ژنراتور نیروگاه آبی

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 :
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 ، ورقه های لایه های 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 دم چلچله ای (DoveTail ) استفاده می شود 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.
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
در شکل زیر ، نحوه گردش هوا را در تهویه مستقل( فن با یک موتور مستقل می چرخد) یک ژنراتور آبی نمایش می دهد.

سیم پیچ استاتور را با نامهای سیم پیچ آرمیچر یا سیم پیچ اندویی ( Induced Winding) نیز بیان می کنند. این سیم پیچ 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 سیم پیچی توسط توان نامی ، ولتاژ ، تعداد قطبها(سرعت)، نیازمندیهای ناشی از حداکثر مجاز گرم شدن سیم پیچی، راکتانس، راندمان و هزینه کمتر تعیین می شود.

انواع سیم پیچ 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 می شوند.
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) می باشد. این عایق از سال 1957 تا کنون استفاده می شود 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 می تواند 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 این رو 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 می باشد و مباحث مربوط به کارکرد آن در شاخه مهندسی برق مورد بررسی قرار می گیرد؛ ولی بعنوان یک ماشین الکتریکی، قسمتهای بسیاری از آن توسط مهندسان مکانیک، طراحی شده و مورد بررسی قرار می گیرد. برای اینکه ذهنیتی نسبت به حجم عملیات مکانیکی و الکتریکی یک هیدروژنراتور سنکرون عمودی ، زمان و هزینه های ساخت آن بشود ، مقایسه ای که توسط شرکت Voith-Siemens در این مورد انجام شده است، ارایه می گردد.

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 مــی گردد. 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، فن ها 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)

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 می دانید، قطبهای ژنراتورهای آبی از نوع برجسته می باشند. این قطبها از اجزای زیر تشکیل شده اند:
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. در زیر شکل یک قطب برجسته ژنراتور را می توانید مشاهده کنید

دمپر(Damper)

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
سیم پیچ دمپر از چندین میله مسی استوانه ای، روی سطح کفشک قطب و درون شیارهایی توزیع شده اند و در دو انتها بوسیله تسمه های مسیبه همدیگر جوش خورده اند. ارتباط بین قفسهای دمپر، توسط تسمه های مسی قابل انعطاف و یا از طریق بدنه قطب و روتور ریم، انجام می شود (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 می شود.
تعداد میله های 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 سیم پیچ دمپر بعنوان راه انداز در حالت موتوری(موتور سنکرون) استفاده شود، طراحی متفاوتی بکار می رود تا دمپرها بتوانند جریانهای بیشتری را تحمل کنند.
در شکل زیر، قطعات مختلف قطبهای روتور را به همراه میله های دمپر آن می توان مشاهده کرد.

هسته قطب (Pole Core)

هسته قطبها به همراه روتور ریم، مسیری با رلوکتانس پایین برای شار مغناطیسی در روتور ایجاد می کند. ابعاد اصلی هسته قطب، با توجه به ماگزیمم چگالی شار، راکتانس موردنظر، نیروهای گریز از مرکز و همچنین نوع تهویه، تعیین می شود.
هسته قطب از دو قسمت تشکیل شده است:
1- کفشک قطب(Pole Shoe) : که شکل فاصله هوایی را تعیین می کند.
2- بدنه قطب(Pole Body): که نشیمنگاه سیم پیچ تحریک می باشد.

بدنه قطب بصورت مستطیلی بوده و کفشک قطب بصورت قسمتی از یک سینوس بوده و کلا" ورقه ها با ضخامت 1 یا 2 میلیمتر پانچ شده و پس از هسته چینی، با Clamping Plate و پیچ به هم پرس شده و محکم می شوند. نحوه اتصال قطبها به روتور(روتور ریم و یا شفت) بصورت دم چلچله ای(T-Dovetail) می باشد. باید توجه کرد که وزن قطبها بر روی پارامتر GD2 موثر می باشد.
در شکل زیر هسته یک قطب به همراه بدنه عایق آن(قسمت آبی رنگ که عایق میکا می باشد) و همچنین نحوه قرار دادن عایق در بین لایه های آن را مشاهده می کنید.

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.

نحوه قرارگیری قطبها بر روی روتور
در شکل زیر می توانید چگونگی قرار گیری قطبها، بر روی روتور ریم را مشاهده نمایید.

روتور با قطبهای برجسته در یک هیدروژنراتور سنکرون با توان 278 مگاولت آمپر
عکسهایی از بلند کردن و نصب روتور با قطبهای برجسته در یک نیروگاه برق آبی

یاتاقانها در هیدروژنراتورهای عمودی
در یک ژنراتور آبی، معمولا" از دو نوع یاتاقان استفاده می شود:
1- یاتاقان راهنما (guide bearing) ، معمولا" در بالا و پایین شفت ژنراتور، دو یاتاقان بالایی و پایینی(upper & Lower) ، برای جلوگیری از حرکت عرضی شفت وجود دارد.

2- یاتاقان کفگرد(thrust bearing) که با توجه به نوع ژنراتور می تواند در بالا و یا پایین شفت ژنراتور، نصب شود و وزن کل قطعات چرخنده(روتور، شفت، توربین و …) بر روی آن قرار می گیرد.

معمولا" یکی از یاتاقانهای راهنما به همراه یاتاقان کفگرد، در یک مجموعه مشترک قرار می گیرند که به آن Combined Bearing گویند.
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، می تواند 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 می شود(قابل ذکر است که خود توربین نیز بصورت مستقل دارای گاید بیرینگ می باشد).یکی از مجموعه گاید بیرینگهای تحتانی و یا فوقانی به همراه یاتاقانهای تراست در یک مجموعه مرکب قرار می گیرند که به آن Combined Bearing و یا یاتاقان مرکب نیز می گویند.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 تـامین می‎شود.
آن یاتاقان هادی که به تنهایی استفاده می شود (فوقانی یا تحتانی) از یک سیستم خنک‎کننده با روغن تحت فشار استفاده می کند.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 می شود از محفظه روغن مشترک و Oil Coolerهای مشترک نیز استفاده می کند و به تنهایی دارای کولر نمی باشد.
معمولا" در Combined Bearing ، از روش Self Pumping ناشی از حرکت تراست بلوک برای به گردش در آوردن روغن استفاده می شود و پمپی وجود ندارد.
معمولا" گاید بیرینگ نیز مانند تراست بیرینگ از چندین سگمنت مجزا ساخته می گردد.
قابل ذکر است که روتور، شفت، توربین و تراست بلوک که به یکدیگر متصلند در حال حرکت بوده و یاتاقانهای گاید و تراست ثابت می باشند.
یاتاقان کف‎گرد(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 می تواند 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. در شکل زیر می توانید یک سگمنت یاتاقان تراست(شکل سمت چپ) را به همراه صفحه فنری بشقابی (Pressure Plate) (شکل سمت راست) مشاهده نمود.

در شکل زیر نیز می توان مجموعه چند سگمنت تراست بیرینگ را که در محفظه تراست براکت قرار دارد، مشاهده کرد.

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 می کند و در صورتیکه به هر علتی، فشار روغن تزریق شده به حد مورد نیاز نرسید، پمپ دوم نیز شروع به کار می کند. 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 می گیرند که در صورت قطع برق AC مصرف داخلی، این پمپ dc، امکان کارکردن را از طریق باتری خانه 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 می باشند که در زیر می توانید یک نمونه آنها را مشاهده کنید(دو الکتروپمپ AC):

وجود لایه نازک روغن در هنگام چرخش واحدها بسیار مهم می باشد و عدم وجود آن می تواند باعث بوجود آمدن صدمات سنگینی در ژنراتورها گردد که در زیر یک نمونه آن را می توانید مشاهده نمایید:
http://i4.tinypic.com/280k3ue.jpg

سیستم خنک کننده ژنراتور آبی Generator Cooling System
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. در شکل زیر می توانید نمایی از یک رادیاتور ژنراتور را که در کارخانه در حال ساخت می باشد، مشاهده نمود.

سیستم تهویه ژنراتور
برای خنک کردن ژنراتور نیازمند پیش بینی و تعبیه سیتم تهویه 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 شده اند :

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.

فهرست مطالب
ژنراتور نیروگاه آبی 1
استاتور فریم یا قاب استاتور(Stator Frame) 1
هسته استاتور (Stator Core) 2
سیم پیچ استاتور (ُStator Winding) روتور و روتور هاب 5
Coils 9
واحد ترمز مکانیکی و بالابری(Bracking and Jacking Unit) 12
مقایسه بین زمان، اوزان و هزینه های ساخت قسمتهای مکانیکال و الکتریکال ژنراتور آبی 14
پارامترهای اولیه مورد نیاز برای طراحی ژنراتور 15
روتور ریم(Rotor Rim) 18
قطبهای روتور و سیم پیچی آن 18
قطبهای برجسته در ژنراتورهای آبی 19
دمپر(Damper) 20
هسته قطب (Pole Core) 22
فاصله هوایی ( Air Gap ) در ژنراتورهای آبی 24
نحوه قرارگیری قطبها بر روی روتور 24
یاتاقانها در هیدروژنراتورهای عمودی 26
یاتاقان هادی ژنراتور- گاید بیرینگ (Guide Bearing) 27
یاتاقان کف‎گرد(Thrust Bearing) 28
سیستم روانکاری هیدرواستاتیک( Hydrostatic Lubrication System) 29
سیستم خنک کننده ژنراتور آبی Generator Cooling System 32
سیستم تهویه ژنراتور 32

18