ژنراتور نیروگاه آبی

ژنراتــــــور مهمترین بخــــش نیروگاه آبی اســـت که انـــــرژی مکـــــانیکی دورانـــی را تبدیـــــل به انرژی الکتریکی مــی‎کند و از دو بخــــش اصلــــی روتور 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 هیدرواستاتیک (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.

هسته استاتور (Stator Core) 

هسته استاتور مسیری با رلوکتانس مغناطیسی پایین جهت عبور شار مغناطیسی فراهم می سازد. قطر داخلی استاتور بوسیله گشتاور در حجم( Torque Per Volume) و اثر لختی GD² تعیین می شود.

هسته 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 فاصله هوایی بیشتر از مرکز هسته می باشد. شیارها در بدنه هسته 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.

روتور ریم (Rotor Rim) 

روتـــور ریم (Rotor Rim) دارای ساختار مورق می‎باشــد. طوقه روتور ریم از قطعــــات مجـزای ورقه‎های فولادی تشکیـــل شده که روی هم چیـــده می‎شوند. صفحات فولادی با استحـــکام بالا و دارای هم‎پوشانی، توسط تعـــداد زیـــادی پیچ‎های محــوری که به طور یکنـــواخت روی محیط تعبیه شده‎اند بهم بسته می‎شوند.

قطبهای روتور و سیم پیچی آن 

ورقه‎هـــای قطب از جنـــس فولاد با نـورد گرم می‎باشــنـد که از دو طـــرف توســط یک لایه اکسید، عایق شــده اســـت. این لایه‎هــا توسط پیچ‎های محـــوری به یکدیگر محکــم می‎شوند. صفحـــات انتهــایی ورقـــه‎های قطبهـــا را محکم نگاه داشتـــه و نیروی گریز از مرکز ناشی از سیم‎پیچ‎هـــای میـــدان را خنثی می‎نماید. سیم‎پیچ‎های میـــدان شامل نوارهای تخت مسی می‎شود که به صـــورت یک لایه دور بدنه قطب پیچیـده شده است. سیم‎پیچ‎هـــا از کفش قطـب، صفحـــه کلمـپ و بدنه قطب عایق شده‎اند. بین دورهـــای سیم‎پیچـــی نیز لایه عایقی از جنــس رزین مصنوعـــی وجود دارد، سپــس یک رزین مصنوعی به صورت تحت فشـــار و گرم بین لایه‎ها تزریق می‎شـــود تا ساختــاری محکم، فشـــرده و پایدار را ایجاد نمــاید. شینه‎های تحریک نیز سیم‎پیچــی روتـــور را به حلقه‎هــــای لغـــزان (Slip Ring)متصل می‎نماید. این شینه‎هــا از جنس مـس الکترولیتیک می‎باشــند. ارتبـــاط قطبهــا به طوقـــه روتـــور(روتور ریم) توسط شیارهــــای T شکلـــی ایجاد می‎شـــود که پایه T شـــکل قطبهـــا درون آنها مستقر می‎شود.

فاصله هوایی ( Air Gap ) در ژنراتورهای آبی

فاصله هوایی بین استاتور و روتور در حقیقت وظیفه تبادل انرژی الکترومکانیکی را بر عهده دارد. فاصله هوایی قسمتی از مدار مغناطیسی محسوب می شود که دارای رلوکتانس بالایی بوده و بیشترین مصرف انرژی مغناطیسی را بر عهده دارد.

اندازه فاصله هوایی با توجه به مقدار نسبت اتصال کوتاه و راکتانس مورد نظر تعیین می گردد. در ضمن این فاصله هوایی به همراه شکل کفشک قطبها ، شکل موج ولتاژ را تحت تاثیر قرار می دهد. معمولا“ اندازه فاصله هوایی ( در مرکز قطب ) تقریبا“ 3% گام قطب(Pole Pitch)  در نظر گرفته می شود.

سیستم روانکاری هیدرواستاتیک ( Hydrostatic Lubrication System)

روانکاری هیدرواســـتاتیک به منظـــور جلوگیــــری از فرســــودگی زیاد یاتاقــــان در زمان راه‎انـدازی واحــــد و یا توقــــف آن صورت می‎گیـرد. این سیســــتم همچنیـــن راه‎انـــدازی ژنراتورهـــایی بـــا یاتاقــان تراست، تحت فشار زیاد را تسهیل می‎نماید. در این سیستم روغن تحت فشار زیاد بین قطعات یاتاقان کف‎گرد و تراست بلوک به صورت یک لایه ایجاد می‎گردد.

فشــــــار روغــــن توســـط دو مـــوتور پمپ فشـــــار بالا کـــــه یکـــی از آنهــــا رزرو می‎باشـــد، ایجــــــاد می‎شـــود. معمولا” در زمان استارت و یا استپ واحد، یکی از پمپها شروع به کار می‌کند و در صورتیکه به هر علتی، فشار روغن تزریق شده به حد مورد نیاز نرسید، پمپ دوم نیز شروع به کار می‌کند. با توجه به اینکه در صورت عدم ایجاد این لایه روغن، امکان صدمه خوردن به سطح یاتاقانها و سطح تراست بلوک وجود دارد، بعضی از سازندگان ژنراتور(مانند ELIN) یکی از این پمپها را بصورت dc در نظر می‌گیرند که در صورت  قطع برق AC مصرف داخلی، این پمپ dc، امکان کارکردن را از طریق باتری‌خانه نیروگاه داشته باشد و از صدمه خوردن به یاتاقانها جلوگیری شود.