En comparación con el generador de turbina de vapor, el generador hidroeléctrico presenta las siguientes características:
(1) La velocidad es baja. Limitada por la altura del agua, la velocidad de rotación es generalmente inferior a 750 r/min, y algunas son solo decenas de revoluciones por minuto.
(2) El número de polos magnéticos es grande. Debido a que la velocidad es baja, para generar energía eléctrica de 50 Hz, es necesario aumentar el número de polos magnéticos, de modo que el campo magnético del bobinado del estator de corte pueda seguir cambiando 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, se requiere un tiempo de cierre de emergencia prolongado de la paleta guía, lo que provocará un aumento excesivo de la velocidad de la unidad. Por lo tanto, se requiere que el rotor tenga un peso e inercia considerables.
(4) Generalmente se adopta el eje vertical. Para reducir la ocupación de terreno y el costo de la planta, los generadores hidroeléctricos grandes y medianos generalmente adoptan el eje vertical.
Los generadores hidroeléctricos se pueden dividir en tipos verticales y horizontales según la disposición de sus ejes giratorios; los generadores hidroeléctricos verticales se pueden dividir en tipos suspendidos y de paraguas según la posición de sus cojinetes de empuje.
(1) Hidrogenerador suspendido. El cojinete de empuje se instala en el centro o en la parte superior del bastidor superior del rotor, lo que proporciona un funcionamiento estable y un mantenimiento sencillo, pero la altura es grande y la inversión en la planta es elevada.
(2) Hidrogenerador tipo paraguas. El cojinete de empuje se instala en el cuerpo central o en la parte superior del bastidor inferior del rotor. Generalmente, los hidrogeneradores grandes de velocidad media y baja deben adoptar el tipo paraguas debido a su gran tamaño estructural, para reducir la altura de la unidad, ahorrar acero y disminuir la inversión en la planta. En los últimos años, se ha desarrollado una estructura que instala 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, bastidores superior e inferior, dispositivo de ventilación y refrigeración, dispositivo de frenado y dispositivo de excitación.
(1) Estator. Es un componente para generar energía eléctrica, compuesto por bobinado, núcleo de hierro y carcasa. Debido a 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 y un polo magnético. El anillo es un componente anular formado por una placa de hierro en forma de abanico. Los polos magnéticos se distribuyen en el exterior del anillo, que actúa como conducto del campo magnético. Un conjunto de rotores de tamaño grande y mediano se ensambla in situ y, posteriormente, se calienta y se coloca en el eje principal del generador. En los últimos años, se ha desarrollado una estructura de rotor sin eje, en la que el soporte del rotor se fija directamente al extremo superior del eje principal de la turbina. La principal ventaja de esta estructura es que resuelve los problemas de calidad de las grandes piezas fundidas y forjadas propios de las unidades de gran tamaño. Además, reduce el peso y la altura de elevación del rotor, lo que disminuye la altura de la planta y aporta cierto ahorro 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. El hidrogenerador generalmente utiliza 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 por tuberías, mientras que los hidrogeneradores de gran y mediano tamaño suelen adoptar ventilación cerrada de autocirculación. Para mejorar la intensidad de la refrigeración, algunos devanados de hidrogeneradores de alta capacidad adoptan el modo de refrigeración interna mediante un conductor hueco que pasa directamente a través del medio de refrigeración, y este medio de refrigeración adopta agua u otro medio nuevo. Los devanados del estator y del rotor se enfrían internamente con agua, y el medio de refrigeración es agua u otro 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, mientras que los devanados del estator y del rotor que adoptan refrigeración interna por agua se denominan refrigeración interna por agua parcial.
Otro método de refrigeración para generadores hidroeléctricos es la refrigeración por evaporación, que consiste en conectar un medio líquido al conductor del generador. La refrigeración por evaporación presenta 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 potencia térmica.
Fecha de publicación: 1 de septiembre de 2021
