تحقیق در مورد ژنراتور نیروگاه آبی

word قابل ویرایش
31 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

ژنراتور نیروگاه آبی

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)

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 :
۱- ( یوغYoke ) : قسمتی است که بین شیار و قطر خارجی قرار می گیرد.
۲- (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 ۵/۰ 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 ۵/۰ 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 ۶۵/۰ 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.
هسته 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 تهویه 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 :
۱- 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 ۳ ترمینال فاز و ۳ 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:
۱- VPI کلی برای ماشینهای با قدرت کم و متوسط با Coil یا Bar (هسته و سیم پیج به همراه هم به کوره می روند .)
۲-VPI گروهی برای ماشینهای با قدرت متوسط یا زیاد که بصورت Coil باشند ( در کوره های فولادی )
۳- 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 ۳۶۰ درجه یا ۵۴۰ 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 ۱۹۵۷ 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 ۲۷ کیلوولت و گرادیان ولتاژ ۴/۲ تا ۸/۲ 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 ورقه 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 نحوه 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 محدوده مجاز تغییرات ولتاژ
– و مقادیر دیگری مانند :
# حداقل قطر داخلی ژنراتورر
# حداقل راندمان

روتــور بخش‎گردان ژنـــــراتور می‎باشـــد که شـــامل شفت، هــاب(Hub)، چـــرخ مغناطیسی(magnetic wheel) و قطبـــها مــی‌گردد. شفـت روتـور که گشـــتاور را از توربین به ژنراتور منتقل می‎نماید، با فلنـج به شفت تــــوربین متصل شـــده است. در ژنراتورهای بزرگ، شفــت شامل دو بخــــش مــی‎شود (بخـــش بالا و پائین) که به ترتیب مستقیمـــاُ به بالا و پائیـــن هاب روتور با فلنــج متصل مـــی‎شود. شفـــت که از فــــولاد با کیفیـــت بالا ســاخته شــده است به گونـــه‎ای طراحی شــــده که در مقـابل تنشهــــای ناشی از اتصـــال کـــوتاه ناگهـــانی و یا هنگام سنــــکرون کردن اشتباه، مقـــاومت نماید.
هاب روتـــور که دارای ساختار صفحه‎ای است، از ورقهـــای فولادی نورد شده با کیفیت بالا ســـاخته شده است و ارتبـــاط بین شـــفت و طوقـــه مغناطیسی روتور را ایجاد می‎کند.

کاربرد روتور هاب:
– نگهداری روتور ریم، قطبها، فن‌ها و رینگ ترمز
– انتقال گشتاور شفت به روتور ریم و قطبها
– تحمل نیروهای ناشی از Shrinkage(عمل انقباض) روتور ریم

انواع روتورهاب:
– روتور هاب به همراه سیلندر مرکزی ، اتصال به شفت با کمک اتصالات KEY شکل (شکل ۱)
– روتورهاب به همراه فلنجهای فوقانی و تحتانی ، اتصال به شفت از طریق پیچ و مهره (شکل ۲)
– روتورهاب به همراه بازشوهای فوقانی و/یا تحتانی به منظور محبوس کردن هوای تهویه (Rim Ventilation system)

شکل (۱)

شکل (۲)

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.

قطبهای برجسته در ژنراتورهای آبی

همانطور که می‌دانید، قطبهای ژنراتورهای آبی از نوع برجسته می‌باشند. این قطبها از اجزای زیر تشکیل شده‌اند:
۱- سیم پیچ میدان (Field winding)
2- دمپرها
۳- هسته قطب (Pole core)

قطبها وظیفه ساختن میدان مغناطیسی چرخان در فاصله هوایی بین استاتور و روتور را بر عهده دارند. در زیر شکل یک قطب برجسته ژنراتور را می توانید مشاهده کنید

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 31 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد