Phân Loại Và Các Bộ Phận Của Máy Phát Điện Thuỷ Lực

1. Phân loại và các bộ phận của máy phát điện thuỷ lực

Dựa vào vị trí tương đối giữa rotor và ổ trục đỡ chia máy phát ra hai kiểu chính:

- Máy phát điện kiểu treo (hình 16-9): ổ đỡ đặt trên giá đở trên, nằm trên rotor;

- Máy phát kiểu ô (hình 16-10): ổ đỡ đặt dưới rotor; kiểu này lại chia hai kiểu nữa là : kiểu ô thường với ổ đỡ đặt trên giá đỡ dưới, kiểu ô thấp với ổ đỡ đặt trực tiếp lên nắp turbine- hình (16-10) trình bày máy phát kiểu ô thấp - không có giá đỡ dưới.

Hình (16-9) và (16-10) trình bày cấu tạo các bộ phận của hai kiểu máy phát.

Rotor của máy phát: Rotor 1 gồm có mayơ 3 gắn trên trục 4, khung 5 và vành bánh 6 để gắn các cực từ 7. Mỗi cực từ gồm có lõi thép và cuộn dây điện lấy điện từ máy kích từ 19 qua vòng góp 8 về và trở thành nam châm điện khi quay. Ở các máy phát hiện đại, vành 6 được làm từ các lá thép vòng dày 3-4 mm. Lõi thép của các cực từ được làm từ những lá thép dập dày 1,5 -2 mm, số lượng cực từ xác định qua tính toán.

Stator của phát phát: Stator 2 của máy phát gồm: thép từ 9, cuộn dây 10 (trong hình vẽ là phần dây đưa ra bên ngoài của nó) và thân 11 để gắn cực từ. Để tăng khả năng làm mát, trong các thép từ có các rãnh thông gió. Thân của stator được đặt lên bệ máy và được gia cố chắc chắn.

Kết cấu ổ trục của rotor máy phát gồm có hai loại với hai chức năng khác nhau: Ổ trục hướng tâm 12 nhận tải trọng vuông góc với trục để định hướng trục; còn Ổ trục đỡ 13 (ổ chặn) nhận tải trọng theo chiều dọc trục. Các máy phát trục đứng thì ổ định hướng chịu tải trọng nhỏ, nhưng ổ đỡ phải nhận tất cả các tải trọng của trọng lượng phần quay tổ máy và lực dọc trục từ BXCT của turbine truyền tới (ở các tổ máy phát lớn tải trọng này có thể tới 2500 tấn và hơn). Riêng ở turbine trục ngang thì ổ hướng tâm còn làm nhiệm vụ đỡ cả trọng lượng bản thân của các phần quay tổ máy, trường hợp này ổ chặn chỉ chịu tải trọng động hướng dọc trục từ BXCT turbine truyền tới.

Ổ đỡ có ống lót a gắn chặt vào trục quay, phần dưới của nó là đĩa thép b có mặt dưới được chế tạo rất cẩn thận (gọi là "gương") b là mặt tiếp xúc động với mặt tiếp xúc cố định c của ổ trục đỡ. Các tấm vòng c nằm trên các bulông d, truyền tải trọng xuống kết cấu chịu lực bên dưới. Mặt trên của các tấm vòng (xéc măng) này là mặt trượt được

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

Hình 16-9. Máy phát điện kiểu treo (70.000 kVA, n = 428,6 v/ph)

phủ lớp babít. Các bulông tựa d đảm bảo phân đều tải trọng giữa các xéc măng. Đĩa b và xéc măng c được đặt trong hộp dầu bôi trơn , trong hộp có các ống dẫn nước làm mát ổ đỡ. Khi đĩa b chuyển động, dầu được kéo vào các rãnh hở của các phần quay tạo nên

Hình 16-10. Máy phát điện kiểu ô thấp (120.000 kVA, n = 62,5 v/ph).

những nêm dầu có áp lực lớn đủ để hơi nhấc phần quay lên khi quay. Khi dừng máy, vòng quay tổ máy giảm dần, lúc này ổ đỡ làm việc ở chế độ nặng nề nhất, do vậy bên dưới rô to đặt máy hãm 14 để hãm máy phát. Thường khi vòng quay rotor còn lại từ 35÷40% vòng quay định mức là máy hãm phải tác động để dừng máy, không để kéo dài thời gian chạy máy với vòng quay thấp.

Ở máy phát kiểu treo (hình 16-9) ổ đỡ nằm bên trên rotor máy phát. Tải trọng dọc trục sẽ truyền qua giá đỡ trên 15 truyền xuống và được đỡ theo phương ngang nhờ kích 16. Giá chữ thập 15 có kích thước lớn, nên chiều cao gian máy sẽ lớn. Ở máy phát kiểu ô, ổ đỡ 13 được đặt lên giá đỡ dưới, bên dưới rotor, đối với kiểu ô thấp (hinh 16-

10) không có giá dưới riêng mà được đặt trực tiếp lên nắp turbine, vì vậy kiểu ô có giá trên nhỏ chỉ để đỡ ổ định hướng, vì vậy chiều cao máy phát kiểu ô thấp hơn kiểu treo.

Thiết bị làm nguội máy phát : để giảm nhiệt độ ở thép từ và cuộn dây máy phát, thường người ta dùng thiết bị làm nguội bằng không khí. Trên rotor có gắn các cánh quạt 17 để hút gió vào làm mát máy. Đối với máy phát trung bình và lớn thì phải có hệ thống làm mát riêng. Bố trí xung quanh thân stator các thùng làm nguội bằng ống dẫn nước 18, không khí nóng từ rotor đi qua thiết bị này sẽ hạ nhiệt và lại quay về rotor. Hình (16-11) trình bày một số sơ đồ hệ thống làm nguội máy phát. Khi máy phát có công suât nhỏ có thê dùng hệ thống làm nguội trực tiếp (sơ đồ I): lấy không khí mát bên ngoài nhà máy, đưa vào máy phát để làm mát, sau đó khí nóng lại được tháo ra ngoài. Các sơ đồ II dùng phương pháp làm mát bằng hệ thống kín cho máy phát lớn, trong đó sơ đồ II,a được sử dụng rộng rãi hơn cả.

Hình 16-11. Các sơ đồ hệ thống làm nguội máy phát.

Hệ thống kích từ: Hệ thống kích từ làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho rotor máy phát chính để tạo nên từ trường cần thiết cho rotor, từ trường quay từ rotor sẽ quét lên cuộn dây của stator dòng điện để cung cấp cho lưới. Trước đây người ta thường sử dụng hệ thống kích từ trực tiếp từ trục máy phát chính. Trong hệ thống này, trên rotor máy phát có đặt máy phát điện một chiều - kích từ 19, phần quay của nó nối với trục máy phát. Dòng điện một chiều sẽ được dẫn đến vòng tiếp xúc 8 của rotor. Hiện nay, đặc biệt là máy phát lớn, thường dùng kích từ gián tiếp có nguồn điện một chiều từ máy phát. Có thể dùng hệ thống gồm động cơ dị bộ và máy phát một chiều hoặc hệ thống kích từ ion bằng chỉnh lưu thuỷ ngân hay bán dẫn. Hệ thống kích từ gián tiếp tiện lợi hơn về mặt bố trí nhà máy do giảm được phần trên của máy phát, còn đốí với máy phát tỷ tốc thấp thì rẻ hơn.

2. Sơ bộ xác định các thông số và kích thước máy phát

a - Các thông số cơ bản của máy phát

- Công suất định mức là công suất tác dụng lớn nhất của máy phát NMP, (kW);

- Công suất biểu kiến : S = NMP/cos =

- Công suât vô công : Q = S sin =

3 UI, (kVA)

3 UI sin, (var)

Với các loại turbine thông thường thì điện áp máy phát được chọn thiết kế theo thống kê sau đây tuỳ thuộc vào công suất của máy phát:

Khi NMP < 4 MW thì điên áp máy phát : UMF = 3,15 kV; NMP  15 MW thì điên áp máy phát : UMF = 6,3 kV; NMP  70 MW UMF = 10,5 kV;

NMP > 70 MW UMF = 18 kV.

b - Các kích thước cơ bản của máy phát

Kích thước có bản nhất của máy phát là đường kính ngoài của lõi thép từ stator

Da và chiều cao lõi thép từ la , trong nhãn hiệu máy phát thờng có ghi các kích thước

nầy và số cực từ ( Ví dụ nhãn hiệu máy phát của Liên xô cũ ghi: CB 940/235 - 30, nghĩa là máy phát đồng bộ- C; trục đứng - B; Da = 940 cm; la = 236 cm; có 2p = 30 cực từ).

Trong thực tế chọn máy phát chúng ta dựa vào phương thức lắp trục, công suât định mức và vòng quay của máy phát lấy bằng vòng quay của turbine. Với máy phát đã có sản xuất, chọn được sẽ tra được các thông số và kích thước của chúng.Tuy nhiên cũng có trường hợp không tra được máy phát thích hợp, nhất là khi máy phát có công suất lớn ( N  20 MW) được chế tạo đơn chiếc cho công trình cụ thể phải đặt hàng. Trong giai đoạn thiết kế ban đầu, để có kích thước và trọng lượng phục vụ thiết kế ta cần dựa vào số liệu thống kê tính ra thông số theo các công thức sơ bộ theo các cách sau:

- Trước tiên dựa vào vòng quay đồng bộ để chọn kiểu máy phát: kiểu treo khi vòng quay n  150 v/ph, kiểu ô khi n  75 v/ph.

- Xác định sơ bộ kích thước cơ bản Di , la theo cách:

+ Tra đồ thị (hình 16-12) sau đây: dựa vào công suất biểu kiến S (MVA) và

vòng quay n (v/ph) tra được điểm tương ứng và có được sau rồi tra tiếp Di :

la , lấy tròn

la theo tiêu chuẩn

la = 330; 360; 400; 450; 500; 550; 600; 670; 750; 820; 900; 1000; 1100;

1220; 1350; 1500; 1650; 1820; 2000; 2200; 2450; 2700; 3000 (mm).

+ Hoặc tính theo công thức kinh nghiệm dưới đây:

13,9 4 S

3 n

160S

Di 

và la 

D2 n

(16-1)

Trong đó: S - công suất biểu kiến (kVA); n - vòng quay đồng bộ (v/ph);

la , Di

tính ra (m). Quy tròn kết quả tính toán theo tiêu chuẩn.

+ Khi chọn máy phát điện đã có sản xuất (đã có la , S, n) nhưng các thông số của

máy tra được khác với các thông số của máy cần xác định (tức l* , S* và n*) thì ta tính

chiều cao thép từ l* theo công thức:

l* 

n S*

n S

(16-2)

Hình 16-12. Biểu đồ xác định sơ bộ các kích thước cơ bản của máy phát.

- Sau khi xác định các kích thước cơ bản la , Di của máy phát, sử dụng các công

thức kinh nghiệm sau đây để sơ bộ xác định các kích thước khác của máy (hình 16-13):

+ Đường kính ngoài của lõi thép từ stator: Da Di (0,5 0,9) m;

+ Chiều cao máy phát: h st la 0,75m

(hoặc 1,5m);

+ Đường kính stator: Dst (1,15 + 0,0007nO) Di (khi nO < 250 v/ph);

Dst (0.92 + 0,0016nO) Di (khi nO > 250 v/ph);

Dst (1,05 + 0,0017nO) Di

(đối với máy phát kiểu ô);

+ Chiều cao giá đỡ trên: h1 = (0,2 = 0,25).Di (đối với máy phát kiểu treo);

= (0,1- 0,12).Di (đối với máy phát kiểu ô);

+ Dường kình giá đỡ trên: D1 = Dst ;

+ Chiều cao giá đỡ dưới: h2 = (0,1 - 0,12).Dg ( đối với máy phát kiểu treo;

h2 = 0,25 - 0,3).Dg ( đối với máy phát kiểu ô);

+ Đường kính giá đỡ dưới: D2 = Dg + 0,4m;

+ Khoảng cách : a = (0,2 - 0,3)m ( đối với máy phát kiểu treo);

= (0,4 - 0,5)m (đối với máy phát kiểu ô);

+ Khoảng cách trục: c = (0,8 - 1) m;

+ Chiều cao ổ trục đỡ: h3 = (0,2 - 0,25) Di (đối với máy phát kiẻu treo);

= (0,15 - 0,2) Di (đối với máy phát kiểu ô);

+ Đường kính ổ trục đỡ: D3 = 9,4 - 0,5) Di;

+ Chiều cao chóp máy phát: hO = (0,3 - 0,5) m;

+ Đường kính chóp máy phát: dO = (0,2 - 0,25) Di;

+ Đường kính hố máy phát: Dh = (1,5 - 1,85) Di (đối với máy phát kiểu treo;

= (1,4 - 1,5) Di ( đối với máy phát kiểu ô);

+ Chiều dày thiếu bị làm nguội máy phát: t = (0,35 - 0,375) m;

+ Khoảng trống đi lại ở hố máy phát: b > (0,4 - 0,5) m.

Hình 16-13. Các kích thước cơ bản của máy phát

a) máy phát kiểu treo; b) máy phát kiểu ô thường.

- Trọng lượng chung của máy phát được xác định gần đúng theo công thức:

G = A.Di la , (Tấn) (hệ số A = 35 - 45T/m2) đối với Di, la (m). Đối với máy phát kiểu ô thấp không có giá đỡ dưới thì trọng lượng của máy phát giảm bớt 6-7%. Trọng lượng rotor cộng trục lấy bằng (45 - 50)% trọng lượng chung của máy phát..

XVI. 3. 2. Cầu trục trong nhà máy thuỷ điện

Trong nhà máy TĐ để phục vụ cho việc lắp ráp và sửa chữa tổ máy cần phải có cầu trục. Thông thường cầu trục chính bố trí trong gian máy chính, tầm hoạt động của

nó phải bao quát toàn bộ gian máy và sàn lắp ráp. Ở các gian máy phụ có máy nâng hạ riêng phục vụ cho thiết bị tại chỗ.

thể đặt thêm

Hình (16-14) trình bày về hệ thống cầu trục cầu trong gian máy của nhà máy thuỷ điện. Cầu trục cầu gồm một dàn thép 3, hai đầu có đặt các bánh xe lăn 4 chạy trên ray thép 5 của dầm cầu trục đặt dọc nhà máy, trên dàn thép có xe nhỏ 6 chạy trên ray dọc dàn thép. Xe nhỏ này chứa các tời nâng hạ móc cầu trục để cẩu và di chuyển vật cần

Hình 16-14. Sơ đồ nâng thiết bị bằng ghép hai cầu trục trong nhà máy.

nâng theo hướng ngang của nhà máy. Sự dịch chuyển phối hợp giữa dàn thép và xe nhỏ khống chế các vị trí của vật cần nâng. Móc cầu trục có hai cở: móc chính 8 để tháo lắp thiết bị nặng (như BXCT hoặc rôtor máy phát, máy biến áp..v..v.. ), móc phụ 7 có tốc độ thao tác nhanh hơn dùng để tháo lắp các thiết bị nhỏ, nhẹ hơn. Trong hình (16-14) trình bày cách cẩu rôtor máy phát và trục, do vật quá nặng phải ghép hai cầu trục lại và dùng một dầm ngang 1 để liên kết việc cẩu vật 2. Thông thường khi trọng lượng vật nâng không vượt quá khả năng cẩu của một cầu trục thì móc chính trực tiếp cẩu thiết bị như (hình 16-15), trên hình đang nâng BXCT của turbine tâm trục.

Hình 10-7 (ở chương 10), trình bày về một lọai cầu trục cổng ngoài gian máy: Kết cấu cầu trục cổng có nhiều dạng khác nhau: không có công xon, có 1 hoặc 2 công xon. Các thiết bị nâng hạ vật nâng đặt trên đỉnh cần trục, các động cơ làm dịch chuyển cần trục đặt ở chân khung cần trục. Các bánh xe cần trục lăn trên đường ray. Cần trục cổng (còn gọi là cầu trục chữ môn hay cầu trục chân dê) thường được dùng để nâng hạ, vận chuyển các cửa van thượng, hạ lưu nhà máy hoặc các cửa van của đập tràn. Thường dùng một cần trục chung cho nhiều khoang đập tràn và cửa lấy nước của TTĐ ngang đập, hoặc bố trí cho các van hạ lưu nhà máy. Các thiết bị nâng tĩnh tại thường dùng máy tời hoặc máy nâng thuỷ lực (xem hình 10-8, chương 10).

Chọn cầu trục trong nhà máy căn cứ vào trọng lượng và kích thước vật nâng lớn lớn nhất (rotor máy phát + trục, BXCT turbine + trục, MBA ...) và kích thước đủ bố trí các thiết bị và đi lại theo bề rộng gian máy, có sự kết hợp với nhịp cầu trục LK đã có sẵn Trường hợp không có cầu trục đã sản xuất thì mới đặt hàng chế tạo đơn chiếc, vì chế tạo đơn chiếc sẽ lâu và đắt hơn..