Comparé au générateur à turbine à vapeur, le générateur hydraulique présente les caractéristiques suivantes :
(1) La vitesse est faible. Limitée par la hauteur d'eau, la vitesse de rotation est généralement inférieure à 750 tr/min, et certaines ne dépassent pas quelques dizaines de tours par minute.
(2) Le nombre de pôles magnétiques est important. En raison de la faible vitesse, pour produire une énergie électrique de 50 Hz, il est nécessaire d'augmenter le nombre de pôles magnétiques afin que le champ magnétique de l'enroulement de coupe du stator puisse varier de 50 fois par seconde.
(3) La structure est imposante et lourde. D'une part, sa vitesse est faible. D'autre part, en cas de rejet de charge, afin d'éviter la rupture des tubes en acier due à un coup de bélier violent, le temps de fermeture d'urgence des aubes directrices doit être long, ce qui entraînerait une augmentation excessive de la vitesse de rotation. Par conséquent, le rotor doit présenter un poids et une inertie importants.
(4) L'axe vertical est généralement adopté. Afin de réduire l'occupation du sol et le coût de l'installation, les centrales hydroélectriques de grande et moyenne taille adoptent généralement un arbre vertical.
Les générateurs hydrauliques peuvent être divisés en types verticaux et horizontaux selon la disposition différente de leurs arbres rotatifs : les générateurs hydrauliques verticaux peuvent être divisés en types suspendus et parapluie selon les différentes positions de leurs paliers de butée.
(1) Hydrogénérateur suspendu. Le palier de butée est installé au centre ou au-dessus du cadre supérieur du rotor, ce qui assure un fonctionnement stable et un entretien aisé, mais la hauteur et l'investissement de l'installation sont importants.
(2) Générateur hydraulique parapluie. La butée est installée dans le corps central ou dans la partie supérieure du cadre inférieur du rotor. En raison de leur grande taille, les grands générateurs hydrauliques à moyenne et basse vitesse doivent généralement adopter le type parapluie, afin de réduire la hauteur de l'unité, d'économiser l'acier et de réduire les investissements. Ces dernières années, la structure permettant d'installer la butée sur le couvercle supérieur de la turbine hydraulique a été perfectionnée, ce qui permet de réduire la hauteur de l'unité.
2. Principaux composants
Le générateur hydraulique est principalement composé d'un stator, d'un rotor, d'un palier de butée, de paliers de guidage supérieurs et inférieurs, de cadres supérieurs et inférieurs, d'un dispositif de ventilation et de refroidissement, d'un dispositif de freinage et d'un dispositif d'excitation.
(1) Stator. Composant destiné à la production d'énergie électrique, il est composé d'un enroulement, d'un noyau en fer et d'une enveloppe. Le diamètre du stator des hydrogénérateurs de grande et moyenne taille étant très important, il est généralement composé de segments pour le transport.
(2) Rotor. Pièce rotative générant un champ magnétique, elle est composée d'un support, d'une couronne et d'un pôle magnétique. La couronne est un composant annulaire composé d'une plaque de fer en éventail. Les pôles magnétiques sont répartis à l'extérieur de la couronne, qui sert de trajectoire au champ magnétique. Un rotor de grande et moyenne taille est assemblé sur site, puis chauffé et manchonné sur l'arbre principal de la turbine. Ces dernières années, une structure sans arbre a été développée : le support du rotor est directement fixé à l'extrémité supérieure de l'arbre principal de la turbine. Le principal avantage de cette structure est qu'elle permet de résoudre les problèmes de qualité liés aux pièces moulées et forgées de grande taille. De plus, elle permet de réduire le poids et la hauteur de levage du rotor, réduisant ainsi la hauteur de la centrale et permettant des économies de construction.
(3) Palier de butée. Il s'agit d'un composant qui supporte le poids total de la partie rotative de l'unité et la poussée hydraulique axiale de la turbine.
(4) Système de refroidissement. Les hydrogénérateurs utilisent généralement de l'air comme fluide de refroidissement pour refroidir le stator, les enroulements du rotor et le noyau du stator. Les hydrogénérateurs de petite capacité adoptent souvent une ventilation ouverte ou par conduits, tandis que les hydrogénérateurs de grande et moyenne puissance adoptent souvent une ventilation à circulation fermée. Afin d'améliorer l'intensité du refroidissement, certains enroulements de hydrogénérateurs de grande capacité adoptent un mode de refroidissement interne par conducteur creux traversant directement le fluide de refroidissement, ce dernier étant à eau ou à eau neuve. Les enroulements du stator et du rotor sont refroidis intérieurement par eau, le fluide de refroidissement étant à eau ou à eau neuve. Les enroulements du stator et du rotor refroidis par eau sont dits à double refroidissement interne. Les enroulements du stator et du rotor et le noyau du stator refroidis par eau sont dits à refroidissement interne entièrement à eau, tandis que les enroulements du stator et du rotor refroidis par eau sont dits à refroidissement interne semi-à eau.
Une autre méthode de refroidissement des hydrogénérateurs est le refroidissement par évaporation. Ce procédé consiste à connecter un fluide liquide au conducteur du générateur pour le refroidissement par évaporation. Ce refroidissement présente l'avantage d'une conductivité thermique bien supérieure à celle de l'air et de l'eau, et de réduire le poids et la taille de l'unité.
(5) Le dispositif d'excitation et son développement sont fondamentalement les mêmes que ceux des centrales thermiques.
Date de publication : 01/09/2021
