CONSTRUCTIA HIDROGENERATORULUI

CONSTRUCTIA HIDROGENERATORULUI

Hidrogeneratorul se compune din doua parti principale: statorul (indusul) si rotorul (inductor), precum si din alte subansamble care asigura buna functionare a acestuia fig.31.

Figura 31

A.    STATORUL se compune la randul lui din urmatoarele parti:

A1. Carcasa

A2. Partile active.

A1. CARCASA constituie structura de rezistenta a hidrogeneratorului, avand rolul de a sustine miezul statoric (circuitul magnetic), bobinajul statoric, precum si alte elemente de rezistenta care asigura sustinerea si ghidarea rotorului.

Carcasa preia efortul de torsiune creat de cuplul rezistent al generatorului, precum si alte solicitari cum ar fi: eforturile radiale si vibratiile si le transmite fundatiei de beton.

Carcasa in forma de cilindru este executata din tabla de otel, in interiorul acesteia fiind sudate rafturi tot din otel, rigidizate cu tiranti (poz. 3)

La partea superioara si inferioara a carcasei sunt sudate inele de capat de care sunt fixate steaua superioara (poz12) si respectiv inferioara.

Pe rafturile din interiorul carcasei si pe inelele de capat sunt fixate prin sudura pene avand profilul in coada de randunica, in care sunt ghidate pachetele de tole ale miezului statoric.

Pe suprafata laterala a carcasei sunt prevazute ferestrele pentru montarea racitoarelor de aer ale generatorului poz.8.

Pentru fixarea carcasei pe fundatie sunt prevazute la partea inferioara a acesteia, talpi de fixare din otel.

Carcasa poate fi divizata in mai multe parti (in cazul generatoarelor de puteri mari), pentru a fi transportate mai usor la locul de montaj.

A2. PARTILE ACTIVE

A2.1 CIRCUITUL MAGNETIC (miezul magnetic) are rolul de a inchide fluxul magnetic intre doi poli alaturati ai statorului.

Miezul magnetic este executat din segmenti de tola din tabla silicioasa izolati pe ambele parti cu lac izolant, in scopul reducerii pierderilor datorita curentilor Foucault.

Pachetele din tole ale miezului magnetic (fig.32. poz.1-3 si fig.34. poz.1) sunt realizate din tole obtinute prin stantare, avand practicate la interior crestaturile (ancosele) in care se monteaza barele bobinelor, iar la exterior sunt practicate canalele in forma de coada de randunica, pentru fixarea pe penele verticale ale carcasei.

Intre pachetele de tole (de circa 50 mm grosime) se intercaleaza distantiere izolante pentru a se realiza canale de ventilatie de 10 mm. (fig.32. poz. 2).

La partea superioara si inferioara a miezului magnetic pachetele de tole se realizeaza in trepte, pentru reducerea pierderilor datorate unui flux de scapari lateral, din vecinatatea intrefierului. Pentru consolidare miezul este strans intre placi de presare si degete de presare (fig.32. poz. 7) din otel antimagnetic (numai in zona dintilor), cu buloane de strangere din otel . Buloanele sunt izolate fata de pachetele de tole.

In fundul unora dintre crestaturile miezului magnetic se monteaza (cu ocazia bobinarii generatorului), termorezistente pentru masurarea temperaturii.

Figura 32

A2.2. BOBINAJUL STATORIC constituie calea principala de curent a masinii.

Bobinajul trifazat al generatorului (fig.31. poz.1) este realizat in doua straturi, fiind compus din bare dispuse in crestaturile miezului, izolate intre ele si fata de fierul statoric si stranse cu pene izolante.

Fiecare bara este realizata din conductoare elementare (fig.33) izolate intre ele cu lac. Pe lungimea barei, conductoarele elementare isi schimba pozitia (transpozitie), in vederea reducerii pierderilor suplimentare datorate efectului pelicular.

Figura 33

Izolatia barei bobinei este continua si omogena (fara goluri) si este realizata din banda de mica tesatura de sticla si rasini epoxidice, termorigida, asigurand clasa B de izolatie (120 C).

Pentru egalizarea potentialului electric in lungul barei, aceasta este acoperita in portiunea dreapta cu lac conductor, iar in zona capetelor frontale, cu lac semiconductor. In acest fel se evita descarcarile partiale (efectul Corona).

Capetele frontale ale bobinelor (fig.31.poz.1) sunt asigurate impotriva fortelor electrodinamice ce apar in masina la scurtcircuit, prin legaturile de consolidare fata de inelele existente in acest scop.

In zona capetelor frontale, conductoarele elementare ale bobinelor sunt lipite cu aliaj pe baza de argint. Tot in aceste zone se gasesc legaturile intre bobinele fazelor.

Pentru masurarea temperaturii bobinajului, se plaseaza intre barele unora dintre bobine, termorezistente, plasate in punctele cele mai solicitate din punct de vedere termic.

B.    ROTORUL se construieste cu poli aparenti la hidrogeneratoare si cu poli inecati la turbogeneratoare (vezi fig. 38), se compune din:

B1. polii rotorului

B2. coroana polara

B3. steaua rotorului

B4 arborele rotorului

B1. Polii rotorului

B1.1 Circuitul magnetic (fierul rotoric), creeaza campul inductor al masinii.

Miezul magnetic al polului este realizat din tole de tabla silicioasa, presate cu ajutorul unor placi si buloane de strangere.

Polul (fig.34. poz.2) are trei zone ; talpa polara (partea in forma de arc de cerc); corpul polului (partea dreptunghiulara) si ciocanul (partea terminala avand forma literei T).

Curbura talpii polare are raza mai mica decat a interiorului statorului, astfel ca la mijloc intrefierul este minim, iar la margini este mai mare, astfel se obtine o curba a campului magnetic cat mai apropiata de forma sinusoidala.

   

Figura 34 Figura 35

In talpa polara sunt practicate crestaturi in care se introduc buloane din bronz fosforos (fig.35), unite la capete cu placile de strangere a tolelor polului. Placile de strangere ale polilor adiacenti sunt unite intre ele prin legaturi elastice din cupru prinse in suruburi, astfel ca se formeaza la nivelul rotorului o colivie, care de fapt constituie infasurarea de amortizare a masinii.

Pe portiunea dreptunghiulara a polului este plasata bobina polara, parte a infasurarii de excitatie (fig.36).

Figura 36

Piesa polului, in forma de ciocan, fixeaza polul in locasul corespunzator din coroana polara si se asigura prin impanare cu pene din otel (fig.34.poz.4).

B1.2. Partea electrica, constituie calea de curent pentru curentul de excitatie al masinii si este realizata prin inserierea bobinelor de excitatie (bobinele polare fig.36), montate pe fiecare pol.

Fiecare bobina polara este realizata din spire din bara dreptunghiulara de cupru, asezate pe muchie pentru o mai buna racire, izolate intre ele cu carton electrotehnic, iar fata de corpul polului cu izolatie din sticlotextolit (izolatie clasa B pentru 120 C ).

Presarea bobinelor in talpa polara se face fie cu resorturi, fie cu pene izolante (fig. 36).

Infasurarea de amortizare descrisa mai sus, serveste pentru :

amortizarea oscilatiilor pendulare ale rotorului in cazul unor regimuri perturbatoare

pornirea in asincron (regim de motor)

atenuarea asimetriilor (a curentilor pe faze)

atenuarea unor deformari ale campului magnetic indus, fata de forma sinusoidala (atenuarea armonicilor de camp).

B2. Coroana polara (fig.34 poz.3) serveste pentru inchiderea fluxului magnetic inductor dintre polii rotorici. Coroana polara este parcursa de flux magnetic continuu.

Coroana polara este realizata din segmenti stantati din tabla de otel, asezati in pachete intre care se gasesc distantiere pentru formarea canalelor de ventilatie.

Coroana polara este fixata pe steaua rotorului prin impanare (fig.31 poz.5). Partea ei exterioara este poligonala, pe fiecare dintre fatete fiind montat cate un pol rotoric.

La unele generatoare, pe coroana polara (la partea superioara si inferioara), se monteaza palete de ventilator.

B3. Steaua rotorului, (fig.31 poz.10) transmite eforturile mecanice de la arborele generatorului la coroana polara. Pe steaua rotorului se gaseste montat discul de franare si ridicare a rotorului.

Steaua rotorului este o constructie sudata formata din butuc (fretat sau asamblat cu buloane de o flansa pe arborele generatorului, fig.31 poz.18) si bratele stelei sudate de acesta. La unele generatoare bratele stelei sunt din doua segmente intregite prin asamblarea flanselor (cu care sunt prevazute), cu suruburi.

La partea inferioara a butucului se gaseste fixata prin buloane, patina lagarului axial (fig.31 poz. 17)

B4. Arborele rotorului, transmite miscarea de la arborele turbinei la generator. Arborele este executat din otel carbon de calitate (fig.31 poz. 11), prelucrat prin forjare si apoi tratat termic pentru detensionare.

La partea inferioara (sau la unul din capete daca generatorul lucreaza in pozitie orizontala), are prevazuta flansa de cuplare cu arborele turbinei.

La generatoarele antrenate de turbine Kaplan, in golul din interiorul arborelui generatorului este montata coloana de distributie pentru sistemul de reglaj, iar la unele, din cele antrenate de turbine Francis golul din interiorul arborelui serveste pentru aerisirea turbinei.

C.    LAGARELE GENERATORULUI

In cele ce urmeaza ne vom ocupa de lagarele generatorului care lucreaza in pozitie verticala. La grupurile de putere mica si la MHC-uri, unde hidroagregatul lucreaza in pozitie orizontala exista doua lagare de sustinere a rotorului (lagare de alunecare unse cu ulei prin autoungere, sau eventual rulmenti), unul din lagare fiind combinat si cu un lagar pentru preluarea impingerilor axiale date de turbina (in cazul lagarului cu rulment, acesta va fi un rulment de o constructie speciala pentru preluarea eforturilor radiale si axiale).

Lagarele generatorului servesc pentru ghidarea radiala a arborelui, preluarea sarcinii axiale a acestuia si descarcarea eforturilor arborelui catre statorul generatorului, prin intermediul stelelor de sustinere a lagarelor.

In general lagarul superior al generatorului este un lagar combinat : lagar radial si lagar axial, iar lagarul inferior este in acest caz un lagar radial.

La unele generatoare, denumite generatoare tip umbrela, lagarul axial-radial este plasat sub rotorul generatorului, lagarul superior fiind un lagar radial.

C1. Lagarul radial, serveste pentru ghidarea rotorului generatorului.

Lagarul radial se compune din: a. segmenti radiali (fig.31 poz. 14) oscilanti, avand posibilitatea de reglare radiala cu ajutorul unor buloane de reazim, filetate. Segmentii sunt izolati fata de buloanele de reazim.

Suprafata de lucru (de alunecare) a segmentilor este acoperita cu un aliaj antifrictiune. b. Segmentii lucreaza pe o zona finisata a arborelui rotoric numita maneton, sau pe suprafata special finisata a butucului.

Ungerea si racirea lagarului se efectueaza in baie proprie de ulei (fig.31 poz. 16). Racirea uleiului lagarului se realizeaza cu racitoarele de ulei (fig31 poz. 19), sub forma de baterii din tevi de alama (cupru), prin interiorul carora circula apa de racire. Pentru masurarea temperaturii lagarului, sunt plasate in unii dintre segmenti, precum si in baia lagarului, termorezistente si/sau sonde pentru termomanometre.

C2. Lagarul axial, preia greutatea partilor rotitoare ale hidroagregatului, precum si a fortei de impingere axiala a apei din turbina. Uneori preia si forta electromagnetica creata de diferenta dintre axa rotorului si axa statorului, in plan orizontal, (atunci cand axa rotorului este situata deasupra axei statorului). In situatia inversa tot datorita aceleiasi forte, lagarul va fi descarcat.

Lagarul este montat in baia de ulei fixata de steaua de sustinere a generatorului.

Lagarul este compus din: a. butuc, (fig.31 poz. 18) montat pe arborele rotorului, de care este fixata la partea inferioara patina (fig.31 poz.17). Patina este de forma cilindrica, cu inaltimea de ordinul zecilor de mm, este realizata din otel forjat, avand fata de lucru bine slefuita si perpendiculara pe axa de rotatie.

b. segmentii axiali (fig.31 poz.20), oscilanti, (pe care se sprijina patina) reazema la randul lor pe buloane filetate cu cap sferic, cu care se poate regla pozitia segmentilor pe verticala. In alte variante constructive, segmentii pot sa reazime pe grupuri de arcuri pretensionate dupa o anumita diagrama.

Suprafata de lucru a segmentilor este acoperita cu un aliaj special antifrictiune denumit babit, iar ca varianta constructiva, se utilizeaza acoperirea segmentilor cu teflon si in acest caz segmentii sunt izolati electric fata de suportul lor, pentru a impiedica aparitia fenomenului de electroeroziune.

Lagarul functioneaza cu autoungere, in baie proprie de ulei. Uleiul este racit cu baterii de racitoare, compuse din tevi de alama (cupru), prin care circula apa de racire.

Sistemul de termometrie este identic cu cel al lagarului radial.

D. STEAUA SUPERIOARA (fig.31 poz.12), serveste ca suport mecanic pentru lagarul superior, sustine excitatoarea si eventual capul de distributie la grupurile echipate cu turbine Kaplan, precum si placile de acoperire a generatorului (fig.31 poz.15).

Steaua superioara este o constructie sudata din tabla de otel si este compusa din: a. corpul stelei si b. bratele stelei. Corpul stelei contine lagarul superior. Bratele stelei pot fi sudate de corp sau asamblate prin flanse si buloane de strangere.

E. STEAUA INFERIOARA, preia eforturile exercitate in lagarul inferior si le transmite fundatiei din beton a generatorului. Constructia este similara cu a stelei superioare. De regula, pe bratele stelei, sunt montate servomotoarele (cricurile fig.31 poz.20) de franare si/sau ridicare a rotorului.

F. SISTEMUL DE FRANARE-RIDICARE, are rolul de a frana rotorul pentru reducerea duratei de oprire si intra in functiune atunci cand turatia scade (de regula), la 30 % din turatia nominala. De asemenea serveste pentru ridicarea rotorului (dupa o stationare mai lunga), in vederea refacerii filmului de ulei dintre patina si segmentii lagarului axial.

La unele generatoare refacerea filmului de ulei se realizeaza prin injectarea uleiului la presiune mare, intre patinǎ si segmenti, cu ajutorul unei pompe special destinate.

De asemenea la unele generatoare, pe langa sistemul de franare mecanic, exista un sistem de franare electric, sau numai acesta din urma.

Sistemul de franare-ridicare se compune din mai multe servomotoare hidraulice (fig.31 poz.20), prevazute cu o talpa de franare echipata cu un sabot de franare (ferodou), care este apasat pe coroana de franare pentru ridicarea rotorului sau franarea acestuia.

La ridicarea rotorului se introduce in servomotor ulei sub presiune, pentru a se realiza o ridicare ferma, dar strict controlata. La franarea rotorului, in servomotor se introduce aer de joasa presiune pentru a realiza o franare "moale" (elastica), avand in vedere coeficientul de compresibilitate mai mare la aer, fata de ulei.

G. SISTEMUL DE FRANARE ELECTRICA

Franarea electrica a hidroagregatului se bazeaza pe interactiunea dintre campul magnetic rotoric si respectiv statoric, in conditiile scurtcircuitarii bornelor infasurarilor statorice cu ajutorul unui separator dedicat, (dupa inchiderea accesului apei in turbina si deschiderea intrerupatorului de la bornele generatorului).

Pe timpul franarii, pentru scurtarea timpului, curentul de excitatie trebuie sa fie constant si ca atare la generatoarele cu sistem de excitatie aflat pe arborele generatorului (masini rotative), se utilizeaza preluarea curentului de excitatie (pentru franare) de la o alta sursa; excitatoare rotativa separata sau sistem de excitatie static.

Deoarece pe timpul franarii electrice se creeaza conditii pentru functionarea eronata a protectiei diferential-longitudinale, aceasta protectie va fi scoasa din functiune pe timpul procesului de franare.

H. SISTEMUL DE VENTILATIE - RACIRE AL HIDROGENERATORULUI

H1. Sistemul de ventilare

Pentru evacuarea caldurii datorate pierderilor de energie degajata in partile active (circuitul magnetic si circuitul electric) ale statorului si rotorului, se utilizeaza un sistem de racire bazat pe circulatie fortata de aer in circuit inchis (fig.37) si ventilatie radiala (la acele generatoare care au pe rotor palete de ventilator).

Figura 37

Aerul este absorbit din boxa generatorului si atras catre interiorul acestuia pe la partea superioara si inferioara, de catre steaua rotorului, care este de fapt ventilatorul principal al masinii. Fluxul principal de aer este atras in rotor si apoi impins prin canalele de ventilatie ale coroanei polare, aluneca apoi la suprafata bobinelor polare si a talpilor polare, traverseaza intrefierul, patrunde in canalele de ventilatie ale statorului si apoi intra in racitoarele de aer, dupa care aerul racit intra in boxa generatorului.

Un al doilea flux de aer, antrenat de ventilatoarele de pe coroana polara, este absorbit din boxa si impins sa alunece peste capetele de bobine statorice, dupa care ajunge in racitoare si de acolo in boxa, dupa care ciclul se repeta. La generatoarele fara palete de ventilator pe coroana polara, cel de al doilea flux de aer de racire se deriva din fluxul principal de aer, cu ajutorul unor deflectoare montate la partea superioara si inferioara a generatorului.

H2. Sistemul de racire, este compus din mai multe racitoare de aer (schimbatoare de caldura fig.31 poz.8).

Prin tevi de alama sau cupru echipate cu aripioare pentru marirea suprafetei de schimb de caldura, circula apa de racire, iar printre tevi circula aerul incalzit. La contactul dintre aerul cald si tevile reci are loc transferul unei parti importante din caldura transportata de aer si ca atare aerul iese din racitoare cu temperatura de circa 40 C, fata de temperatura la intrarea in racitor de 60-65 C.

Pe timpul iernii, o parte din aerul care circula in generator va fi deviat prin riflaje realizate in acest scop, catre sala masinilor pentru incalzirea acesteia. De asemenea in perioada calduroasa, daca temperatura apei de racire este mica (cazul centralelor de munte), pentru prevenirea aparitiei condensului in generator, se utilizeaza metoda reglarii automate sau manuale, a debitului apei de racire functie de temperatura infasurarilor si a miezului magnetic.

Figura 38

I.      Instalatia de stins incendiul in generator

Hidrogeneratoarele sunt dotate cu unul din urmatoarele sisteme de stingere a incendiului :

sistem de stingere prin stropire cu apa a generatorului (fig.31 poz.7-9), caz in care acestea sunt dotate cu inele de stropire (inele din teava prevazute cu gauri), montate la partea superioara si inferioara a acestuia. Apa de stingere se injecteaza in cele doua inele, odata cu deschiderea electrovanei de pe conducta de apa de incendiu, actionata automat de catre senzorii de incendiu, sau actionata de catre personal .

sistem de stingere a incendiului prin insuflare de bioxid de carbon (CO ) printr-un sistem de orificii, plasate in boxa generatorului deasupra acestuia. Bioxidul de carbon este inmagazinat in butelii sub presiune, iar injectarea lui se face prin deschiderea automata a unei electrovalve comandata de senzorii de incendiu aflati in boxa generatorului, sau prin actionarea acesteia de catre personal. Odata cu declansarea CO -ului se inchid automat gurile de comunicatie ale boxei generatorului cu exteriorul.

J. Instalatia de prevenire a umezirii generatorului.

Pentru evitarea umezirii generatoarelor, (in special la masinile de puteri mari), ocazionat de stationarile mai indelungate, acestea sunt dotate cu rezistente electrice de incalzire plasate sub generator, care se pun in functiune in vederea crearii unui microclimat corespunzator.