Rispetto al generatore a turbina a vapore, il generatore idroelettrico presenta le seguenti caratteristiche:
(1) La velocità è bassa. Limitata dalla portata d'acqua, la velocità di rotazione è generalmente inferiore a 750 giri/min e in alcuni casi si attesta su poche decine di giri al minuto.
(2) Il numero di poli magnetici è elevato. Data la bassa velocità, per generare energia elettrica a 50 Hz è necessario aumentare il numero di poli magnetici, in modo che il campo magnetico dell'avvolgimento dello statore possa comunque variare 50 volte al secondo.
(3) La struttura è di grandi dimensioni e peso. Da un lato, la velocità è bassa; dall'altro, in caso di rigetto del carico dell'unità, per evitare la rottura del tubo in acciaio causata da un forte colpo d'ariete, il tempo di chiusura di emergenza della paletta di guida è richiesto lungo, ma ciò causerebbe un aumento di velocità eccessivo dell'unità. Pertanto, il rotore deve avere un peso e un'inerzia elevati.
(4) Generalmente si adotta l'asse verticale. Per ridurre l'occupazione di suolo e i costi di impianto, i generatori idroelettrici di grandi e medie dimensioni adottano generalmente l'asse verticale.
Gli idrogeneratori possono essere suddivisi in tipologie verticali e orizzontali in base alla diversa disposizione dei loro alberi rotanti: gli idrogeneratori verticali possono essere suddivisi in tipologie sospese e a ombrello in base alle diverse posizioni dei loro cuscinetti reggispinta.
(1) Idrogeneratore sospeso. Il cuscinetto reggispinta è installato al centro o nella parte superiore del telaio superiore del rotore, garantendo un funzionamento stabile e una manutenzione agevole, ma l'altezza è elevata e l'investimento nell'impianto è elevato.
(2) Generatore idroelettrico a ombrello. Il cuscinetto reggispinta è installato nel corpo centrale o nella parte superiore del telaio inferiore del rotore. Generalmente, i generatori idroelettrici di grandi dimensioni a media e bassa velocità dovrebbero adottare il tipo a ombrello a causa delle loro grandi dimensioni strutturali, in modo da ridurre l'altezza dell'unità, risparmiare acciaio e ridurre gli investimenti nell'impianto. Negli ultimi anni, è stata sviluppata la struttura di installazione del cuscinetto reggispinta sul coperchio superiore della turbina idraulica, consentendo di ridurre l'altezza dell'unità.
2. Componenti principali
Il generatore idroelettrico è composto principalmente da statore, rotore, cuscinetto reggispinta, cuscinetti guida superiori e inferiori, telai superiori e inferiori, dispositivo di ventilazione e raffreddamento, dispositivo di frenatura e dispositivo di eccitazione.
(1) Statore. È un componente per la generazione di energia elettrica, composto da avvolgimento, nucleo di ferro e guscio. Poiché il diametro dello statore dei generatori idroelettrici di grandi e medie dimensioni è molto grande, è generalmente composto da segmenti per il trasporto.
(2) Rotore. Si tratta di una parte rotante che genera un campo magnetico, composta da un supporto, un anello rotante e un polo magnetico. L'anello rotante è un componente a forma di anello composto da una piastra di ferro a ventaglio. I poli magnetici sono distribuiti all'esterno dell'anello rotante, che funge da percorso del campo magnetico. Un rotore di grandi e medie dimensioni viene assemblato in loco, quindi riscaldato e incastrato sull'albero principale del generatore. Negli ultimi anni, è stata sviluppata la struttura senza albero del rotore, ovvero il supporto del rotore è fissato direttamente all'estremità superiore dell'albero principale della turbina. Il principale vantaggio di questa struttura è che può risolvere i problemi di qualità di getti e forgiati di grandi dimensioni causati dalle grandi unità; inoltre, può anche ridurre il peso e l'altezza di sollevamento del rotore, riducendo così l'altezza dell'impianto e apportando una certa economia nella costruzione della centrale elettrica.
(3) Cuscinetto reggispinta. È un componente che sopporta il peso totale della parte rotante dell'unità e la spinta idraulica assiale della turbina.
(4) Sistema di raffreddamento. L'idrogeneratore utilizza solitamente l'aria come mezzo di raffreddamento per raffreddare lo statore, l'avvolgimento del rotore e il nucleo dello statore. Gli idrogeneratori di piccola capacità adottano spesso una ventilazione aperta o a tubi, mentre gli idrogeneratori di grandi e medie dimensioni adottano spesso una ventilazione autocircolante chiusa. Per migliorare l'intensità di raffreddamento, alcuni avvolgimenti di idrogeneratori ad alta capacità adottano la modalità di raffreddamento interno con conduttore cavo che passa direttamente attraverso il mezzo di raffreddamento, e il mezzo di raffreddamento adotta acqua o un nuovo mezzo. Gli avvolgimenti di statore e rotore sono raffreddati internamente ad acqua, e il mezzo di raffreddamento è acqua o un nuovo mezzo. Gli avvolgimenti di statore e rotore che adottano il raffreddamento interno ad acqua sono chiamati raffreddamento interno ad acqua doppio. Gli avvolgimenti di statore e rotore e il nucleo dello statore che adottano il raffreddamento interno ad acqua sono chiamati raffreddamento interno ad acqua completo, mentre gli avvolgimenti di statore e rotore che adottano il raffreddamento interno ad acqua sono chiamati raffreddamento interno ad acqua parziale.
Un altro metodo di raffreddamento del generatore idroelettrico è il raffreddamento evaporativo, che collega il mezzo liquido al conduttore del generatore idroelettrico per il raffreddamento evaporativo. Il raffreddamento evaporativo presenta il vantaggio che la conduttività termica del mezzo refrigerante è molto maggiore rispetto a quella dell'aria e dell'acqua, e può ridurre il peso e le dimensioni dell'unità.
(5) Il dispositivo di eccitazione e il suo sviluppo sono sostanzialmente gli stessi delle unità di potenza termica.
Data di pubblicazione: 01/09/2021
