en video Générateur turbo : construction, fonctionnement, types, spécifications et ses applications

L'histoire des turbogénérateurs remonte à la fin des années 1800 lorsque Charles Algernon Parson a développé la première turbine à vapeur qui utilise un flux à haute pression pour faire tourner un arbre qui était relié au générateur. En termes simples, le premier turbo-générateur est un générateur électrique alimenté par des turbines à eau. La percée a permis une production d'électricité beaucoup plus efficace par rapport aux machines à vapeur traditionnelles qui étaient encombrantes et avaient une puissance limitée.

Parson a continué à affiner sa conception de turbine à vapeur et le premier grand turbogénérateur industriel à courant alternatif avec une puissance de mégawatt a été fourni à une centrale électrique en 1901 à Eberfeld, en Allemagne. Son innovation a contribué à stimuler la croissance de l'industrie de l'énergie et a conduit au développement de la centrale électrique à grande échelle. Les turbogénérateurs modernes utilisent une variété de combustibles, y compris le charbon, le gaz naturel et l'énergie nucléaire, pour produire de l'électricité à grande échelle. Ils sont essentiels au fonctionnement des centrales électriques du monde entier pour fournir une électricité fiable et abordable à des millions de personnes.

Cet article fournit de brèves informations sur un turbogénérateur - travailler avec ses avantages et ses applications.

Qu'est-ce qu'un turbogénérateur ?

Un générateur électrique utilisé pour générer de l'énergie électrique en convertissant l'énergie mécanique en énergie électrique en se connectant à l'arbre d'une turbine à gaz/vapeur est appelé turbogénérateur. Il est également appelé turbo alternateur. Ces générateurs sont conçus dans différentes tailles et formes pour répondre à de nombreuses exigences résidentielles et industrielles. Ces générateurs peuvent également être agencés pour fonctionner à la vapeur, à l'électricité et à plusieurs biocarburants différents. Le turbogénérateur à grande puissance de vapeur fournit plus d'électricité dans le monde utilisé par les navires turbo-électriques propulsés à la vapeur. De petits turbo-générateurs entraînés par des turbines à gaz sont fréquemment utilisés comme unités de puissance auxiliaires. Le schéma du turbogénérateur est présenté ci-dessous.

Caractéristiques

Les spécifications du turbogénérateur comprennent les éléments suivants.

La température ambiante varie de -15 à 40°C.

L'altitude est de 1 000 m ou moins.

L'humidité est de 90% ou moins.

Les types de notations sont continus.

Plages de sortie de 5 000 kVA à 45 000 kVA.

La tension est de 6 600 V ou 11 000 V ou 13 800 V.

Le facteur de puissance est de 90% (en retard).

La fréquence est de 50Hz ou 60Hz.

Le nombre de pôles – est de 4.

Les normes applicables sont JEC2130 ou IEC60034.

Le degré de protection est IP44.

Le type de système de refroidissement est IC8A1W7.

La classe thermique est de 155(F).

La limite de montée de la température est de 155 (F).

Le type de rotor est cylindrique.

Système de lubrification forcée.

Système de support à double roulement.

Le système d'excitation est de type brushless incluant PMG (générateur à aimant permanent).

Construction de turbogénérateurs

Le turbogénérateur est construit avec différents composants. Ainsi, les pièces du turbogénérateur comprennent principalement le stator, le châssis du stator, le noyau du stator, l'enroulement du stator, la bague, le système d'excitation, le système de refroidissement, le rotor, l'arbre du rotor, l'enroulement du rotor, la bague de retenue, les cales du rotor et le ventilateur du rotor.

Stator

La partie inactive du générateur est connue sous le nom de stator où le corps du stator est totalement enfermé par du gaz. Le stator est conçu avec de l'acier doux et de l'acier austénitique de haute qualité.

Noyau de stator

Le noyau du stator d'un générateur a une fine stratification qui est faite avec un no. du segment individuel. Ici, ces stratifications sont utiles pour réduire les courants de Foucault. Ainsi, les principales caractéristiques du noyau du stator sont ; ils transportent efficacement le flux magnétique et fournissent un support mécanique.

Châssis du stator

Le châssis du stator de ce générateur est la partie la plus lourde qui est utilisée pour réduire les vibrations et également pour supporter la pression thermique du gaz.

Enroulement du stator

L'enroulement du stator comprend un enroulement triphasé et à double couche à travers un pas afin que nous puissions diminuer les cinquième et septième harmoniques.

Arbre du rotor

L'arbre du rotor est une seule pièce solide, conçue en acier coulé sous vide où les fentes sont disposées dessus. Le bord du corps du rotor est pourvu de 60% de fentes longitudinales avec enroulement de champ.

Bague

Les bagues sont très utiles pour séparer l'ouverture et les extrémités de l'enroulement triphasé du châssis du stator pour fournir une isolation de tension plus élevée. Ainsi, ces bagues sont simplement connectées au châssis du stator à l'extrémité de l'excitateur.

Cales de rotor

Le rotor de ce générateur est utile pour protéger l'enroulement des effets de la force centrifuge et ils sont protégés par des cales de fente de rotor. Ces cales sont donc fabriquées avec un alliage de cuivre.

Ventilateur Rotor

Dans ce générateur, l'air de refroidissement est dispersé par des ventilateurs axiaux disposés sur l'arbre du rotor. Par exemple, à la fois à l'extrémité de l'excitatrice et de la turbine dans le rotor de type 220 MW, deux ventilateurs à flux axial sont utilisés.

Système d'excitation

Le processus de génération de champ magnétique avec un courant électrique est appelé excitation. Généralement, un turbogénérateur est une machine excitante qui fournit constamment le courant de champ continu approprié à l'enroulement de champ.

Excitateur sans balais

Cet excitateur a deux parties principales telles que; une excitatrice principale triphasée et une excitatrice pilote magnétique permanente.

Système de refroidissement

Dans le turbogénérateur, le système de refroidissement joue un rôle clé car il dissout la chaleur produite par différentes pertes et prolonge également la durée de vie du matériau isolant. Le système de refroidissement est normalement divisé en trois parties principales ; refroidissement par air, hydrogène et refroidissement par eau.

Principe de fonctionnement

Le turbogénérateur fonctionne simplement sur le principe de l'induction électromagnétique. Ainsi, lorsque ce turbo est attaché au générateur électrique, l'énergie cinétique de la vapeur arrête les pales du ventilateur du turbo et le rotor du générateur tourne pour produire de l'électricité. Dans ce générateur, à la fois une turbine et un générateur peuvent transformer l'énergie mécanique du fluide en mouvement comme l'eau, le gaz naturel, l'air ou la vapeur en énergie électrique. Les turbines changent considérablement en fonction de leur application et peuvent être utilisées pour exploiter la puissance.

Généralement, la vitesse du turboalternateur est de 1500 tr/min/3000 tr/min avec un minimum de 2 ou 4 pôles à une fréquence de 50 Hz et une vitesse de 1800 tr/min/3600 tr/min avec 2 ou 4 pôles à une fréquence de 60 Hz. Les pièces rotatives de ce générateur peuvent provoquer des pressions mécaniques élevées en raison de la vitesse de fonctionnement plus élevée. Le rotor de ces générateurs est normalement forgé avec de l'acier solide et des alliages pour rendre le rotor résistant automatiquement.

Types de turbogénérateur

Il existe différents types de turbogénérateurs disponibles qui sont décrits ci-dessous.

Générateur turbo refroidi par air

Générateur turbo refroidi à l'hydrogène

Générateur turbo refroidi à l'eau

Générateur turbo refroidi par air

Les générateurs refroidis par air sont cohérents, solides et très simples à entretenir. Ces générateurs ont besoin de peu d'auxiliaires pour fonctionner et cela diminue les investissements initiaux pour comprendre l'usine. Ces types de turbogénérateurs sont simplement utilisés avec des turbines à vapeur et à gaz dans des arrangements à un ou plusieurs arbres. Ceux-ci sont également utilisés dans des applications géothermiques, partout où les conditions de l'environnement sont principalement sévères.

Les turbogénérateurs refroidis par air comprennent des enroulements de rotor à refroidissement direct et de stator à refroidissement indirect. Ceux-ci sont auto-ventilés en circuit fermé par des refroidisseurs air-eau. Des solutions spécifiques offrent la possibilité de travailler en surpression élevée pour permettre d'autres extensions de puissance, sinon en surpression légère pour installer et faire fonctionner le générateur dans des zones dangereuses.

Générateur turbo refroidi à l'hydrogène

Un turbogénérateur refroidi à l'hydrogène est utilisé avec des turbines à vapeur et à gaz dans un arrangement à un ou plusieurs arbres. Ces générateurs sont fiables, faciles à entretenir et robustes. L'hydrogène dans ce générateur augmente simplement les performances globales et fournit de faibles pertes par frottement. Ces turbogénérateurs ont des propriétés thermiques et d'hydrogène gazeux élevées, ils sont donc le plus souvent utilisés dans différents domaines.

Refroidi à l'hydrogène

Les caractéristiques du turbogénérateur refroidi à l'hydrogène incluent principalement des performances élevées et une longue durée de vie. Il existe différents modèles de turbogénérateurs disponibles sur le marché, tels qu'une bonne qualité, un rendement élevé et une fiabilité optimale, qui sont hermétiquement scellés pour éviter les fuites d'hydrogène gazeux.

Générateur turbo refroidi à l'eau

Les turbogénérateurs refroidis à l'eau sont conçus avec des stators refroidis à l'eau et des rotors refroidis à l'hydrogène qui sont des machines haut de gamme utilisées dans les turbines à très haute puissance. Ces turbogénérateurs ont une qualité, une efficacité et un fonctionnement optimal et fiable.

Générateur turbo refroidi à l'eau

Les turbogénérateurs refroidis à l'eau sont utilisés dans les grandes centrales électriques en raison de leur conception solide. Ces générateurs respectent les réglementations ATEX et PED pour assurer un fonctionnement sécurisé une fois que l'hydrogène gazeux est disponible. Ces générateurs avec enroulements de stator refroidis à l'eau sont fixés par des plaques de presse laminées pour réduire les pertes supplémentaires et également pour éliminer les points chauds.

Avantages

Les avantages des turbogénérateurs sont les suivants.

Le turbogénérateur présente de nombreux avantages tels qu'une fiabilité élevée, une réponse de contrôle élevée, une longue durée de vie, un rendement élevé, etc.

Ce générateur ne dépend pas de la température de l'atmosphère.

Il est très simple à utiliser avec une plate-forme accessible.

Il est très simple à concevoir.

Ils sont économiques par rapport aux autres générateurs.

Désavantages

Les inconvénients des turbogénérateurs sont les suivants.

Un turbogénérateur est une machine à haute tension, il y a donc un risque de produire une étincelle dans l'air et un choc électrique par contact.

Son coût de réparation est élevé.

Son coût d'entretien est élevé.

Ce générateur a de petits composants.

Il est disponible en grandes tailles et est lourd.

Ceux-ci sont chers.

Il utilise une très faible vitesse d'air pour retarder les performances.

Applications

Les applications des turbogénérateurs comprennent les suivantes.

Ce générateur est utilisé pour générer de l'énergie électrique en le connectant à l'arbre d'une turbine.

Ces générateurs sont principalement utilisés pour les vitesses de rotation maximales de l'arbre dans les turbines à gaz et à vapeur

Ceci est utilisé pour transformer l'énergie mécanique d'un fluide en mouvement comme la vapeur, l'eau liquide, l'air ou le gaz naturel en électricité.

Il est utilisé sur les locomotives à vapeur comme source d'alimentation pour les pompes à eau et l'éclairage des autocars utilisés en particulier pour les systèmes de chauffage

Il s'agit d'un alternateur entraîné par moteur qui utilise du carburant diesel pour entraîner correctement le moteur sur site.

Ceux-ci sont normalement utilisés partout où une alimentation de secours et d'urgence est requise lorsque l'alimentation électrique tombe en panne, comme les hôpitaux.

Ce générateur à grande vapeur génère de l'électricité.

Ceux-ci sont utilisés avec des navires turbiditiques qui sont actionnés par le courant.

Ceux-ci sont utilisés comme blocs d'alimentation auxiliaires.

Ceux-ci sont utilisés dans différentes centrales électriques telles que les centrales thermiques, les centrales hydroélectriques et les centrales solaires.

Quel type de rotor convient le mieux à un turbo alternateur ?

Pour un turbo alternateur ou un alternateur à grande vitesse, un rotor de type cylindrique lisse est normalement utilisé car; ces rotors ont de grandes longueurs axiales et de petits diamètres, ce qui leur permet de tourner à des vitesses élevées allant de 1500 tr/min à 3000 tr/min.

Quel type de générateur est utilisé dans les centrales thermiques ?

Un générateur à turbine à vapeur ou un turbogénérateur est normalement utilisé dans une centrale électrique thermique.

Quelles sont les méthodes de chargement des turbogénérateurs ?

Un turbogénérateur est chargé avec une seule méthode en connectant simplement un générateur à l'arbre de la turbine de détente.

Quelle est la fonction d'un turbogénérateur ?

La fonction d'un turbogénérateur est de générer de l'énergie électrique en se connectant à l'arbre d'une turbine à gaz/vapeur.

Qu'est-ce qu'un générateur turbo sur un navire ?

Un générateur à turbine est une source de production d'énergie propre très populaire sur les navires car ils n'utilisent aucun type de carburant comme le diesel. Ces générateurs à grande puissance de vapeur fournissent l'électricité, ils sont donc utilisés par les navires turbo-électriques propulsés à la vapeur.

Quelle est l'efficacité du turbogénérateur ?

L'efficacité d'un turbogénérateur refroidi à l'hydrogène est de 99,0 %. Il s'agit donc du type de turbogénérateur le plus couramment utilisé aujourd'hui en raison de sa chaleur spécifique élevée, de son rendement élevé, de sa conductivité thermique élevée et de sa faible densité d'hydrogène gazeux.

Pourquoi les générateurs ont-ils des turbos ?

Un turbogénérateur avec un générateur transforme l'énergie mécanique d'un fluide en mouvement, comme l'eau liquide, l'air ou le gaz naturel, ou la vapeur en électricité.

Il s'agit donc d'une vue d'ensemble d'un turbogénérateur – travaillant avec des applications. Un turbogénérateur est principalement conçu pour fonctionner dans le segment de la production d'électricité par le pétrole, le gaz, la géothermie et la biomasse. Comme ces générateurs sont des appareils à haute tension allant de moins de 1500V, l'efficacité d'une machine est donc précise. Ces générateurs sont donc de nature plus fiable. Ceux-ci sont utilisés avec des turbines à gaz ou à vapeur. Voici une question pour vous, quelle est la fonction d'un générateur ?