Vergeleken met een stoomturbinegenerator heeft een waterkrachtgenerator de volgende kenmerken:
(1) De snelheid is laag. Beperkt door de waterdruk is de rotatiesnelheid over het algemeen minder dan 750 omwentelingen per minuut, en sommige draaien slechts enkele tientallen omwentelingen per minuut.
(2) Het aantal magnetische polen is groot. Omdat de snelheid laag is, is het nodig om het aantal magnetische polen te verhogen om 50 Hz elektrische energie op te wekken, zodat het magnetische veld van de snij-statorwikkeling nog steeds 50 keer per seconde kan veranderen.
(3) De constructie is groot en zwaar. Enerzijds is de snelheid laag; anderzijds is, in geval van belastingsuitval van de eenheid, een lange noodsluittijd van de geleideschoep vereist om breuk van de stalen buis door sterke waterslag te voorkomen, maar dit zal leiden tot een te hoge snelheidstoename van de eenheid. Daarom moet de rotor een groot gewicht en een grote traagheid hebben.
(4) Een verticale as wordt over het algemeen gebruikt. Om de grondbezetting en de kosten van de installatie te verlagen, gebruiken grote en middelgrote waterkrachtcentrales doorgaans een verticale as.
Waterkrachtgeneratoren kunnen worden onderverdeeld in verticale en horizontale typen, afhankelijk van de verschillende plaatsing van hun roterende assen. Verticale waterkrachtgeneratoren kunnen worden onderverdeeld in hangende en paraplutypen, afhankelijk van de verschillende posities van hun druklagers.
(1) Zwevende hydrogenerator. Het axiaallager is in het midden of bovenste deel van het bovenframe van de rotor gemonteerd, wat zorgt voor een stabiele werking en gemakkelijk onderhoud, maar de hoogte is groot en de investering in de installatie is groot.
(2) Paraplu-waterkrachtgenerator. Het axiaallager is geïnstalleerd in het centrale deel of het bovenste deel van het onderste frame van de rotor. Grote waterkrachtgeneratoren met gemiddelde en lage snelheid zouden over het algemeen een paraplu-type moeten gebruiken vanwege hun grote constructie, om de hoogte van de unit te beperken, staal te besparen en de investering in de installatie te verlagen. De afgelopen jaren is de constructie voor de installatie van het axiaallager op de bovenkap van de waterturbine verder ontwikkeld, waardoor de hoogte van de unit kan worden verminderd.
2. Hoofdcomponenten
De waterkrachtgenerator bestaat hoofdzakelijk uit de stator, de rotor, het axiaallager, de bovenste en onderste geleidingslagers, de bovenste en onderste frames, het ventilatie- en koelsysteem, het remsysteem en het bekrachtigingsmechanisme.
(1) Stator. Dit is een onderdeel voor het opwekken van elektrische energie, dat bestaat uit een wikkeling, ijzeren kern en mantel. Omdat de statordiameter van grote en middelgrote waterkrachtcentrales erg groot is, bestaat deze doorgaans uit segmenten voor transport.
(2) Rotor. Dit is een roterend onderdeel dat een magnetisch veld genereert en bestaat uit een steun, een wielring en een magnetische pool. De wielring is een ringvormig onderdeel dat bestaat uit een waaiervormige ijzeren plaat. De magnetische polen zijn buiten de wielring verdeeld en de wielring fungeert als pad voor het magnetische veld. Eén streng van een grote en middelgrote rotor wordt ter plaatse geassembleerd, vervolgens verhit en op de hoofdas van de generator geplaatst. In de afgelopen jaren is de rotorasloze constructie ontwikkeld, dat wil zeggen dat de rotorsteun direct op het boveneinde van de hoofdas van de turbine is bevestigd. Het grootste voordeel van deze constructie is dat het de kwaliteitsproblemen van grote giet- en smeedstukken, veroorzaakt door de grote eenheid, kan oplossen; bovendien kan het ook het hefgewicht en de hefhoogte van de rotor verminderen, om zo de hoogte van de installatie te verminderen en bepaalde besparingen te realiseren bij de bouw van de energiecentrale.
(3) Axiaallager. Dit is een onderdeel dat het totale gewicht van het roterende deel van de eenheid en de axiale hydraulische stuwkracht van de turbine draagt.
(4) Koelsysteem. Een hydrogenerator gebruikt gewoonlijk lucht als koelmedium om de stator, rotorwikkeling en statorkern te koelen. Hydrogeneratoren met een kleine capaciteit maken vaak gebruik van open of buisventilatie, terwijl grote en middelgrote hydrogeneratoren vaak gebruik maken van gesloten zelfcirculatieventilatie. Om de koelintensiteit te verbeteren, gebruiken sommige hydrogeneratorwikkelingen met een hoge capaciteit de interne koelingsmodus waarbij een holle geleider direct door het koelmedium stroomt, en het koelmedium water of nieuw medium gebruikt. De stator- en rotorwikkelingen worden intern gekoeld door water, en het koelmedium is water of nieuw medium. De stator- en rotorwikkelingen die waterkoeling gebruiken, worden dubbele waterkoeling genoemd. De stator- en rotorwikkelingen en de statorkern die waterkoeling gebruiken, worden volledige waterkoeling genoemd, maar de stator- en rotorwikkelingen die waterkoeling gebruiken, worden semi-waterkoeling genoemd.
Een andere koelmethode voor een waterkrachtgenerator is verdampingskoeling, waarbij een vloeibaar medium wordt aangesloten op de geleider van de waterkrachtgenerator voor verdampingskoeling. Verdampingskoeling heeft als voordeel dat de thermische geleidbaarheid van het koelmedium veel hoger is dan die van lucht en water, en dat het gewicht en de afmetingen van de unit kunnen worden verminderd.
(5) Het excitatietoestel en de ontwikkeling ervan zijn in principe hetzelfde als die van thermische energiecentrales.
Plaatsingstijd: 1 september 2021
