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 bedragen slechts enkele tientallen omwentelingen per minuut.
(2) Het aantal magneetpolen is groot. Omdat de snelheid laag is, is het, om 50Hz elektrische energie te genereren, noodzakelijk om het aantal magneetpolen te vergroten, zodat het magnetische veld van de snij-statorwikkeling nog steeds 50 keer per seconde kan veranderen.
(3) De constructie is groot in omvang en gewicht. Enerzijds is de snelheid laag; anderzijds is, in geval van belastinguitval van de eenheid, om het scheuren van de stalen buis door sterke waterslag te voorkomen, een lange noodsluitingstijd van de geleideschoep vereist, maar dit zal leiden tot een te hoge snelheidsstijging van de eenheid. Daarom moet de rotor een groot gewicht en een grote inertie hebben.
(4) Er wordt over het algemeen gekozen voor een verticale as. Om de benodigde grond en de installatiekosten te verlagen, maken grote en middelgrote waterkrachtcentrales over het algemeen gebruik van een verticale as.
Hydrogeneratoren kunnen worden onderverdeeld in verticale en horizontale typen, afhankelijk van de opstelling van hun roterende assen: verticale hydrogeneratoren kunnen worden onderverdeeld in hangende en parapluvormige typen, afhankelijk van de positie van hun druklagers.
(1) Hangende hydrogenerator. Het druklager is geïnstalleerd in het midden of het bovenste deel van het bovenframe van de rotor, wat zorgt voor een stabiele werking en gemakkelijk onderhoud, maar de hoogte is groot en de investering in de installatie is aanzienlijk.
(2) Paraplu-waterkrachtgenerator. Het druklager is geïnstalleerd in het middengedeelte of het bovenste deel daarvan van het onderframe van de rotor. Over het algemeen moeten grote waterkrachtgeneratoren met een gemiddeld tot laag toerental vanwege hun grote constructieomvang van het paraplutype zijn, om de hoogte van de unit te verkleinen, staal te besparen en de investeringskosten te verlagen. De laatste jaren is de constructie ontwikkeld waarbij het druklager op de bovenkap van de waterturbine wordt gemonteerd, waardoor de hoogte van de unit verder kan worden verlaagd.
2. Belangrijkste componenten
Een waterkrachtgenerator bestaat hoofdzakelijk uit een stator, rotor, druklager, boven- en ondergeleidingslagers, boven- en onderframe, ventilatie- en koelinstallatie, reminrichting en bekrachtigingsinrichting.
(1) Stator. Dit is een onderdeel voor het opwekken van elektrische energie, dat bestaat uit een wikkeling, een ijzeren kern en een behuizing. Omdat de statordiameter van grote en middelgrote waterkrachtcentrales erg groot is, is deze over het algemeen samengesteld 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 is opgebouwd uit waaiervormige ijzeren platen. De magnetische polen zijn buiten de wielring verdeeld en de wielring dient als geleidingspad voor het magnetische veld. Een grote of middelgrote rotor wordt ter plaatse geassembleerd, vervolgens verwarmd en op de hoofdas van de generator gemonteerd. De laatste jaren is de rotorasloze constructie ontwikkeld, waarbij de rotorsteun direct aan het bovenste uiteinde van de hoofdas van de turbine is bevestigd. Het grootste voordeel van deze constructie is dat de kwaliteitsproblemen van grote giet- en smeedstukken, veroorzaakt door de grote afmetingen van de onderdelen, worden opgelost. Bovendien kan het ook het gewicht en de hoogte van de rotor verminderen, waardoor de hoogte van de installatie wordt verlaagd en er kostenbesparingen worden gerealiseerd bij de bouw van de energiecentrale.
(3) Druklager. 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 waterkrachtgenerator gebruikt meestal lucht als koelmedium voor de stator, de rotorwikkeling en de statorkern. Waterkrachtgeneratoren met een klein vermogen maken vaak gebruik van open ventilatie of buisventilatie, terwijl grote en middelgrote waterkrachtgeneratoren vaak gebruikmaken van gesloten zelfcirculerende ventilatie. Om de koelintensiteit te verbeteren, gebruiken sommige waterkrachtgeneratoren met een hoog vermogen een interne koelmethode waarbij holle geleiders rechtstreeks door het koelmedium lopen. Het koelmedium is water of een nieuw medium. De stator- en rotorwikkelingen worden intern gekoeld door water, waarbij water of een nieuw medium als koelmedium wordt gebruikt. Stator- en rotorwikkelingen die gebruikmaken van interne waterkoeling worden dubbele interne waterkoeling genoemd. Stator- en rotorwikkelingen en de statorkern die gebruikmaken van waterkoeling worden volledige interne waterkoeling genoemd, terwijl stator- en rotorwikkelingen die gebruikmaken van interne waterkoeling semi-interne waterkoeling worden genoemd.
Een andere koelmethode voor een waterkrachtgenerator is verdampingskoeling. Hierbij wordt een vloeibaar medium door de leidingen van de generator geleid voor verdampingskoeling. Verdampingskoeling heeft als voordeel dat de warmtegeleidingscoëfficiënt van het koelmedium veel hoger is dan die van lucht en water, en dat het gewicht en de omvang van de unit kunnen worden gereduceerd.
(5) Het excitatieapparaat en de ontwikkeling ervan zijn in principe hetzelfde als die van thermische energiecentrales.
Geplaatst op: 1 september 2021
