Rispetto al generatore a turbina a vapore, il generatore idraulico presenta le seguenti caratteristiche:
(1) La velocità è bassa. Limitata dalla pressione dell'acqua, la velocità di rotazione è generalmente inferiore a 750 giri/minuto, e alcune raggiungono solo poche decine di giri al minuto.
(2) Il numero di poli magnetici è elevato. Poiché la velocità è bassa, 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 tagliato possa ancora cambiare 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 d'acciaio causata dal forte colpo d'ariete, è necessario che il tempo di chiusura di emergenza della paletta direttrice sia lungo, ma ciò causerà un aumento di velocità dell'unità troppo elevato. Pertanto, è necessario che il rotore abbia un peso e un'inerzia elevati.
(4) L'asse verticale è generalmente adottato. Al fine di ridurre l'occupazione del suolo e i costi dell'impianto, i generatori idroelettrici di grandi e medie dimensioni adottano generalmente l'albero verticale.
I generatori idroelettrici si possono suddividere in verticali e orizzontali a seconda della diversa disposizione degli alberi rotanti; i generatori idroelettrici verticali si possono a loro volta suddividere in sospesi e a ombrello a seconda della diversa posizione dei cuscinetti reggispinta.
(1) Idrogeneratore sospeso. Il cuscinetto reggispinta è installato nella parte centrale o superiore del telaio superiore del rotore, il che garantisce un funzionamento stabile e una manutenzione agevole, ma l'altezza è elevata e l'investimento per l'impianto è ingente.
(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 con velocità medio-bassa 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 dell'impianto. Negli ultimi anni, è stata sviluppata la struttura di installazione del cuscinetto reggispinta sul coperchio superiore della turbina idraulica, e l'altezza dell'unità può essere ridotta.
2. Componenti principali
Il generatore idroelettrico è composto principalmente da statore, rotore, cuscinetto reggispinta, cuscinetti di guida superiori e inferiori, telai superiore e inferiore, dispositivo di ventilazione e raffreddamento, dispositivo frenante e dispositivo di eccitazione.
(1) Statore. È un componente per la generazione di energia elettrica, composto da avvolgimento, nucleo di ferro e involucro. 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. È una parte rotante che genera un campo magnetico, composta da supporto, anello della ruota e polo magnetico. L'anello della ruota è un componente ad anello composto da una piastra di ferro a forma di ventaglio. I poli magnetici sono distribuiti all'esterno dell'anello della ruota, che funge da percorso per il campo magnetico. Un singolo rotore di grandi e medie dimensioni viene assemblato in loco, quindi riscaldato e inserito 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 vantaggio principale di questa struttura è che può risolvere i problemi di qualità delle grandi fusioni e forgiature causati dalle grandi unità; inoltre, può anche ridurre il peso e l'altezza di sollevamento del rotore, in modo da ridurre l'altezza dell'impianto e apportare una certa economicità alla 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 tramite tubi, mentre gli idrogeneratori di grandi e medie dimensioni adottano spesso una ventilazione chiusa ad autocircolazione. Per migliorare l'intensità del raffreddamento, alcuni avvolgimenti di idrogeneratori di grande capacità adottano la modalità di raffreddamento interno con conduttore cavo che passa direttamente attraverso il mezzo di raffreddamento, e il mezzo di raffreddamento è acqua o un nuovo mezzo. Gli avvolgimenti dello statore e del rotore sono raffreddati internamente dall'acqua, e il mezzo di raffreddamento è acqua o un nuovo mezzo. Gli avvolgimenti dello statore e del rotore che adottano il raffreddamento interno ad acqua sono detti a doppio raffreddamento interno ad acqua. Gli avvolgimenti dello statore e del rotore e il nucleo dello statore che adottano il raffreddamento ad acqua sono detti a raffreddamento interno ad acqua completo, mentre gli avvolgimenti dello statore e del rotore che adottano il raffreddamento interno ad acqua sono detti a semi-raffreddamento interno ad acqua.
Un altro metodo di raffreddamento per i generatori idroelettrici è il raffreddamento evaporativo, che prevede l'immissione di un fluido refrigerante nel conduttore del generatore. Il raffreddamento evaporativo presenta il vantaggio che la conduttività termica del fluido refrigerante è molto maggiore di quella dell'aria e dell'acqua, e consente di ridurre il peso e le dimensioni dell'unità.
(5) Il dispositivo di eccitazione e il suo sviluppo sono sostanzialmente gli stessi di quelli delle unità di potenza termica.
Data di pubblicazione: 1 settembre 2021
