По сравнению с паротурбинным генератором, гидрогенератор обладает следующими характеристиками:
(1) Скорость низкая. Ограниченная напором воды, скорость вращения обычно составляет менее 750 об/мин, а некоторые достигают всего нескольких десятков оборотов в минуту.
(2) Количество магнитных полюсов велико. Поскольку скорость низкая, для генерации электрической энергии с частотой 50 Гц необходимо увеличить количество магнитных полюсов, чтобы магнитное поле обрезанной обмотки статора могло изменяться 50 раз в секунду.
(3) Конструкция имеет большие размеры и вес. С одной стороны, скорость низкая; с другой стороны, в случае сброса нагрузки агрегата, чтобы избежать разрыва стальной трубы, вызванного сильным гидравлическим ударом, требуется длительное время аварийного закрытия направляющей лопатки, но это приведет к слишком большому увеличению скорости агрегата. Поэтому ротор должен иметь большой вес и инерцию.
(4) Обычно используется вертикальная ось. Для уменьшения занимаемой площади и стоимости установки крупные и средние гидрогенераторы обычно используют вертикальную ось.
Гидрогенераторы можно разделить на вертикальные и горизонтальные в зависимости от расположения их вращающихся валов; вертикальные гидрогенераторы, в свою очередь, делятся на подвесные и зонтичные в зависимости от расположения их упорных подшипников.
(1) Подвесной гидрогенератор. Упорный подшипник установлен в центре или верхней части верхней рамы ротора, что обеспечивает стабильную работу и удобство обслуживания, но высота большая, а инвестиции в установку большие.
(2) Гидрогенератор зонтичного типа. Упорный подшипник устанавливается в центральном корпусе или в его верхней части нижней рамы ротора. Как правило, крупные гидрогенераторы со средней и низкой скоростью вращения должны иметь зонтичный тип из-за больших габаритов конструкции, чтобы уменьшить высоту агрегата, сэкономить сталь и снизить инвестиции в установку. В последние годы была разработана конструкция установки упорного подшипника на верхней крышке водяной турбины, что позволяет уменьшить высоту агрегата.
2. Основные компоненты
Гидрогенератор в основном состоит из статора, ротора, упорного подшипника, верхнего и нижнего направляющих подшипников, верхней и нижней рам, вентиляционного и охлаждающего устройства, тормозного устройства и устройства возбуждения.
(1) Статор. Это компонент для выработки электроэнергии, состоящий из обмотки, железного сердечника и корпуса. Поскольку диаметр статора у крупных и средних гидрогенераторов очень велик, он обычно состоит из сегментов для транспортировки.
(2) Ротор. Это вращающаяся часть, генерирующая магнитное поле, состоящая из опоры, кольца ротора и магнитного полюса. Кольцо ротора представляет собой кольцеобразный компонент, состоящий из веерообразных железных пластин. Магнитные полюса расположены вне кольца ротора, и кольцо ротора используется в качестве пути магнитного поля. Один из роторов большого и среднего размера собирается на месте, а затем нагревается и устанавливается на главный вал генератора. В последние годы была разработана бесвальная конструкция ротора, то есть опора ротора непосредственно крепится к верхнему концу главного вала турбины. Самым большим преимуществом этой конструкции является то, что она позволяет решить проблемы качества крупных отливок и кованых деталей, возникающие из-за больших размеров агрегата; кроме того, она также позволяет уменьшить вес и высоту подъема ротора, что снижает высоту установки и обеспечивает определенную экономию при строительстве электростанции.
(3) Упорный подшипник. Это компонент, который несет общий вес вращающейся части агрегата и осевую гидравлическую нагрузку турбины.
(4) Система охлаждения. В гидрогенераторах в качестве охлаждающей среды обычно используется воздух для охлаждения статора, обмотки ротора и сердечника статора. В гидрогенераторах малой мощности часто используется открытая или трубчатая вентиляция, в то время как в гидрогенераторах большой и средней мощности часто используется закрытая самовентиляция. Для повышения интенсивности охлаждения в некоторых гидрогенераторах большой мощности используется внутренний режим охлаждения обмоток с полым проводником, непосредственно проходящим через охлаждающую среду, при этом в качестве охлаждающей среды используется вода или новая среда. Обмотки статора и ротора охлаждаются водой изнутри, при этом охлаждающей средой является вода или новая среда. Обмотки статора и ротора, в которых используется внутреннее водяное охлаждение, называются двойным внутренним водяным охлаждением. Обмотки статора и ротора, а также сердечник статора, в которых используется водяное охлаждение, называются полным внутренним водяным охлаждением, а обмотки статора и ротора, в которых используется внутреннее водяное охлаждение, называются полуводяным внутренним охлаждением.
Еще один метод охлаждения гидрогенератора — испарительное охлаждение, при котором жидкая среда подается в воздуховод гидрогенератора для испарительного охлаждения. Преимуществом испарительного охлаждения является то, что теплопроводность охлаждающей среды значительно выше, чем у воздуха и воды, что позволяет уменьшить вес и габариты агрегата.
(5) Устройство возбуждения и его разработка в основном аналогичны тем, что используются в тепловых энергоблоках.
Дата публикации: 01.09.2021
