En comparación con el generador de turbina de vapor, el generador hidráulico tiene las siguientes características:
(1) La velocidad es baja. Limitada por la presión del agua, la velocidad de rotación suele ser inferior a 750 r/min, y en algunos casos, solo alcanza decenas de revoluciones por minuto.
(2) El número de polos magnéticos es elevado. Debido a la baja velocidad, para generar energía eléctrica de 50 Hz, es necesario aumentar el número de polos magnéticos, de modo que el campo magnético del devanado del estator de corte pueda variar 50 veces por segundo.
(3) La estructura es grande en tamaño y peso. Por un lado, la velocidad es baja; por otro lado, en caso de rechazo de carga de la unidad, para evitar la rotura de la tubería de acero causada por un fuerte golpe de ariete, el tiempo de cierre de emergencia del álabe guía debe ser largo, lo que provocaría un aumento de velocidad excesivo de la unidad. Por lo tanto, el rotor debe ser pesado e inercial.
(4) Generalmente se adopta el eje vertical. Para reducir la ocupación del terreno y el costo de la planta, las centrales hidroeléctricas grandes y medianas suelen adoptar el eje vertical.
Los generadores hidráulicos se pueden dividir en tipos verticales y horizontales según la diferente disposición de sus ejes giratorios: los generadores hidráulicos verticales se pueden dividir en tipos suspendidos y tipo paraguas según las diferentes posiciones de sus cojinetes de empuje.
(1) Hidrogenerador suspendido. El cojinete de empuje se instala en el centro o la parte superior del bastidor superior del rotor, lo que garantiza un funcionamiento estable y un mantenimiento sencillo, pero requiere una gran altura y una inversión considerable en la planta.
(2) Generador hidroeléctrico de tipo paraguas. El cojinete de empuje se instala en el cuerpo central o en la parte superior del marco inferior del rotor. Generalmente, los generadores hidroeléctricos de gran tamaño, con velocidades medias y bajas, deben adoptar el tipo paraguas debido a su gran tamaño estructural, lo que reduce la altura de la unidad, ahorra acero y reduce la inversión en la planta. En los últimos años, se ha desarrollado la estructura para instalar el cojinete de empuje en la cubierta superior de la turbina hidráulica, lo que permite reducir la altura de la unidad.
2. Componentes principales
El generador hidráulico se compone principalmente de estator, rotor, cojinete de empuje, cojinetes guía superior e inferior, marcos superior e inferior, dispositivo de ventilación y enfriamiento, dispositivo de frenado y dispositivo de excitación.
(1) Estator. Es un componente para la generación de energía eléctrica, compuesto por un devanado, un núcleo de hierro y una carcasa. Dado que el diámetro del estator de los generadores hidroeléctricos grandes y medianos es muy grande, generalmente se compone de segmentos para su transporte.
(2) Rotor. Es una pieza giratoria que genera un campo magnético y está compuesta por un soporte, un anillo de rueda y un polo magnético. El anillo de rueda es un componente anular compuesto por una placa de hierro en forma de abanico. Los polos magnéticos se distribuyen fuera del anillo de rueda, que sirve como vía para el campo magnético. Una hebra de rotor grande y mediano se ensambla in situ, se calienta y se encamisa en el eje principal del generador. En los últimos años, se ha desarrollado la estructura de rotor sin eje, es decir, el soporte del rotor se fija directamente en el extremo superior del eje principal de la turbina. La principal ventaja de esta estructura es que soluciona los problemas de calidad de las piezas fundidas y forjadas de gran tamaño causados por la unidad de gran tamaño; además, reduce el peso y la altura de elevación del rotor, lo que reduce la altura de la planta y aporta cierta economía a la construcción de la central eléctrica.
(3) Cojinete de empuje. Es un componente que soporta el peso total de la parte giratoria de la unidad y el empuje hidráulico axial de la turbina.
(4) Sistema de refrigeración. Los hidrogeneradores suelen utilizar aire como medio de refrigeración para enfriar el estator, el devanado del rotor y el núcleo del estator. Los hidrogeneradores de pequeña capacidad suelen adoptar ventilación abierta o de tuberías, mientras que los hidrogeneradores grandes y medianos suelen adoptar ventilación de autocirculación cerrada. Para mejorar la intensidad de la refrigeración, algunos devanados de hidrogeneradores de alta capacidad adoptan el modo de refrigeración interna del conductor hueco que pasa directamente a través del medio de refrigeración, y el medio de refrigeración adopta agua o un medio nuevo. Los devanados del estator y del rotor se refrigeran internamente con agua, y el medio de refrigeración es agua o un medio nuevo. Los devanados del estator y del rotor que adoptan refrigeración interna por agua se denominan refrigeración interna por agua doble. Los devanados del estator y del rotor y el núcleo del estator que adoptan refrigeración por agua se denominan refrigeración interna por agua completa, pero los devanados del estator y del rotor que adoptan refrigeración interna por agua se denominan refrigeración interna por agua semi-agua.
Otro método de enfriamiento para generadores hidroeléctricos es el enfriamiento evaporativo, que conecta un medio líquido al conductor del generador para lograr el enfriamiento evaporativo. El enfriamiento evaporativo ofrece la ventaja de que la conductividad térmica del medio refrigerante es mucho mayor que la del aire y el agua, y permite reducir el peso y el tamaño de la unidad.
(5) El dispositivo de excitación y su desarrollo son básicamente los mismos que los de las unidades de energía térmica.
Hora de publicación: 01-sep-2021
