ژنراتــــــور مهمترین بخــــش نیــــروگاه آبی اســـت که انـــــرژی مکـــــانیکی دورانـــی را تبدیـــــل به انرژی الکــــتریکی مــیکند و از دو بخــــش اصلــــی روتــور و استاتور تشکیل شده است.
ژنراتورهای نوع سنکرون عمودی شامل بخشهای زیر می‌باشند:
- قاب استاتور(Stator Frame)
- هسته استاتور( Stator Core)
- سیم‌پیچ استاتور(ُStator Winding)
- روتور(Rotor)
- حلقه مورق روتور(Rotor Rim)
- قطبها(Poles)
- یاتاقانهای کفگرد(Thrust Bearing)
- یاتاقانهای هادی(Guide Bearing)
- سیستم روانکاری هیدوراستاتیک(Hydrostatic lubrication system)
- سیستم خنککننده Cooling system
- واحد ترمز و بالابری (Braking and jacking unit)
استاتور فریم یا قاب استاتور(Stator Frame)
قاب استاتـــــور از اجـــــزاء فـولادی نورد شده ســــاخته شـده است که هســـته، سـیمپیچ و اجـــزاء جــــانبی اســـتاتور نظـــیرکولرهــای هوایی-آبی را روی خـــــود جـــای میدهد. قاب اســـتاتور با ســـاختار خـــاص خود کل وزن روتــور را از طــریق براکــت تراست تحمل مینمـــاید. عـــلاوه بر نیــروهای ناشی از گشــتار و وزن خود استاتـــور، قاب استاتـــور وزن کلیه اجراء گردان (ژنراتــور و توربیــــن)، وزن براکـــت تراست و بارهـای ناشـــی از فشــــار هیدرولیـــکی را از طریق سل پلیت ها یا حلقههـــای نگهدارنده به فونداسیــــون منتقل مینمـــاید. دریچههـــای خـــروج هـــوا نیز در قـــاب استاتـور تعبیه شده است.در شکل زیر می توانید نمای استاتور فریم یک ژنراتور آبی با توان ۸۱ مگاولت آمپر را مشاهده نمایید.
هسته استاتور (Stator Core)
هستة استاتور مسیری با رلوکتانس مغناطیسی پایین جهت عبور شار مغناطیسی فراهم می سازد. قطر داخلی استاتور بوسیلة گشتاور در حجم( Torque Per Volume) و اثر لختی GD² تعیین می شود.
هستة استاتور از دو قسمت تشکیل شده است :
1- ( یوغYoke ) : قسمتی است که بین شیار و قطر خارجی قرار می گیرد.
2- (Teeth دندانه ها) : قسمتهایی از هسته که بین شیارها قرار می گیرد.
قسمتهای انتهایی هسته ، جهت کاهش دمای ناشی از عبور شار مغناطیسی به روش خاصی تهیه می شوند و معمولا“ در این قسمتها فاصلة هوایی بیشتر از مرکز هسته می باشد. شیارها در بدنة هستة استاتور پانچ می شوند و محل قرار گرفتن سیم پیچی استاتور می باشند.
ورقه های هسته از سیلیکن با تلفات پایین و مقاوم در برابر پیری ( Non-Aging ) و با ضخامت 5/0 میلیمتر تهیه می شوند. این ورقه ها از هر دو طرف با لایه های وارنیش عایق شده اند ( عایق کلاس F ). هسته بر روی Stator Frame نصب می شود و در ضمن هنگام ورقه چینی ، ورقه‌های لایه‌های مختلف بر روی یکدیگر همپوشانی دارند. برای محکم کردن ورقه ها ، از تعدادی Pressure Finger که بر روی Clamping Plate جوش می شوند و همچنین از تعدادی پیچ با مقطع دم‌چلچله‌ای (DoveTail ) استفاده می‌شود و ورقه ها به همدیگر پرس می شوند. در ماشینهای بزرگ از تعدادی Clamping Bolt که از هسته نیز عایق می باشند برای استحکام بیشتر استفاده می کنند.
هسته استاتــور شامل صفحات دینامو کم تلفات است که ضخامت هر یک 5/0 میلیمتر میباشد. برای خنک کردن هسته ، تعدادی کانال درون هسته جاسازی شده است که جنس این کانالها از تعدادی میله های غیرمغناطیسی که بر روی ورقه های سیلیکون با ضخامت 65/0 میلیمتر جوش می شوند، تشکیل شده است. جریان هوا از درون این کانالها عبور کرده و هسته را خنک می کند.
شیارهایی در داخلی ورقهها تعبیه شدهاند تا امکان استقرار سیمپیچهای استاتور فراهم گردد. وقتی که سیمپیچها در شیارها قرار گرفتند توسط گوههایی عایق به شکل دم چلچله در محل خود ثابت شده و محل شیار پر می‌گردد.
هستة استاتور از طریق Stator Frame ، نیروهای ناشی از وقوع خطا و یا انبساط حرارتی را به فونداسیون منتقل می کند.
در شکل زیر می توان Stator Frame ، هسته و پیچهای دم چلچله ای را مشاهده نمود.
سیم پیچ استاتور (ُStator Winding) روتور و روتور هاب
منبع : سایت نیروگاه برق آبی
در شکل زیر ، نحوه گردش هوا را در تهویة مستقل( فن با یک موتور مستقل می چرخد) یک ژنراتور آبی نمایش می دهد.
سیم‌پیچ استاتور را با نامهای سیم‌پیچ آرمیچر یا سیم‌پیچ اندویی ( Induced Winding) نیز بیان می کنند. این سیم‌پیچ شامل یک مدار الکتریکی است که ولتاژ و جریان آن ( وقتی که به شبکه وصل می شود) ، توسط یک شار مغناطیسی متغیر حاصله از "جریان روتور و حرکت روتور" ، القا می شود.
نوع ، جانمایی و ابعاد این سیم‌پیچی توسط توان نامی ، ولتاژ ، تعداد قطبها(سرعت)، نیازمندیهای ناشی از حداکثر مجاز گرم شدن سیم‌پیچی، راکتانس، راندمان و هزینه کمتر تعیین می شود.
انواع سیم‌پیچ به صورت زیر می باشند :
1- کلاف ( چند دور)( Coil)
2- Bar (تک دور)
سیم پیچ استاتور از هادیهای مستطیلی تشکیل شده که به منظور اعمال ولتاژ مورد نظر و انجام تستهای معین ، نسبت به هم عایق شده اند. سیم پیچ استاتور معمولا“ به صورت ستاره به هم متصل شده و دارای 3 ترمینال فاز و 3 ترمینال زمین می باشد. سیم پیچ استاتور از دو ماده گرانقیمت عایق و مس ساخته شده که برای ساختن آن نیازمند ساعتهای کاری زیادی هستیم.
جهت ساخت سیم پیچ ، عملیاتی انجام می شود که به آن VPI یا Vacuum Pressure Impregnation گویند و با توجه به اندازه ماشین این عملیات بصورت زیر انجام می شود:
1- VPI کلی برای ماشینهای با قدرت کم و متوسط با Coil یا Bar (هسته و سیم پیج به همراه هم به کوره می روند .)
2-VPI گروهی برای ماشینهای با قدرت متوسط یا زیاد که بصورت Coil باشند ( در کوره های فولادی )
3- VPI جداگانه برای ماشینهای با قدرت متوسط یا زیاد که بصورت Bar باشند ( در کوره های مخصوص )
باید توجه کرد که Coil ها به صورت سیم پیچی حلقوی تولید می شوند که در قسمت Over-Hang ترانسپوزه شده اند ولی Bar ها به صورت سیم پیچی موجی برای ماشینهای Water Cooled و سیم پیچی حلقوی برای ماشینهای Air-Cooled با 360 درجه یا 540 درجه ترانسپوزیشن ساخته می‌شوند.
در شکل زیر می توان Bar ها و Coil ها را برای یک ژنراتور نوعی دید.
Lap Bars
Wave Bars
Coils
عایقی که برای عایق بندی سیم پیچها استفاده می شود میکالاستیک(MicaLastic) میباشد. این عایق از سال 1957 تا کنون استفاده می‌شود و تا به حال هیچ خطایی که ناشی از پیری این عایق باشد گزارش نشده است .
میکالاستیک دارای کلاس عایقی F بوده و تا ولتاژ 27 کیلوولت و گرادیان ولتاژ 4/2 تا 8/2 KV/mm را می‌تواند تحمل کند. میکالاستیک شامل لایه های میکای غیر آلی ( میکای نرم) بعنوان ماده اصلی بوده که تحت عملیات حرارتی در اپوکسی رزین بعنوان ماده پوشاننده قرارمی گیرد .
Coil ها یا Bar های ترانسپوز شده به صورت پیوسته توسط لایه های میکا پوشانده شده و سپس با فرایند فشار در خلاء، در اپوکسی رزین غوطه ور می گردند.
پس از عملیات (VPI) ، سیم پیچها در یک کوره با درجه حرارت بالا خشک می شوند.
پس از خشک کردن ، قسمتی از Bar که درون شیار قرار می گیرد را با یک هادی گرافیتی رنگ می کنند تا از کورونا مابین عایق و سطح شیار جلوگیری کنند.
برای کاهش گرادیان ولتاژ در قسمت خم Bar ، این قسمت با مواد نیمه هادی( tape یا رنگ ) پوشانده می شود. قبل از قرار دادن سیم پیچ در شیار یک ورقه هادی در شیار قرار می دهند تا فاصله های هوایی بین شیار و Bar را پر کند و به یک تماس الکتریکی خوب دست پیدا کنیم. برای چسبیدن Bar به ورقة هادی از یک چسب هادی ( Putty ) استفاده می شود.
باید توجه کرد که عایق هادیها در bar از جنس Fiber Glass می باشد در حالیکه عایق بین دورهای سیم پیچی در یک Coil از "میکا + Fiber Glass " استفاده می شود. عایق بین هادیهای Coil نیز به همین صورت می باشد.
در شکل زیر قسمتهای مختلف سیم پیچ را به همراه نحوة قرار دادن آن در شیار می توان دید.
تصویر واضحتر را در لینک زیر می توانید مشاهده کنید.
http://i7.tinypic.com/24e6du0.jpg
در شکل زیر نیز می توانید نحوه گردش هوای تهویه را در یک ژنراتوربا استفاده از کانالهای هوای داخل روتور ریم و بدون استفاده از فن مشاهده نمایید.
واحد ترمز مکانیکی و بالابری(Bracking and Jacking Unit)
سیســـتم ترمز مکانیکی به گونــــهای طراحــی شده تا مجمــــوعه ژنراتـــور و توربیــن را سریعـاً به حالت سکون برساند. عـــلاوه بر ترمز، این سیستم برای بالا بردن روتـــور هنگام نصــب و یا خارج کردن روتور مورد استفــــاده قرار میگیرند. سیستم بالابری همچنین برای خارج کردن یاتاقانهای کفگرد از فشار و جدا کردن شفت توربین از ژنراتور به کار می‌رود. برای بکار انداختن ترمزها از هوا فشرده استفاده می‌شود که ترمز نرم و با تنظیم مناسب را امکانپذیر میسازد. فشار لازم برای بالابری به طور قابل توجهی بیشتر از مقدار لازم برای ترمز میباشد. از این‌رو این فشار توسط موتورپمپها و از طریق مدار روغن برقرار می‌شود. سیستم ترمز و بالابری توسط شیرهای سه راهه از یکدیگر مجزا میگردند. در شکل زیر می توانید مجموعه ای را که برای ترمز مکانیکی و جک کردن روتور بکار می رود مشاهده نمایید. معمولا" در یک ژنراتور از چند سگمنت ترمز/جک (مثلا" ۴ تا) استفاده می شود.
نمای یک سگمنت ترمز/جک
نمای یک سگمنت ترمز/جک که در زیر رینگ ترمز روتور ژنراتور قرار می گیرد.
مقایسه بین زمان، اوزان و هزینه های ساخت قسمتهای مکانیکال و الکتریکال ژنراتور آبی
با وجود اینکه ژنراتور سنکرون، منبع اصلی تولید الکتریسیته در یک نیروگاه میباشد و مباحث مربوط به کارکرد آن در شاخه مهندسی برق مورد بررسی قرار می‌گیرد؛ ولی بعنوان یک ماشین الکتریکی، قسمتهای بسیاری از آن توسط مهندسان مکانیک، طراحی شده و مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای اینکه ذهنیتی نسبت به حجم عملیات مکانیکی و الکتریکی یک هیدروژنراتور سنکرون عمودی ، زمان و هزینه‌های ساخت آن بشود ، مقایسه‌ای که توسط شرکت Voith-Siemens در این مورد انجام شده است، ارایه می‌گردد.
الف- مقایسه بین مدت زمان طراحی و کار مهندسی بر روی قطعات الکتریکی و مکانیکی هیدروژنراتور:
ب- مقایسه بین اوزان تجهیزات الکتریکی و مکانیکی هیدروژنراتور:
پارامترهای اولیه مورد نیاز برای طراحی ژنراتور
زمانی که می خواهیم ژنراتوری را سفارش دهیم ، طراح نیازمند مقادیر الکتریکی زیر برای طراحی اولیه ژنراتور می باشد که باید توسط خریدار به سازنده ارائه شوند :
- توان نامی و ماکزیمم
- سرعت نامی و سرعت فرار (Runaway Speed)
- فرکانس نامی
- ممان اینرسی
- افزایش دمای مجاز
- راکتانسها ( Xd , X’d , X”d , X”q/X”d )
- نسبت اتصال کوتاه (Short Circuit Ratio)
- ثابت زمانی ها (T′do و T′d و T″do )
- شرایط محیط (دمای هوا وآب سرد ورودی به رادیاتورها)
- ولتاژ نامی و محدودة مجاز تغییرات ولتاژ
- و مقادیر دیگری مانند :
# حداقل قطر داخلی ژنراتورر
# حداقل راندمان
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 31 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله ژنراتور نیروگاه آبی
