн. Даже у крупнейшей из проектирующихся сейчас станций в США нагрузка на подпятник будет менее 1500 тонн.

При такой большой нагрузке необходимо особенно тщательно рассчитать, спроектировать и обработать поверхности дисков подпятника. Во время вращения турбины эти поверхности будут выдерживать огромное трение. Это трение уменьшается при помощи смазки. Слой масла, располагаясь между трущимися поверхностями, создаёт защитную плёнку. При этом молекулы масла играют роль как бы шариков в этом своеобразном «подшипнике».

Диаметр дисков подпятника равен 5 метрам. Поверхность этих громадных деталей должна быть обработана с точностью до пяти тысячных миллиметра. Тонкий слой масла должен лежать между дисками совершенно равномерно, так, чтобы ни в одной точке верхний диск не касался непосредственно нижнего. Малейший бугор на поверхности может оказаться не защищённым этой плёнкой масла; тогда металл поверхности расплавится и нарушит всю работу гидротурбины.

Плёнка масла уменьшает трение и в то же время предохраняет подпятник от чрезмерного нагревания. Она принимает на себя и отводит тепло, которое получается при вращении вала. Для того чтобы масло всегда находилось между дисками подпятника и не выжималось оттуда, сам подпятник помещается в громадном баке, наполненном маслом. При этом создаётся непрерывная циркуляция: масло, нагретое между дисками подпятника, уходит в бак, а на место его поступает новая порция охлаждённого масла. Таким образом температура на поверхности дисков не поднимается выше 70 градусов.

Очень трудно построить и другую, казалось бы простую, часть гидротурбины — так называемую крестовину, на которой держится неподвижная часть подпятника. Крестовина представляет собой систему дугообразных железных полос, которые радиусами отходят от неподвижного диска подпятника и прочно укрепляются на специальном фундаменте. Крестовина несёт на себе всю тяжесть ротора турбогенератора.

Не только постройка и сварка отдельных частей крестовины, но даже их перевозка представляет большую сложность. Многие детали крестовины нельзя перевезти по железной дороге: они не уместятся ни на какой платформе и не пройдут под железнодорожными арками и мостами. Такую деталь, как, например, центральную часть несущей крестовины, можно перевозить только водным путём. Если она будет изготовлена в Ленинграде, её придётся каким-либо способом доставить до порта и дальше везти на Волгу водным путём через Неву, Ладожское и Онежское озера, по каналам и рекам Мариинской системы.

Центральная часть крестовины, рядом с ней — большегрузный четырехосный вагон. Легко заметить, что эту деталь нельзя провезти по железной дороге: она повалила бы по пути все путевые знаки и застряла бы на первом железнодорожном мосту.

Так же колоссальны по своей величине и многие другие детали генератора, их тоже невозможно провезти по железной дороге. Предварительные расчёты показывают, что дешевле будет построить специальный завод в районе Куйбышевского гидроузла и на нем изготовлять эти детали, чем возить их с других заводов.

Некоторые детали гидротурбины придётся обрабатывать на специальных карусельных станках с диаметром планшайбы в 18 метров. Площадь такой планшайбы равна площади целой квартиры из десяти-двенадцати комнат. Таких станков ещё не существует, они будут специально созданы для постройки куйбышевских турбин. Чтобы обработать вал турбогенератора, потребуется токарный станок, в котором расстояние между центрами составит 15 метров.

Диаметр самого вала турбины и генератора достигнет 2 метров. Длина его — около 40 метров. Вал будет составлен из трех частей, которые будут скреплены при помощи фланцев. Соприкасающиеся поверхности фланцев должны быть обработаны с точностью до двух сотых миллиметра. Фланцы вала будут соединены с помощью болтов; каждый такой болт, диаметром около 40 сантиметров, будет весить около тонны.

12 тыс. тонн — общий вес турбогенератора. Этот груз с трудом могут увезти 5 больших товарных составов.

Турбина рассчитана на сравнительно небольшую скорость вращения — сто оборотов в минуту. Но даже при этом числе оборотов крайние точки ротора, диаметр которого равен 15 метрам, будут двигаться со скоростью 300 километров в час — втрое быстрее курьерского поезда.

Всякий турбогенератор имеет вспомогательную динамомашину, которая вырабатывает ток для возбуждения его ротора. Обычно эта машина монтируется на одном валу с турбогенератором. У куйбышевского турбогенератора такой вспомогательный агрегат будет иметь мощность в 25 тыс. киловатт — он мог бы заменить собой крупную районную электростанцию.

Расчёт и постройка турбогенераторов такой невиданной мощности неизбежно затрагивают целый ряд новых интересных проблем. Советской научно-технической мысли приходится разрешать труднейшие задачи, возникающие при создании этой величайшей в мире машины.