Em comparação com um gerador de turbina a vapor, um gerador hidrelétrico apresenta as seguintes características:
(1) A velocidade é baixa. Limitada pela altura da coluna de água, a velocidade de rotação é geralmente inferior a 750 rpm, e algumas são apenas dezenas de rotações por minuto.
(2) O número de polos magnéticos é grande. Como a velocidade é baixa, para gerar energia elétrica de 50 Hz, é necessário aumentar o número de polos magnéticos, para que o campo magnético do enrolamento do estator de corte ainda possa mudar 50 vezes por segundo.
(3) A estrutura é grande em tamanho e peso. Por um lado, a velocidade é baixa; por outro lado, em caso de rejeição de carga da unidade, para evitar a ruptura do tubo de aço causada por forte golpe de aríete, o tempo de fechamento de emergência da palheta guia precisa ser longo, mas isso fará com que o aumento de velocidade da unidade seja muito alto. Portanto, o rotor precisa ter grande peso e inércia.
(4) O eixo vertical é geralmente adotado. Para reduzir a ocupação de terreno e o custo da usina, os geradores hidrelétricos de grande e médio porte geralmente adotam eixo vertical.
Os geradores hidrelétricos podem ser divididos em tipos verticais e horizontais, de acordo com a disposição de seus eixos rotativos; os geradores hidrelétricos verticais podem ser divididos em tipos suspensos e tipo guarda-chuva, de acordo com as diferentes posições de seus mancais de encosto.
(1) Hidrogerador suspenso. O rolamento de encosto é instalado no centro ou na parte superior da estrutura superior do rotor, o que proporciona operação estável e manutenção conveniente, mas a altura é grande e o investimento da planta é grande.
(2) Gerador hidrelétrico tipo guarda-chuva. O mancal de encosto é instalado no corpo central ou na parte superior da estrutura inferior do rotor. Geralmente, grandes geradores hidrelétricos de média e baixa velocidade devem adotar o tipo guarda-chuva devido ao seu grande tamanho estrutural, de modo a reduzir a altura da unidade, economizar aço e reduzir o investimento na usina. Nos últimos anos, foi desenvolvida a estrutura de instalação do mancal de encosto na tampa superior da turbina hidráulica, o que permite reduzir a altura da unidade.
2. Componentes principais
O gerador hidrelétrico é composto principalmente por estator, rotor, mancal de encosto, mancais guia superior e inferior, estruturas superior e inferior, dispositivo de ventilação e refrigeração, dispositivo de frenagem e dispositivo de excitação.
(1) Estator. É um componente para geração de energia elétrica, composto por enrolamento, núcleo de ferro e carcaça. Como o diâmetro do estator de geradores hidrelétricos de grande e médio porte é muito grande, ele geralmente é composto de segmentos para transporte.
(2) Rotor. É uma parte rotativa que gera o campo magnético, composta por suporte, anel de engrenagem e polo magnético. O anel de engrenagem é um componente em forma de anel composto por uma placa de ferro em forma de leque. Os polos magnéticos estão distribuídos externamente ao anel de engrenagem, que serve como caminho para o campo magnético. Um conjunto de rotores de grande e médio porte é montado no local e, em seguida, aquecido e revestido no eixo principal do gerador. Nos últimos anos, desenvolveu-se a estrutura de rotor sem eixo, ou seja, o suporte do rotor é fixado diretamente na extremidade superior do eixo principal da turbina. A maior vantagem dessa estrutura é a solução para os problemas de qualidade causados por peças fundidas e forjadas de grande porte; além disso, também reduz o peso e a altura de içamento do rotor, diminuindo assim a altura da usina e trazendo economia para a construção da central elétrica.
(3) Mancal de encosto. É um componente que suporta o peso total da parte rotativa da unidade e o empuxo hidráulico axial da turbina.
(4) Sistema de refrigeração. Os hidrogeradores geralmente utilizam ar como meio de refrigeração para resfriar o estator, o enrolamento do rotor e o núcleo do estator. Hidrogeradores de pequena capacidade frequentemente adotam ventilação aberta ou por tubulação, enquanto hidrogeradores de grande e médio porte geralmente adotam ventilação fechada com autocirculação. Para melhorar a intensidade da refrigeração, alguns hidrogeradores de alta capacidade adotam o modo de refrigeração interna por meio de condutor oco que atravessa diretamente o meio de refrigeração, sendo este água ou um novo meio. Os enrolamentos do estator e do rotor são refrigerados internamente por água, sendo o meio de refrigeração água ou um novo meio. Os enrolamentos do estator e do rotor que adotam refrigeração interna por água são chamados de refrigeração interna dupla por água. Os enrolamentos do estator, do rotor e o núcleo do estator que adotam refrigeração por água são chamados de refrigeração interna total por água, enquanto os enrolamentos do estator e do rotor que adotam refrigeração interna por água são chamados de refrigeração interna parcial por água.
Outro método de resfriamento de geradores hidrelétricos é o resfriamento evaporativo, que consiste na introdução de um meio líquido no condutor do gerador para promover o resfriamento por evaporação. O resfriamento evaporativo apresenta a vantagem de a condutividade térmica do meio refrigerante ser muito maior do que a do ar e da água, além de permitir a redução do peso e do tamanho da unidade.
(5) O dispositivo de excitação e seu desenvolvimento são basicamente os mesmos que os das unidades de energia térmica.
Data da publicação: 01/09/2021
