طرح اتصال به شبکه نیروگاه کارون
نیروگاه کارون 3
نیروگاه کارون 3 دارای ژنراتور سنکرون با محور عمودی است . بخش قظعات مورد نیاز این پروژه توسط شرکت های داخلی مانند ماشین سازی اراک و پارس ژنراتور و هدکو تحت نظارت و پشتیبانی شرکت اتریشی ساخته شده است که بیشر 90 درصد قطعات ساخته شده ساخت داخل بوده که 10 درصد باقی مانده به دلیل تکنیک در مراحل ساخت از اتریش وارد شده است.
ژنراتور خود دارای دو بخش عمده و اساسی می باشد یکی روتور و دیگری استاتور قطر روتور در این نیروگاه 2/9 متر بوده و قطر استاتور 13 متر بوده است که به طور کلی ارتفاع کلی 8/7 متر می باشد.
میدان مغناطیسی در روتور ایجاد شده و در شین های استاتور القا می شود و از طریق باسداکت ها به ترانسفورماتور منتقل می شود.
در نیروگاه کارون 3 ژنراتور دارای مشخصه های زیر است
260 MVA قدرت خروجی کل ژنراتورها :
75/15 KV : ولتاژ خروجی نامی آن ها
50 Hz فرکانس نامی :
187/5 RPMسرعت نامی :
وزن کل ژنراتور : 980 تن
وزن روتور : 570 تن
وزن استاتور : 270 تن
محور رابط ارتباط بین رانر توربین و روتور را بر عهده دارد عمل تثبیت موقعیت توسط یاتاقان اصلی صورت می گیرد که روغن ریزی اصطحکاک بین سطوح و سطح را کاهش می دهد این روغن ها بوسیله رادیاتور های خنک کننده توسط آب خنک میشود به دلیل اندازه بزرگ و وزن زیاد عمل مونتاژ در خود نیروگاه انجام می گیرد.
اسکلت اصلی روتور یک قطعه بزرگ است که به ان روتور اسپایدر گفته می شود که محور فولادی روتور را احاطه کرده است که پس از مونتاژ در کارخانه به کارگاه منتقل می شود در مرحله بعد هسته چینی روتور آغاز می شود این مرحله یکی از حساس ترین مرحله هاست بعد از هسته چینی نصب رینگ بولت ها آغاز می شود و آچارکشی می شود سپس آزمایشات روتور روی آن انجام می شود عمل آزمایش های حرارتی برای اطمینان از میزان انبساط در روتور است
روتور به عنوان یک قطعه چرخنده در ژنراتور دو وظیفه اصلی را به عهده دارد
یکی نگهداری قطب های تحریک
و دیگری ایجاد مسیری با مقاومت پایین برای عبور شار مغناطیسی
بعد از مراحل فوق قطب های روتور بر روی شیار ها تعبیه شده قرار می گیرد.
در نیروگاه های حرارتی قطب های نیروگاه معمولا یک جفت می باشد اما در نیروگاه های آبی به دلیل کم بودن سرعت تعداد قطب ها به مراتب بیشتر می باشد که این قطب ها در نیروگاه کارون 3 , 32 عدد می باشد به همیین دلیل قطر ژنراتور در نیروگاه برق آبی بیشتر از نیروگاه های حرارتی است بعد از نصب مراحل عایق کاری روتور انجام می شود تست های ولتاژ بالای سیم پیچ تحریک انجام می شود در این آزمایش ها 2500 ولت به سیم پیچ ها داده می شود .
پس از این مرحله فن برای خنک سازی مونتاژ می شود پس از مونتاژ روتور در کارگاه این قطعه برای انتقال به پیت ژنراتور آماده است بعد از مراحل مونتاژ روتور نوبت به مراحل مونتاژ استاتور فرا میرسد
مراحل مونتاژ استاتور بسیار شبیه به روتور می باشد با این تفاوت که استاتور مستقیما در پیت ژنراتور مونتاژ می شود.
استاوتور دارای دو نقش اصلی است :
یکی جمع آوری ولتاژ القا شده در شین های خود
و دیگری ایجاد مسیری با مقاومت پایین برای عبور شار مغناطیسی می باشد.
در ضمن باید دارای قدرت مکانیکی و الکتریکی لازم برای تحمل جریان های گذرای لازم باشد .
بعد از نهایی کردن قاب استاتور عمل استیکینگ هسته روی آن صورت می گیرد برای فراهم کردن عمل خنک سازی فواصل لازم بر روی برخی حلقه ها صورت می گیرد ورقه های استیکینگ از جنس فولاد با عایق مناسب بوده که دارای شیار برای عبور شین از استاتور می باشد بعد از چیدن ورقه ها بر روی هم به وسیله چندیدن بلت آن ها را محکم می سازند در تست های ولتاژ بالا به هر فاز 5/32 ولت الکتریسیته متصل می شود شین های استاتور عایق سازی و بانداژ پیچی می شود سپس با ترتیب خاصی درون هسته جای میگیرد بعد از مراحل فوق نصب اتصالات و عایق کاری صورت می گیرد برای اطمینان از تجاوز دما در داخل ژنراتور ترموکوپل هایی برای مدیریت دما درون ژنراتور قرار می گیرد اتصال شین های استاتور از نوع ستاره با نقطه صفر زمین می باشد.
قطعه لابر براکت دو وظیفه عمده و اصلی را بر عهده دارد :
یکی نگه داشتن روتور و قسمت گردان توربین
و دیگری تحمل نیروی هیدرولیکی آب
لابر براکت دارای هشت بازوی فولادی است که بر روی فونداسیون بتونی قرار می گیرند
فونداسیون بتونی وظیفه تحمل نیروی آب را بر عهده دارد به دلیل ویژگی خاص این فونداسیون یک شبکه خاص آرماتور درون فونداسیون تعبیه شده است.
دوازده رادیتور هوا , آب باعث خنک سازی هسته های روتور و استاتور می شود بعد از قرار گرفتن روتور در جای خود محور بالایی یا آفر براکت قرار می گیرد آفر براکت وظیفه تکمیل محور میانی یا لابر براکت وتثبیت موقعیت روتور را بر عهده دارد در نهایت قطعات تکمیلی مانند کولر ها ,کابل ها , ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ, ترموکوپل ها مونتاژ می شود. تجهیزات ژنراتور به دو دسته جمعی الکتریکی و مکانیکی تقسیم بندی می شود که از جمله تجهیزات الکتریکی باید از سیستم حفاظت ژنراتور سیستم اندازه گیری دمای قسمت های مختلف ژنراتور و ترمومتر ها و سیستم اندازه گیری گپ بین روتور و ژنراتور نام برد.
مهمترین تجهیزات مکانیکی مانند : سیستم تزریق روغن به یاتاقان های تکیه گاهی برای لحاظ استارت یا توقف روتور ,سیستم خنک سازی آبی ژنراتور سیستم روغن کاری یاتاقان های بالایی و پایینی و کولر های آن سیستم تحریک ژنراتور از طریق یک ترانسفورماتور رزینی که به ترمینال خروجی ژنراتور متصل است تغذیه می شود جریان تولید شده برای تولید میدان مغناطیسی که به جریان تحریک معروف است از طریق کلکتور و جاروبک های آن به قطب های روتور منتقل می شود هنگام توقف واحد از طریق دو ترمز الکتریکی و مکانیکی صورت می گیرد پس از قطع ژنراتور از شبکه سراسری سیستم الکترومغناطیسی ترمز با ایجاد گشتاور معکوس باعث توقف ژنراتور می گردد پس از آن که سرعت به 25 درصد سرعت نامی رسید ترمز های مکانیکی که در لابر براکت نصب شده باعث توقف کامل ژنراتور می گردد.
عمکرد دیگر ترمز های مکانیکی ایجاد فاصله هوایی مناسب است که به عنوان جک عمل می کند با نصب کاور ژنراتور کار مونتاژ پایان می یابد.
ترانسفورماتور --- باسداکت :
ولتاژ القا شده در شین های استاتور از طریق باسداکت های ژنراتور به ترانسفورماتورهای افزاینده انتقال می یابد باسداکت در واقع دو لوله ی هم محور است که لوله داخلی وظیفه انتقال ولتاژ را بر عهده دارد
قطر داخلی 40 سانتی متر و قطر خارجی 1 متر می باشد بین دو لوله با هوای خشک با فشار 1/1 تا 2/1 بار پر می شود.هوای خشک دو لوله به منزله عایق عمل می کند این هوای خشک به وسیله کمپرسور های هوای فشرده باسداکت تامیین می شود کلید ژنراتور که وظیفه قطع ژنراتور از شبکه را بر عهده دارد در ابتدای مسیر باسداکت در شبکه قرار می گیرد. جریان نامی این کلید دوازده هزار آمپر و ولتاژ نامی آن 24000 ولت است کلید قادر است در زمانی به مدت 50 میلی ثانیه هنگام عبور جریان باز و یا بسته شود کلید ژنراتور به وسیله انرژی ذخیره شده در فنر باز و یا یسته میشود در مسیر باسداکت دو ترمینال خروجی که یکی برای ترانس تحریک و دیگری برای اتصال برقگیر های ژنراتور پیش بینی شده است برقگیر های ژنراتور وظیفه تحمل ولتاژهای بالا هنگام قطع کلید ژنراتور را بر عهده دارد.
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:
ج- مقایسه بین هزینه‌های کارخانه‌ای ساخت قطعات الکتریکی و مکانیکی هیدروژنراتور:
سیستم تهویة ژنراتور
برای خنک کردن ژنراتور نیازمند پیش بینی و تعبیة سیتم تهویة هوا در آن هستیم که با توجه به سرعت محیطی روتور و طول هسته، از روشهای مختلفی استفاده می شود که در جدول زیر توضیح داده شده‌اند :
نوع تهویه سرعت محیطی روتور طول هسته مشخصات سیستم تهویه
نصب فن محوری بر روی شفت ژنراتور > 40 m/s < 3 m 1.Adjustable 2.Higer Costs
نصب فن شعاعی بر روی محور روتور > 20 m/s < 3 m 1. Lower Cost 2. Not Adjustable
فن موتوری
_____
< 4 m 1. Machines With Low speed / Variable Speed 2.Higher Losses In Some Cases 3.External Source Necessary
روتور ریم به همراه مسیرهای شعاعی برای تهویه، درون ریم
> 30 m/s
< 8 m 1. Adjustable 2.Better Air flow Distribution(more Homogenous)
در شکلهای زیر وضعیتهای مختلف تهویه نمایش داده شده اند :
تهویه با استفاده از جریان هوای شعاعی-محوری با فن محوری نصب شده روی شفت
در شکل زیر می توان تهویه با استفاده از جریان هوای شعاعی-محوری با فن شعاعی نصب شده روی شفت را مشاهده نمود
(Bracking and Jacking Unit) واحد ترمز مکانیکی و بالابری
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.
(Generator Cooling System) سیستم خنک کننده ژنراتور آبی
ژنراتورهای آبی معمولا\" توسط هوا خنک می‌شوند. در ابتدا هوا به طور شعاعی از بیرونزدگی سیم‌پیچ (Winding Overhang) عبور کرده، سپس از فضای بین قطبها میگذرد. جریان هوا توسط مسیرهای موجود در روتور هدایت میشود. جریان هوا پس از خنک کردن سیمپیچهای روتور از فواصل هوایی بین هسته استاتور عبور کرده تا سیم‌پیچی استاتور را خنک نماید. مقابل دریچههای تخلیه هوا در قاب استاتور مبدلهای هوا به آب(رادیاتور) قرار گرفته تا مجدداً هوای گرم را خنک نمایند.
(Hydrostatic Lubrication System) سیستم روانکاری هیدرواستاتیک
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.
روغــــن از مخـــزن یاتاقانها به پمـــپ رســـیده و سپـــس به سطــــح یاتاقانها پمپ میشود و فشار روغن با توجه به قدرت و وزن ژنراتور تا حد 120 bar نیز ممکن است برسد. این پمپها در نیروگاه به High Pressure Pumps ویا بصورت مختصر HP Pumps معروف می‌باشند
وجود لایه نازک روغن در هنگام چرخش واحدها بسیار مهم می‌باشد و عدم وجود آن می‌تواند باعث بوجود آمدن صدمات سنگینی در ژنراتورها گردد
یاتاقان هادی ژنراتور گاید بیرینگ ((Guide Bearing
این یاتاقــــان، کارکــــرد صحیــــح و هممحـور ماشـــین را در تمــــامی سرعتهـــا (از حالت سـکون تا ســـرعت فرار) تضمین مینمــــاید. یاتاقــان هـــادی، می‌تواند هر نیـــروی شعاعی کوچکی را تحمـــل نمـــاید. این نیرو ممکـن است ناشی از عدم تعادل و عدم بالانس اجتناب نــــاپذیر روتـــور و یا عدم تقــــارن کوچـــک مغنــاطیسی مربوط به خطاهـــای ساخت و نصب باشـــد.
معمولا\" در ژنراتورهای آبی عمودی از دو عدد گاید بیرینگ فوقانی و تحتانی استفاده میشود(قابل ذکر است که خود توربین نیز بصورت مستقل دارای گاید بیرینگ می‌باشد).یکی از مجموعه گاید بیرینگهای تحتانی و یا فوقانی به همراه یاتاقانهای تراست در یک مجموعه مرکب قرار می‌گیرند که به آن Combined Bearing و یا یاتاقان مرکب نیز می‌گویند.در یاتاقـــان مرکب، قطعات یاتاقــان هــادی روی جداره تراست بلوک مـــیلغزندو روانکاری و خنککننــدگی یاتاقــان هـــادی نیز توسط سیسـتم روغـــن یاتاقــان تراست انجام میشـود. روغــن مورد نیــــاز هـــم از مخــــزن روغـــن موجود و توسط حرکت تراست بلوک تـأمین میشود.
آن یاتاقان هادی که به تنهایی استفاده میشود (فوقانی یا تحتانی) از یک سیستم خنککننده با روغن تحت فشار استفاده می‌کند.این سیستم شامل دو مبدل حرارتی (کولر) خارجی روغن-آب هر کدام با ظرفیت 100% و دو پمپ روغن کمکی برای گردش روغن می‌باشد. یکی از پمپها در حالت رزرو بوده و در صورت خرابی پمپ اصلی به طور خودکار وارد مدار میشود.
گاید بیریگ دیگر که به همراه تراست بیرینگ بصورت مرکب در Combined bearing استفاده میشود از محفظه روغن مشترک و Oil Coolerهای مشترک نیز استفاده می‌کند و به تنهایی دارای کولر نمی‌باشد.
معمولا\" در Combined Bearing ، از روش Self Pumping ناشی از حرکت تراست بلوک برای به گردش در آوردن روغن استفاده میشود و پمپی وجود ندارد.
معمولا\" گاید بیرینگ نیز مانند تراست بیرینگ از چندین سگمنت مجزا ساخته می‌گردد.
قابل ذکر است که روتور، شفت، توربین و تراست بلوک که به یکدیگر متصلند در حال حرکت بوده و یاتاقانهای گاید و تراست ثابت می‌باشند.
یاتاقان کف گرد ( (Thrust Bearing
این یاتاقـــان کل وزن اجـــزاء گردان مجمــوعه (ژنراتـــور و تـــوربین) و همچنیــن فشـــار محـــوری توربیـــن را تحـــمل مینمــاید. بخش اصلی یاتاقـــان، بلوک فشــاری(thrust block) می‌باشد. فشــار محــــوری از تراست بلوک به قطعات یاتاقـــان منتقل میشود. این قطعات روی spring platesها و نهایتــــاً بر روی براکـت فشار (thrust bracket) قرار مــــیگیرند. روغـــن مورد نیــاز روانکــــاری و خنککننـدگی یاتاقانهــــا توسط عمل خود پمپـــاژ (بدون پمپ) سوراخهـــای شعـاعی تراست بلوک و در حین گردش این قسمت، جریان مییابد.
سطـــح یاتاقـــان از فلز سفید(بابیت) با کیفیــــت بالا تشکیل شــده است. صیقلـــی بودن دو ســـطح لغــزان، تضمینکننـــده وجود همیشــــگی یک لایـــه روغــــن بین آنها در ســـرعت حداقل و ســرعت نامـــی می‌باشد.اهمیت وجود این لایه روغن در کارکرد دایم و صحیح ژنراتور بسیار موثر است و از بین رفتن آن می‌تواند باعث صدمه خوردن شدید یاتاقانها و در نهایت از کار افتادن ژنراتور گردد. قطعـــات یاتاقـــان کفگرد بر روی صفحـــات فنـــری بشقـابی شـــکلی مســـتقر میشـــوند تا توزیـــع یکنواخــت بار محــــوری بــر روی این قطعــــات تضمیـــن گــردد.
(Rotor Rim) روتور ریم
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.
روتور و روتور هاب
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 1)
- روتورهاب به همراه فلنجهای فوقانی و تحتانی ، اتصال به شفت از طریق پیچ و مهره (شکل 2)
- روتورهاب به همراه بازشوهای فوقانی و/یا تحتانی به منظور محبوس کردن هوای تهویه (Rim Ventilation system)
(Stator Frame) استاتور فریم یا قاب استاتور
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 می. دریچههـــای خـــروج هـــوا نیز در قـــاب استاتـور تعبیه شده است.
(Stator Core)هسته استاتور
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.
(Stator Winding)سیم پیچ استاتور
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.
نحوه قرارگیری قطبها بر روی روتور
( Air Gap ) فاصلة هوایی در ژنراتورهای آبی
فاصلة هوایی بین استاتور و روتور در حقیقت وظیفة تبادل انرژی الکترومکانیکی را بر عهده دارد. فاصلة هوایی قسمتی از مدار مغناطیسی محسوب می شود که دارای رلوکتانس بالایی بوده و بیشترین مصرف انرژی مغناطیسی را بر عهده دارد.
اندازة فاصلة هوایی با توجه به مقدار نسبت اتصال کوتاه و راکتانس مورد نظر تعیین می گردد. در ضمن این فاصلة هوایی به همراه شکل کفشک قطبها ، شکل موج ولتاژ را تحت تاثیر قرار می دهد. معمولا“ اندازه فاصلة هوایی ( در مرکز قطب ) تقریبا“ 3% گام قطب(Pole Pitch) در نظر گرفته می شود.
(Pole Core) هسته قطب
هسته قطبها به همراه روتور ریم، مسیری با رلوکتانس پایین برای شار مغناطیسی در روتور ایجاد می‌کند. ابعاد اصلی هسته قطب، با توجه به ماگزیمم چگالی شار، راکتانس موردنظر، نیروهای گریز از مرکز و همچنین نوع تهویه، تعیین میشود.
هسته قطب از دو قسمت تشکیل شده است:
1- کفشک قطب(Pole Shoe) : که شکل فاصله هوایی را تعیین می‌کند.
2- بدنه قطب(Pole Body): که نشیمنگاه سیم‌پیچ تحریک می‌باشد.
بدنه قطب بصورت مستطیلی بوده و کفشک قطب بصورت قسمتی از یک سینوس بوده و کلا\" ورقه‌ها با ضخامت 1 یا 2 میلیمتر پانچ شده و پس از هسته‌چینی، با Clamping Plate و پیچ به هم پرس شده و محکم می‌شوند. نحوه اتصال قطبها به روتور(روتور ریم و یا شفت) بصورت دم‌چلچله‌ای(T-Dovetail) می‌باشد. باید توجه کرد که وزن قطبها بر روی پارامتر GD2 موثر می‌باشد.
(Damper) دمپر
سیم‌پیچی دمپر از یک مدار اتصال کوتاه تشکیل شده که درون کفشک قطب قرار میگیرد. از این مدار اتصال کوتاه شده در حالت عملکرد نرمال ماشین، هیچ جریان گردشی عبور نمی‌کند. زمانی از دمپر جریان عبور می کند که خطای سنکرونیزاسیون یا خطای اتصال کوتاه یا عدم تقارن بار در ژنراتور پیش آید. در زمان خطای سنکرونیزاسیون(زمانی که سرعت واحد نسبت به سرعت سنکرون اختلاف داشته باشد)، خطوط میدان مغناطیسی، سیم‌پیچ دمپر را قطع می‌کند که باعث عبور جریان و تولید گشتاور در آن میشود. جهت جریان بگونه‌ای است که در حالت کم بودن سرعت واحد، گشتاور شتاب دهنده و در حالت بیشتر بودن سرعت، گشتاور ترمزی در واحد ایجاد می‌نماید. به این ترتیب به بازگشت واحد به سرعت سنکرون کمک می‌کند.
جهت تعیین ابعاد میله های دمپر، نیازمند تعیین مقادیر زیر هستیم:
- حداکثر جریان نامتقارن مولفه منفی(I2/In) در حالت عملکرد پیوسته
- حداکثر مقدار I22t در زمان وقوع خطا
سیم‌پیچ دمپر از چندین میله مسی استوانه‌ای، روی سطح کفشک قطب و درون شیارهایی توزیع شده‌اند و در دو انتها بوسیله تسمه‌های مسیبه همدیگر جوش خورده‌اند. ارتباط بین قفسهای دمپر، توسط تسمه‌های مسی قابل انعطاف و یا از طریق بدنه قطب و روتور ریم، انجام میشود (نوع بسته یا باز). نوع بسته و یا باز قفس دمپر با توجه به مقدار راکتانس زیرگذرای(Sub-Transient) درخواست شده از طرف خریدار تعیین میشود.
تعداد میله‌های دمپر به ازای هر قطب، تابعی از تعداد شیار در قطب در فاز استاتور (تعداد شیارهایی بر روی استاتور که در یک فاز آن به ازای هر قطب وجود دارند) و همین طور راکتانس زیرگذرا می باشد.
اگر از سیم‌پیچ دمپر بعنوان راه‌انداز در حالت موتوری(موتور سنکرون) استفاده شود، طراحی متفاوتی بکار می‌رود تا دمپرها بتوانند جریانهای بیشتری را تحمل کنند.
در شکل روبه رو، قطعات مختلف قطبهای روتور را به همراه میله‌های دمپر آن می‌توان مشاهده کرد.
قطبهای برجسته در ژنراتورهای آبی
همانطور که می‌دانید، قطبهای ژنراتورهای آبی از نوع برجسته می‌باشند. این قطبها از اجزای زیر تشکیل شده‌اند:
1- سیم پیچ میدان (Field winding)
2- دمپرها
3- هسته قطب (Pole core)
قطبها وظیفه ساختن میدان مغناطیسی چرخان در فاصله هوایی بین استاتور و روتور را بر عهده دارند.
dgsolar.ir
instageram:solardg_iranian
نیروگاه کارون 3 دارای ژنراتور سنکرون با محور عمودی است . بخش قظعات مورد نیاز این پروژه توسط شرکت های داخلی مانند ماشین سازی اراک و پارس ژنراتور و هدکو تحت نظارت و پشتیبانی شرکت اتریشی ساخته شده است که بیشر 90 درصد قطعات ساخته شده ساخت داخل بوده که 10 درصد باقی مانده به دلیل تکنیک در مراحل ساخت از اتریش وارد شده است.
ژنراتور خود دارای دو بخش عمده و اساسی می باشد یکی روتور و دیگری استاتور قطر روتور در این نیروگاه 2/9 متر بوده و قطر استاتور 13 متر بوده است که به طور کلی ارتفاع کلی 8/7 متر می باشد.
میدان مغناطیسی در روتور ایجاد شده و در شین های استاتور القا می شود و از طریق باسداکت ها به ترانسفورماتور منتقل می شود.
در نیروگاه کارون 3 ژنراتور دارای مشخصه های زیر است
260 MVA قدرت خروجی کل ژنراتورها :
75/15 KV : ولتاژ خروجی نامی آن ها
50 Hz فرکانس نامی :
187/5 RPMسرعت نامی :
وزن کل ژنراتور : 980 تن
وزن روتور : 570 تن
وزن استاتور : 270 تن
محور رابط ارتباط بین رانر توربین و روتور را بر عهده دارد عمل تثبیت موقعیت توسط یاتاقان اصلی صورت می گیرد که روغن ریزی اصطحکاک بین سطوح و سطح را کاهش می دهد این روغن ها بوسیله رادیاتور های خنک کننده توسط آب خنک میشود به دلیل اندازه بزرگ و وزن زیاد عمل مونتاژ در خود نیروگاه انجام می گیرد.
اسکلت اصلی روتور یک قطعه بزرگ است که به ان روتور اسپایدر گفته می شود که محور فولادی روتور را احاطه کرده است که پس از مونتاژ در کارخانه به کارگاه منتقل می شود در مرحله بعد هسته چینی روتور آغاز می شود این مرحله یکی از حساس ترین مرحله هاست بعد از هسته چینی نصب رینگ بولت ها آغاز می شود و آچارکشی می شود سپس آزمایشات روتور روی آن انجام می شود عمل آزمایش های حرارتی برای اطمینان از میزان انبساط در روتور است
روتور به عنوان یک قطعه چرخنده در ژنراتور دو وظیفه اصلی را به عهده دارد
یکی نگهداری قطب های تحریک
و دیگری ایجاد مسیری با مقاومت پایین برای عبور شار مغناطیسی
بعد از مراحل فوق قطب های روتور بر روی شیار ها تعبیه شده قرار می گیرد.
در نیروگاه های حرارتی قطب های نیروگاه معمولا یک جفت می باشد اما در نیروگاه های آبی به دلیل کم بودن سرعت تعداد قطب ها به مراتب بیشتر می باشد که این قطب ها در نیروگاه کارون 3 , 32 عدد می باشد به همیین دلیل قطر ژنراتور در نیروگاه برق آبی بیشتر از نیروگاه های حرارتی است بعد از نصب مراحل عایق کاری روتور انجام می شود تست های ولتاژ بالای سیم پیچ تحریک انجام می شود در این آزمایش ها 2500 ولت به سیم پیچ ها داده می شود .
پس از این مرحله فن برای خنک سازی مونتاژ می شود پس از مونتاژ روتور در کارگاه این قطعه برای انتقال به پیت ژنراتور آماده است بعد از مراحل مونتاژ روتور نوبت به مراحل مونتاژ استاتور فرا میرسد
مراحل مونتاژ استاتور بسیار شبیه به روتور می باشد با این تفاوت که استاتور مستقیما در پیت ژنراتور مونتاژ می شود.
استاوتور دارای دو نقش اصلی است :
یکی جمع آوری ولتاژ القا شده در شین های خود
و دیگری ایجاد مسیری با مقاومت پایین برای عبور شار مغناطیسی می باشد.
در ضمن باید دارای قدرت مکانیکی و الکتریکی لازم برای تحمل جریان های گذرای لازم باشد .
بعد از نهایی کردن قاب استاتور عمل استیکینگ هسته روی آن صورت می گیرد برای فراهم کردن عمل خنک سازی فواصل لازم بر روی برخی حلقه ها صورت می گیرد ورقه های استیکینگ از جنس فولاد با عایق مناسب بوده که دارای شیار برای عبور شین از استاتور می باشد بعد از چیدن ورقه ها بر روی هم به وسیله چندیدن بلت آن ها را محکم می سازند در تست های ولتاژ بالا به هر فاز 5/32 ولت الکتریسیته متصل می شود شین های استاتور عایق سازی و بانداژ پیچی می شود سپس با ترتیب خاصی درون هسته جای میگیرد بعد از مراحل فوق نصب اتصالات و عایق کاری صورت می گیرد برای اطمینان از تجاوز دما در داخل ژنراتور ترموکوپل هایی برای مدیریت دما درون ژنراتور قرار می گیرد اتصال شین های استاتور از نوع ستاره با نقطه صفر زمین می باشد.
قطعه لابر براکت دو وظیفه عمده و اصلی را بر عهده دارد :
یکی نگه داشتن روتور و قسمت گردان توربین
و دیگری تحمل نیروی هیدرولیکی آب
لابر براکت دارای هشت بازوی فولادی است که بر روی فونداسیون بتونی قرار می گیرند
فونداسیون بتونی وظیفه تحمل نیروی آب را بر عهده دارد به دلیل ویژگی خاص این فونداسیون یک شبکه خاص آرماتور درون فونداسیون تعبیه شده است.
دوازده رادیتور هوا , آب باعث خنک سازی هسته های روتور و استاتور می شود بعد از قرار گرفتن روتور در جای خود محور بالایی یا آفر براکت قرار می گیرد آفر براکت وظیفه تکمیل محور میانی یا لابر براکت وتثبیت موقعیت روتور را بر عهده دارد در نهایت قطعات تکمیلی مانند کولر ها ,کابل ها , ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ, ترموکوپل ها مونتاژ می شود. تجهیزات ژنراتور به دو دسته جمعی الکتریکی و مکانیکی تقسیم بندی می شود که از جمله تجهیزات الکتریکی باید از سیستم حفاظت ژنراتور سیستم اندازه گیری دمای قسمت های مختلف ژنراتور و ترمومتر ها و سیستم اندازه گیری گپ بین روتور و ژنراتور نام برد.
مهمترین تجهیزات مکانیکی مانند : سیستم تزریق روغن به یاتاقان های تکیه گاهی برای لحاظ استارت یا توقف روتور ,سیستم خنک سازی آبی ژنراتور سیستم روغن کاری یاتاقان های بالایی و پایینی و کولر های آن سیستم تحریک ژنراتور از طریق یک ترانسفورماتور رزینی که به ترمینال خروجی ژنراتور متصل است تغذیه می شود جریان تولید شده برای تولید میدان مغناطیسی که به جریان تحریک معروف است از طریق کلکتور و جاروبک های آن به قطب های روتور منتقل می شود هنگام توقف واحد از طریق دو ترمز الکتریکی و مکانیکی صورت می گیرد پس از قطع ژنراتور از شبکه سراسری سیستم الکترومغناطیسی ترمز با ایجاد گشتاور معکوس باعث توقف ژنراتور می گردد پس از آن که سرعت به 25 درصد سرعت نامی رسید ترمز های مکانیکی که در لابر براکت نصب شده باعث توقف کامل ژنراتور می گردد.
عمکرد دیگر ترمز های مکانیکی ایجاد فاصله هوایی مناسب است که به عنوان جک عمل می کند با نصب کاور ژنراتور کار مونتاژ پایان می یابد.
ترانسفورماتور --- باسداکت :
ولتاژ القا شده در شین های استاتور از طریق باسداکت های ژنراتور به ترانسفورماتورهای افزاینده انتقال می یابد باسداکت در واقع دو لوله ی هم محور است که لوله داخلی وظیفه انتقال ولتاژ را بر عهده دارد
قطر داخلی 40 سانتی متر و قطر خارجی 1 متر می باشد بین دو لوله با هوای خشک با فشار 1/1 تا 2/1 بار پر می شود.هوای خشک دو لوله به منزله عایق عمل می کند این هوای خشک به وسیله کمپرسور های هوای فشرده باسداکت تامیین می شود کلید ژنراتور که وظیفه قطع ژنراتور از شبکه را بر عهده دارد در ابتدای مسیر باسداکت در شبکه قرار می گیرد. جریان نامی این کلید دوازده هزار آمپر و ولتاژ نامی آن 24000 ولت است کلید قادر است در زمانی به مدت 50 میلی ثانیه هنگام عبور جریان باز و یا بسته شود کلید ژنراتور به وسیله انرژی ذخیره شده در فنر باز و یا یسته میشود در مسیر باسداکت دو ترمینال خروجی که یکی برای ترانس تحریک و دیگری برای اتصال برقگیر های ژنراتور پیش بینی شده است برقگیر های ژنراتور وظیفه تحمل ولتاژهای بالا هنگام قطع کلید ژنراتور را بر عهده دارد.
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:
ج- مقایسه بین هزینه‌های کارخانه‌ای ساخت قطعات الکتریکی و مکانیکی هیدروژنراتور:
سیستم تهویة ژنراتور
برای خنک کردن ژنراتور نیازمند پیش بینی و تعبیة سیتم تهویة هوا در آن هستیم که با توجه به سرعت محیطی روتور و طول هسته، از روشهای مختلفی استفاده می شود که در جدول زیر توضیح داده شده‌اند :
نوع تهویه سرعت محیطی روتور طول هسته مشخصات سیستم تهویه
نصب فن محوری بر روی شفت ژنراتور > 40 m/s < 3 m 1.Adjustable 2.Higer Costs
نصب فن شعاعی بر روی محور روتور > 20 m/s < 3 m 1. Lower Cost 2. Not Adjustable
فن موتوری
_____
< 4 m 1. Machines With Low speed / Variable Speed 2.Higher Losses In Some Cases 3.External Source Necessary
روتور ریم به همراه مسیرهای شعاعی برای تهویه، درون ریم
> 30 m/s
< 8 m 1. Adjustable 2.Better Air flow Distribution(more Homogenous)
در شکلهای زیر وضعیتهای مختلف تهویه نمایش داده شده اند :
تهویه با استفاده از جریان هوای شعاعی-محوری با فن محوری نصب شده روی شفت
در شکل زیر می توان تهویه با استفاده از جریان هوای شعاعی-محوری با فن شعاعی نصب شده روی شفت را مشاهده نمود
(Bracking and Jacking Unit) واحد ترمز مکانیکی و بالابری
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.
(Generator Cooling System) سیستم خنک کننده ژنراتور آبی
ژنراتورهای آبی معمولا\" توسط هوا خنک می‌شوند. در ابتدا هوا به طور شعاعی از بیرونزدگی سیم‌پیچ (Winding Overhang) عبور کرده، سپس از فضای بین قطبها میگذرد. جریان هوا توسط مسیرهای موجود در روتور هدایت میشود. جریان هوا پس از خنک کردن سیمپیچهای روتور از فواصل هوایی بین هسته استاتور عبور کرده تا سیم‌پیچی استاتور را خنک نماید. مقابل دریچههای تخلیه هوا در قاب استاتور مبدلهای هوا به آب(رادیاتور) قرار گرفته تا مجدداً هوای گرم را خنک نمایند.
(Hydrostatic Lubrication System) سیستم روانکاری هیدرواستاتیک
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.
روغــــن از مخـــزن یاتاقانها به پمـــپ رســـیده و سپـــس به سطــــح یاتاقانها پمپ میشود و فشار روغن با توجه به قدرت و وزن ژنراتور تا حد 120 bar نیز ممکن است برسد. این پمپها در نیروگاه به High Pressure Pumps ویا بصورت مختصر HP Pumps معروف می‌باشند
وجود لایه نازک روغن در هنگام چرخش واحدها بسیار مهم می‌باشد و عدم وجود آن می‌تواند باعث بوجود آمدن صدمات سنگینی در ژنراتورها گردد
یاتاقان هادی ژنراتور گاید بیرینگ ((Guide Bearing
این یاتاقــــان، کارکــــرد صحیــــح و هممحـور ماشـــین را در تمــــامی سرعتهـــا (از حالت سـکون تا ســـرعت فرار) تضمین مینمــــاید. یاتاقــان هـــادی، می‌تواند هر نیـــروی شعاعی کوچکی را تحمـــل نمـــاید. این نیرو ممکـن است ناشی از عدم تعادل و عدم بالانس اجتناب نــــاپذیر روتـــور و یا عدم تقــــارن کوچـــک مغنــاطیسی مربوط به خطاهـــای ساخت و نصب باشـــد.
معمولا\" در ژنراتورهای آبی عمودی از دو عدد گاید بیرینگ فوقانی و تحتانی استفاده میشود(قابل ذکر است که خود توربین نیز بصورت مستقل دارای گاید بیرینگ می‌باشد).یکی از مجموعه گاید بیرینگهای تحتانی و یا فوقانی به همراه یاتاقانهای تراست در یک مجموعه مرکب قرار می‌گیرند که به آن Combined Bearing و یا یاتاقان مرکب نیز می‌گویند.در یاتاقـــان مرکب، قطعات یاتاقــان هــادی روی جداره تراست بلوک مـــیلغزندو روانکاری و خنککننــدگی یاتاقــان هـــادی نیز توسط سیسـتم روغـــن یاتاقــان تراست انجام میشـود. روغــن مورد نیــــاز هـــم از مخــــزن روغـــن موجود و توسط حرکت تراست بلوک تـأمین میشود.
آن یاتاقان هادی که به تنهایی استفاده میشود (فوقانی یا تحتانی) از یک سیستم خنککننده با روغن تحت فشار استفاده می‌کند.این سیستم شامل دو مبدل حرارتی (کولر) خارجی روغن-آب هر کدام با ظرفیت 100% و دو پمپ روغن کمکی برای گردش روغن می‌باشد. یکی از پمپها در حالت رزرو بوده و در صورت خرابی پمپ اصلی به طور خودکار وارد مدار میشود.
گاید بیریگ دیگر که به همراه تراست بیرینگ بصورت مرکب در Combined bearing استفاده میشود از محفظه روغن مشترک و Oil Coolerهای مشترک نیز استفاده می‌کند و به تنهایی دارای کولر نمی‌باشد.
معمولا\" در Combined Bearing ، از روش Self Pumping ناشی از حرکت تراست بلوک برای به گردش در آوردن روغن استفاده میشود و پمپی وجود ندارد.
معمولا\" گاید بیرینگ نیز مانند تراست بیرینگ از چندین سگمنت مجزا ساخته می‌گردد.
قابل ذکر است که روتور، شفت، توربین و تراست بلوک که به یکدیگر متصلند در حال حرکت بوده و یاتاقانهای گاید و تراست ثابت می‌باشند.
یاتاقان کف گرد ( (Thrust Bearing
این یاتاقـــان کل وزن اجـــزاء گردان مجمــوعه (ژنراتـــور و تـــوربین) و همچنیــن فشـــار محـــوری توربیـــن را تحـــمل مینمــاید. بخش اصلی یاتاقـــان، بلوک فشــاری(thrust block) می‌باشد. فشــار محــــوری از تراست بلوک به قطعات یاتاقـــان منتقل میشود. این قطعات روی spring platesها و نهایتــــاً بر روی براکـت فشار (thrust bracket) قرار مــــیگیرند. روغـــن مورد نیــاز روانکــــاری و خنککننـدگی یاتاقانهــــا توسط عمل خود پمپـــاژ (بدون پمپ) سوراخهـــای شعـاعی تراست بلوک و در حین گردش این قسمت، جریان مییابد.
سطـــح یاتاقـــان از فلز سفید(بابیت) با کیفیــــت بالا تشکیل شــده است. صیقلـــی بودن دو ســـطح لغــزان، تضمینکننـــده وجود همیشــــگی یک لایـــه روغــــن بین آنها در ســـرعت حداقل و ســرعت نامـــی می‌باشد.اهمیت وجود این لایه روغن در کارکرد دایم و صحیح ژنراتور بسیار موثر است و از بین رفتن آن می‌تواند باعث صدمه خوردن شدید یاتاقانها و در نهایت از کار افتادن ژنراتور گردد. قطعـــات یاتاقـــان کفگرد بر روی صفحـــات فنـــری بشقـابی شـــکلی مســـتقر میشـــوند تا توزیـــع یکنواخــت بار محــــوری بــر روی این قطعــــات تضمیـــن گــردد.
(Rotor Rim) روتور ریم
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.
روتور و روتور هاب
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 1)
- روتورهاب به همراه فلنجهای فوقانی و تحتانی ، اتصال به شفت از طریق پیچ و مهره (شکل 2)
- روتورهاب به همراه بازشوهای فوقانی و/یا تحتانی به منظور محبوس کردن هوای تهویه (Rim Ventilation system)
(Stator Frame) استاتور فریم یا قاب استاتور
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 می. دریچههـــای خـــروج هـــوا نیز در قـــاب استاتـور تعبیه شده است.
(Stator Core)هسته استاتور
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.
(Stator Winding)سیم پیچ استاتور
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.
نحوه قرارگیری قطبها بر روی روتور
( Air Gap ) فاصلة هوایی در ژنراتورهای آبی
فاصلة هوایی بین استاتور و روتور در حقیقت وظیفة تبادل انرژی الکترومکانیکی را بر عهده دارد. فاصلة هوایی قسمتی از مدار مغناطیسی محسوب می شود که دارای رلوکتانس بالایی بوده و بیشترین مصرف انرژی مغناطیسی را بر عهده دارد.
اندازة فاصلة هوایی با توجه به مقدار نسبت اتصال کوتاه و راکتانس مورد نظر تعیین می گردد. در ضمن این فاصلة هوایی به همراه شکل کفشک قطبها ، شکل موج ولتاژ را تحت تاثیر قرار می دهد. معمولا“ اندازه فاصلة هوایی ( در مرکز قطب ) تقریبا“ 3% گام قطب(Pole Pitch) در نظر گرفته می شود.
(Pole Core) هسته قطب
هسته قطبها به همراه روتور ریم، مسیری با رلوکتانس پایین برای شار مغناطیسی در روتور ایجاد می‌کند. ابعاد اصلی هسته قطب، با توجه به ماگزیمم چگالی شار، راکتانس موردنظر، نیروهای گریز از مرکز و همچنین نوع تهویه، تعیین میشود.
هسته قطب از دو قسمت تشکیل شده است:
1- کفشک قطب(Pole Shoe) : که شکل فاصله هوایی را تعیین می‌کند.
2- بدنه قطب(Pole Body): که نشیمنگاه سیم‌پیچ تحریک می‌باشد.
بدنه قطب بصورت مستطیلی بوده و کفشک قطب بصورت قسمتی از یک سینوس بوده و کلا\" ورقه‌ها با ضخامت 1 یا 2 میلیمتر پانچ شده و پس از هسته‌چینی، با Clamping Plate و پیچ به هم پرس شده و محکم می‌شوند. نحوه اتصال قطبها به روتور(روتور ریم و یا شفت) بصورت دم‌چلچله‌ای(T-Dovetail) می‌باشد. باید توجه کرد که وزن قطبها بر روی پارامتر GD2 موثر می‌باشد.
(Damper) دمپر
سیم‌پیچی دمپر از یک مدار اتصال کوتاه تشکیل شده که درون کفشک قطب قرار میگیرد. از این مدار اتصال کوتاه شده در حالت عملکرد نرمال ماشین، هیچ جریان گردشی عبور نمی‌کند. زمانی از دمپر جریان عبور می کند که خطای سنکرونیزاسیون یا خطای اتصال کوتاه یا عدم تقارن بار در ژنراتور پیش آید. در زمان خطای سنکرونیزاسیون(زمانی که سرعت واحد نسبت به سرعت سنکرون اختلاف داشته باشد)، خطوط میدان مغناطیسی، سیم‌پیچ دمپر را قطع می‌کند که باعث عبور جریان و تولید گشتاور در آن میشود. جهت جریان بگونه‌ای است که در حالت کم بودن سرعت واحد، گشتاور شتاب دهنده و در حالت بیشتر بودن سرعت، گشتاور ترمزی در واحد ایجاد می‌نماید. به این ترتیب به بازگشت واحد به سرعت سنکرون کمک می‌کند.
جهت تعیین ابعاد میله های دمپر، نیازمند تعیین مقادیر زیر هستیم:
- حداکثر جریان نامتقارن مولفه منفی(I2/In) در حالت عملکرد پیوسته
- حداکثر مقدار I22t در زمان وقوع خطا
سیم‌پیچ دمپر از چندین میله مسی استوانه‌ای، روی سطح کفشک قطب و درون شیارهایی توزیع شده‌اند و در دو انتها بوسیله تسمه‌های مسیبه همدیگر جوش خورده‌اند. ارتباط بین قفسهای دمپر، توسط تسمه‌های مسی قابل انعطاف و یا از طریق بدنه قطب و روتور ریم، انجام میشود (نوع بسته یا باز). نوع بسته و یا باز قفس دمپر با توجه به مقدار راکتانس زیرگذرای(Sub-Transient) درخواست شده از طرف خریدار تعیین میشود.
تعداد میله‌های دمپر به ازای هر قطب، تابعی از تعداد شیار در قطب در فاز استاتور (تعداد شیارهایی بر روی استاتور که در یک فاز آن به ازای هر قطب وجود دارند) و همین طور راکتانس زیرگذرا می باشد.
اگر از سیم‌پیچ دمپر بعنوان راه‌انداز در حالت موتوری(موتور سنکرون) استفاده شود، طراحی متفاوتی بکار می‌رود تا دمپرها بتوانند جریانهای بیشتری را تحمل کنند.
در شکل روبه رو، قطعات مختلف قطبهای روتور را به همراه میله‌های دمپر آن می‌توان مشاهده کرد.
قطبهای برجسته در ژنراتورهای آبی
همانطور که می‌دانید، قطبهای ژنراتورهای آبی از نوع برجسته می‌باشند. این قطبها از اجزای زیر تشکیل شده‌اند:
1- سیم پیچ میدان (Field winding)
2- دمپرها
3- هسته قطب (Pole core)
قطبها وظیفه ساختن میدان مغناطیسی چرخان در فاصله هوایی بین استاتور و روتور را بر عهده دارند.
dgsolar.ir
instageram:solardg_iranian