W porównaniu z generatorem turbiny parowej, generator wodny charakteryzuje się następującymi cechami:
(1) Prędkość jest niska. Ograniczona przez ciśnienie wody, prędkość obrotowa jest na ogół mniejsza niż 750 obr./min, a w niektórych przypadkach wynosi zaledwie kilkadziesiąt obrotów na minutę.
(2) Liczba biegunów magnetycznych jest duża. Ze względu na niską prędkość, aby wytworzyć energię elektryczną o częstotliwości 50 Hz, konieczne jest zwiększenie liczby biegunów magnetycznych, tak aby pole magnetyczne uzwojenia stojana tnącego mogło nadal zmieniać się 50 razy na sekundę.
(3) Konstrukcja ma duże gabaryty i ciężar. Z jednej strony, prędkość jest niska; z drugiej strony, w przypadku odrzucenia obciążenia jednostki, aby uniknąć pęknięcia rury stalowej spowodowanego silnym uderzeniem wodnym, wymagany jest długi czas awaryjnego zamykania łopatki kierowniczej, co jednak spowoduje zbyt duży wzrost prędkości jednostki. Dlatego wirnik musi mieć dużą masę i bezwładność.
(4) Zwykle przyjmuje się oś pionową. Aby zmniejszyć zajęcie terenu i koszty instalacji, duże i średnie generatory hydroenergetyczne zazwyczaj stosują wał pionowy.
Generatory wodne można podzielić na pionowe i poziome ze względu na układ obracających się wałów: generatory pionowe można podzielić na podwieszane i parasolowe ze względu na położenie łożysk oporowych.
(1) Hydrogenerator podwieszany. Łożysko oporowe jest zamontowane w środkowej lub górnej części górnej ramy wirnika, co zapewnia stabilną pracę i wygodną konserwację, ale wiąże się z dużą wysokością i wysokimi kosztami inwestycji w instalację.
(2) Generator hydrodynamiczny typu parasolowego. Łożysko oporowe jest zamontowane w korpusie centralnym lub w jego górnej części dolnej ramy wirnika. Generalnie, duże generatory hydrodynamiczne o średniej i niskiej prędkości obrotowej powinny być wyposażone w typ parasolowy ze względu na ich duże gabaryty konstrukcyjne, aby zmniejszyć wysokość jednostki, zaoszczędzić na stali i ograniczyć koszty inwestycji w elektrownię. W ostatnich latach opracowano konstrukcję umożliwiającą montaż łożyska oporowego na górnej pokrywie turbiny wodnej, co pozwala na zmniejszenie wysokości jednostki.
2. Główne składniki
Hydrogenerator składa się głównie ze stojana, wirnika, łożyska oporowego, górnego i dolnego łożyska prowadzącego, górnej i dolnej ramy, urządzenia wentylacyjnego i chłodzącego, urządzenia hamulcowego i urządzenia wzbudzającego.
(1) Stojan. Jest to element służący do wytwarzania energii elektrycznej, składający się z uzwojenia, rdzenia żelaznego i obudowy. Ponieważ średnica stojana dużych i średnich generatorów wodnych jest bardzo duża, zazwyczaj składa się on z segmentów transportowych.
(2) Wirnik. Jest to obracająca się część generująca pole magnetyczne, która składa się z podpory, pierścienia wirnika i bieguna magnetycznego. Pierścień wirnika jest elementem w kształcie pierścienia wykonanym z wachlarzowatej płyty żelaznej. Bieguny magnetyczne są rozmieszczone na zewnątrz pierścienia wirnika, a pierścień wirnika służy jako ścieżka pola magnetycznego. Jedno pasmo dużego i średniego wirnika jest montowane na miejscu, a następnie podgrzewane i nawijane na główny wał generatora. W ostatnich latach opracowano konstrukcję bezwałową wirnika, to znaczy podporę wirnika zamocowano bezpośrednio na górnym końcu głównego wału turbiny. Największą zaletą tej konstrukcji jest to, że może ona rozwiązać problemy jakościowe związane z dużymi odlewami i odkuwkami, spowodowane przez dużą jednostkę; Ponadto może ona również zmniejszyć ciężar i wysokość podnoszenia wirnika, co pozwala zmniejszyć wysokość elektrowni i przynieść pewne oszczędności w konstrukcji elektrowni.
(3) Łożysko oporowe. Jest to element, który przenosi całkowitą masę obracającej się części zespołu oraz osiowy nacisk hydrauliczny turbiny.
(4) Układ chłodzenia. Hydrogenerator zazwyczaj wykorzystuje powietrze jako medium chłodzące do chłodzenia stojana, uzwojenia wirnika i rdzenia stojana. Hydrogeneratory małej mocy często wykorzystują wentylację otwartą lub rurową, podczas gdy duże i średnie hydrogeneratory często wykorzystują wentylację z zamkniętym obiegiem własnym. Aby poprawić intensywność chłodzenia, niektóre uzwojenia hydrogeneratorów dużej mocy wykorzystują tryb chłodzenia wewnętrznego z pustym przewodnikiem przechodzącym bezpośrednio przez medium chłodzące, a medium chłodzące przyjmuje wodę lub nowe medium. Uzwojenia stojana i wirnika są chłodzone wewnętrznie wodą, a medium chłodzącym jest woda lub nowe medium. Uzwojenia stojana i wirnika, które wykorzystują wewnętrzne chłodzenie wodne, nazywane są podwójnym chłodzeniem wodnym. Uzwojenia stojana i wirnika oraz rdzeń stojana, które wykorzystują chłodzenie wodne, nazywane są pełnym chłodzeniem wodnym, natomiast uzwojenia stojana i wirnika, które wykorzystują wewnętrzne chłodzenie wodne, nazywane są półwodnym chłodzeniem wewnętrznym.
Inną metodą chłodzenia generatora hydrodynamicznego jest chłodzenie wyparne, które polega na podłączeniu ciekłego medium do przewodu generatora hydrodynamicznego w celu chłodzenia wyparnego. Zaletą chłodzenia wyparnego jest znacznie większa przewodność cieplna czynnika chłodzącego niż powietrza i wody, co pozwala na zmniejszenie masy i rozmiaru urządzenia.
(5) Urządzenie wzbudzające i jego rozwój są zasadniczo takie same jak w przypadku bloków energetycznych cieplnych.
Czas publikacji: 01.09.2021
