水輪發(fā)電機的結(jié)構(gòu)講義

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1、概 述v水輪發(fā)電機組的型式按布置方式分：可分為臥式和立式兩種。 X臥式水輪發(fā)電機適合中小型、貫流及沖擊式水輪機。X一般低、中速的大、中型機組多采用立式發(fā)電機。按推力軸承位置分：立式發(fā)電機又分為懸式和傘式兩種。X推力軸承位于轉(zhuǎn)子上方的發(fā)電機稱為懸式發(fā)電機，它適用于轉(zhuǎn)速在100r/min以上。 X推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方的發(fā)電機稱為傘式發(fā)電機，無上導(dǎo)的稱為全傘式，有上導(dǎo)的稱為半傘式，它適用于轉(zhuǎn)速在150r/min以下。 按冷卻方式分：可分為空氣冷卻和水冷卻兩種 。 v水輪發(fā)電機的主要作用 將水輪機旋轉(zhuǎn)的機械能最終轉(zhuǎn)換成電能，其結(jié)構(gòu)與性能的好壞對電站的安全、穩(wěn)定、高效運行起著致關(guān)重要的作用。v水輪發(fā)電機

2、組成 主要由定子、轉(zhuǎn)子、機架、推力軸承、導(dǎo)軸承、冷卻器、制動器等部件組成。 v水輪發(fā)電機的特點 凸極式轉(zhuǎn)子，極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機大不相同。定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。轉(zhuǎn)子磁極由厚度為12mm的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。磁極與磁極軛部采用 T 形或鴿尾形連接。 水輪發(fā)電機定子結(jié)構(gòu) v水輪發(fā)電機定子主要由機座、鐵芯和三相繞組線圈等組成。鐵芯固定在機座上。三相繞組線圈嵌裝在鐵芯的齒槽內(nèi)。發(fā)電機定子機座、鐵芯和三相繞組統(tǒng)一體統(tǒng)稱為發(fā)電機的定子，也稱為電樞。 立軸水輪發(fā)電機定子結(jié)構(gòu) 機座

3、鐵心 線圈 v機座 定子機座一般呈圓形，小容量水輪發(fā)電機多數(shù)采用鑄鐵整圓機座，也有采用鋼板焊接的箱形結(jié)構(gòu)；容量較大的水輪發(fā)電機的機座由鋼板制成的壁、環(huán)、立筋及合縫板等零件焊接組裝而成。機座應(yīng)有足夠的剛度，同時還應(yīng)能適應(yīng)鐵心的熱變形。 v鐵芯 定子鐵芯是定子的一個重要部件，由扇形沖片、通風(fēng)槽片、定位筋、齒壓板，拉緊螺桿及固定片等零部件裝壓而成。 定子鐵芯的作用是：作為磁路的主要組成部分，為發(fā)電機提供磁阻很小的磁路，以通過發(fā)電機所需要的磁通，并用以固定繞組。v繞組三相繞組由絕緣導(dǎo)線繞制而成，均勻地分布于鐵芯內(nèi)圓齒槽中。三相繞組接成Y形，它的作用是當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)時，定子繞組切割磁力線而感應(yīng)出電勢。

4、定子疊片加固 水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) v水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)換能量和傳遞轉(zhuǎn)矩的主要部件，一般由主軸、轉(zhuǎn)子支架、磁軛、磁極等部件組成。立軸水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) v主軸 主軸的作用是用來傳遞扭矩，應(yīng)具有一定的強度和剛度。主軸一般由35號、40號、45號或20SiMn等鋼整鍛而成。 小容量水輪發(fā)電機一般采用整鍛實心軸，也有的采用無縫鋼管作為軸；大、中型容量的發(fā)電機采用整鍛空心軸。 v磁極 磁極是提供勵磁磁場的磁感應(yīng)部件，由磁極鐵芯，線圈，上、下托板，極身絕緣，阻尼繞組及鋼墊板等零部件組成。磁極鐵芯分實心和疊片兩種結(jié)構(gòu)。 中、小容量高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，常采用實心磁極結(jié)構(gòu)，整體鍛造或鑄造而成。轉(zhuǎn)速大于或等

5、于750rmin的小型水輪發(fā)電機，常采用磁極鐵芯連同轉(zhuǎn)子的磁軛與主軸整體鍛造加工。磁極固定方式通常采用螺釘、T尾和鴿尾結(jié)構(gòu)。 v磁軛與轉(zhuǎn)子支架 磁軛的作用是構(gòu)成磁路并固定磁極。轉(zhuǎn)子支架的作用是固定磁軛。對于定子鐵芯外徑小于325cm的中小容量的水輪發(fā)電機，磁軛可用鑄鋼或整圓的厚鋼板制造，不需要專門的轉(zhuǎn)子支架。對于定子鐵芯外徑較大的水輪發(fā)電機，磁軛通過轉(zhuǎn)子支架和主軸連成一體。 磁軛的外緣加工有T尾、鷴尾槽或螺孔，用以固定磁極。 機架 v機架是立軸水輪發(fā)電機安置推力軸承、導(dǎo)軸承、制動器及水輪機受油器的支撐部件，是水輪發(fā)電機較為重要的結(jié)構(gòu)件。v機架由中心體和支臂組成，一般采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，中心體為圓

6、盤形式，支臂大多為工字梁形式。v機架按其所處的位置分為上、下機架，按承載性質(zhì)分為負(fù)荷機架和非負(fù)荷機架 。 推力軸承 v推力軸承的組成和作用 推力軸承是應(yīng)用液體潤滑承載原理的機械結(jié)構(gòu)部件，主要由軸承座及支承、軸瓦、鏡板、推力頭、油槽及冷卻裝置等部件組成。其主要作用是承受立軸水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部分全部重量及水推力等負(fù)荷，并將這些負(fù)荷傳給負(fù)荷機架。v推力軸承的分類 推力軸承支承結(jié)構(gòu)方式主要有彈性墊支承式、剛性抗重螺栓支承式、彈性油箱支承和平衡塊支承式四種。彈性墊支承式只用于小容量的立軸發(fā)電機；彈性油箱支承和平衡塊支承式用于大中型發(fā)電機；中小型水輪發(fā)電機的推力軸承一般采用剛性抗重螺栓支承方式。 v剛性支

7、柱螺釘支承方式的推力軸承 剛性抗重螺栓支承方式的推力軸承結(jié)構(gòu)如圖： 1上機架；2冷卻器；3氣窗；4導(dǎo)軸承裝配；5密封蓋；6卡環(huán)；7推力頭；8隔油板；9鏡板；10擋油管；11主軸；12軸承座；13抗重螺栓；14托盤；15推力瓦；16絕緣墊 抗重螺栓X推力瓦由頭部為球面的抗重螺栓支承，抗重螺栓垂直擰入裝有螺紋套筒的軸承座上。調(diào)整抗重螺栓的高度，可使瓦塊保持在同一水平面上，使瓦塊受力均勻。 推力瓦X推力瓦是推力軸承中的關(guān)鍵部件，它是整個機組轉(zhuǎn)動部分和固定部分的摩擦面，并且承受整個機組轉(zhuǎn)動部分的重量和軸向水推力。X推力瓦一般做成扇形塊，中小型水輪發(fā)電機推力軸承的推力瓦數(shù)多為6塊8塊。 X常用的推力瓦有

8、巴式合金推力瓦和彈性金屬氟塑料瓦兩種。 鏡板 X鏡板是將推力負(fù)荷傳遞到推力瓦上的部件，技術(shù)要求高。 X要求鏡板保證其平面度和水平度，一般為0.02mmm。X鏡板多采用45號鍛鋼，應(yīng)有足夠的剛度。 推力頭 X推力頭是承受并傳遞機組軸向負(fù)荷及扭矩的部件。多數(shù)用平鍵和卡環(huán)固定在主軸上，也有采用熱套方法固定于主軸上的。 X推力頭應(yīng)有足夠的剛度和強度，以承受機組軸向推力產(chǎn)生的彎矩作用，不致產(chǎn)生有害的變形和損壞。 托盤 X托盤的作用是減小軸瓦的變形。另外，托盤的軸向柔度在運行中有一定的均衡負(fù)荷作用。X其材質(zhì)應(yīng)選用能承受較大彎曲應(yīng)力的高強度材料。絕緣墊 X通常在軸承座下面或推力頭與鏡板結(jié)合面之間裝設(shè)絕緣墊，

9、切斷軸電流回路，保護軸瓦工作面，并起到絕緣和調(diào)整軸線的雙重作用。 油的循環(huán)冷卻 X軸承的油循環(huán)冷卻方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。X中小型水輪發(fā)電機軸承的油循環(huán)冷卻方式一般為內(nèi)循環(huán)。 v彈性墊支承氏的推力軸承 軸承瓦由彈性墊支承。依靠墊的彈性變形吸收瓦的不均勻負(fù)荷，并使瓦傾斜形成動壓承載油楔。 彈性墊支承氏推力軸承示意圖 1螺釘；2調(diào)整墊，3鏡板；4彈性墊； 5絕緣墊；6機架；7軸承座；8推力瓦；9擋油管；l0主軸；11推力頭 導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu) 1軸承座；2密封罩；3滑轉(zhuǎn)子；4主軸；5導(dǎo)軸承瓦； 6套筒；7支柱螺釘；8冷卻器 v導(dǎo)軸承 導(dǎo)軸承是用來承受水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部分的徑向機械不平衡力和電磁不平衡力，

10、并約束軸線徑向位移和防止軸的擺動，使機組軸線在規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。 發(fā)電機制動系統(tǒng)v水輪發(fā)電機制動方式 機械制動、電氣制動、混合制動v水輪發(fā)電機制動系統(tǒng)的組成 制動裝置（俗稱 風(fēng)閘）、控制原件、管路系統(tǒng)。v機械制動的作用 為避免機組停機減速過程后期時間較長，引起推力瓦的磨損。一般當(dāng)機組轉(zhuǎn)速降低到額定轉(zhuǎn)速25%35%，自動投入制動器，加閘停機。 對沒有配備高壓油頂起裝置的機組，當(dāng)經(jīng)歷較長時間的停機之后，再次啟動前，用油泵將壓力油打入制動器頂起轉(zhuǎn)子，使推力瓦重新建立油膜，為推力瓦創(chuàng)造良好的工作條件。 機組檢修期間，進(jìn)行重量轉(zhuǎn)移。 v制動器的類型 單向制動器、雙向氣壓復(fù)位式。 通風(fēng)系統(tǒng)v通風(fēng)系

11、統(tǒng) 機組運行時，發(fā)電機繞組以及鐵芯將產(chǎn)生大量的熱量，為了使繞組和鐵芯的溫度不至于過高而引起繞組絕緣損壞，發(fā)電機必須設(shè)置通風(fēng)冷卻裝置。v一個良好通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)具備的基本要求 水輪發(fā)電機運行實際產(chǎn)生的風(fēng)量應(yīng)達(dá)到設(shè)計值并略有余量。 各部位（特別是定子的有效段）的冷卻風(fēng)量應(yīng)合理分配，各部位溫度分布均勻。 風(fēng)路簡單，損耗較低。 結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、運行穩(wěn)定。 有時還能滿足水電廠廠房結(jié)構(gòu)以及利用發(fā)電機的熱風(fēng)供廠房冬季取暖。 v通風(fēng)元件 壓力元件：轉(zhuǎn)子磁極、磁軛、風(fēng)扇。其中磁極、磁軛是主要的壓力元件，在整個通風(fēng)系統(tǒng)中占80%90%的作用。 阻力元件：定子。在整個通風(fēng)系統(tǒng)中，定子風(fēng)阻占整個風(fēng)阻的70% 發(fā)電機盤車

12、以及軸線調(diào)整v水輪發(fā)電機總裝及軸線測量調(diào)整，是機組安裝調(diào)整的一個重要環(huán)節(jié)，機組軸線調(diào)整的優(yōu)劣將直接影響到機組的安全運行及使用壽命。v機組軸線、機組中心線、機組旋轉(zhuǎn)中心線的概念 機組軸線：貫穿機組主軸的中心線。 機組中心線：機組固定部件的幾何中心連線； 對于混流機組而言，發(fā)電機定子平均中心和水輪機固定止漏環(huán)平均中心的連線； 對于軸流式機組而言，發(fā)電機定子平均中心和轉(zhuǎn)輪室中心的 連線。 旋轉(zhuǎn)中心：整個機組轉(zhuǎn)動部分圍繞著旋轉(zhuǎn)的那根幾何中心線，它是一條貫穿推力軸承鏡板鏡面中心的垂線。 v機組軸系結(jié)構(gòu) 機組總體結(jié)構(gòu)形式為立軸半傘式結(jié)構(gòu)。機組的全部軸向負(fù)荷由位于發(fā)電機下機架上的推力軸承承擔(dān)。機組的徑向負(fù)荷

13、由發(fā)電機上導(dǎo)軸承、發(fā)電機下導(dǎo)軸承及水輪機水導(dǎo)軸承等三部軸承承擔(dān)。軸線是指機組轉(zhuǎn)動部分各部件，從下至上依次分別由轉(zhuǎn)輪、水輪機大軸、發(fā)電機主軸、推力頭、轉(zhuǎn)子、上端軸、集電環(huán)等部件組成。 機組軸系工作內(nèi)容 軸線測量：檢查機組軸線在幾個典型部位的擺度，看是否超 出標(biāo)準(zhǔn) 。軸線的處理：根據(jù)實際測量的機組軸線狀態(tài)，是否存在曲折、是否 存在傾斜，曲折和傾斜是單一存在還是同時存在， 做出有關(guān)的計算、分析判斷，并做出相應(yīng)的處理。軸線的調(diào)整：將處理合格的軸線通過移軸和調(diào)整推力瓦的水平，使 機組的旋轉(zhuǎn)中心和機組中心線重合。 v軸系產(chǎn)生擺度的原因 軸系產(chǎn)生擺度的原因很多，主要原因為軸線與鏡板磨擦面不垂直，或者軸線與旋

14、轉(zhuǎn)中心線發(fā)生中心偏移所產(chǎn)生。 如果鏡板磨擦面與整根軸線不垂直，當(dāng)軸線回轉(zhuǎn)時軸線必然偏離理論回轉(zhuǎn)中心線，而軸線上任意一點測得的錐度圓，就是該點的擺度圓，擺度圓直徑即構(gòu)成該點的擺度。如果鏡板磨擦面與其附近的一段軸是垂直的，而與下一段軸連接時，由于法蘭面與軸線的不垂直而發(fā)生軸線曲折，當(dāng)軸線旋轉(zhuǎn)時，便從折彎處形成錐形擺度圓，從而產(chǎn)生擺度。如果整體軸線與鏡板磨擦面垂直，而整體軸線偏離理論旋轉(zhuǎn)中心線，軸線旋轉(zhuǎn)時，依然會形成擺度圓，從而形成擺度。 鏡板磨擦面與軸線不垂直所產(chǎn)生的擺度法蘭組合面與軸線不垂直所產(chǎn)生的擺度軸線偏離旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生擺度 ？ v機組擺度及中心計算方法 主軸擺度計算方法 X在下導(dǎo)軸承處均勻?qū)?/p>

15、稱抱8塊下導(dǎo)瓦，抱瓦間隙為0.02mm，并在測量面上標(biāo)出+X、+Y、-X、-Y四個測量點，架設(shè)4塊百分表。在需要檢查擺度的旋轉(zhuǎn)部件上，做出對應(yīng)的測點，并把各測量斷面百分表小指針調(diào)整到“5”，讀取各點讀數(shù)。啟動高壓油減載系統(tǒng)，將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180，關(guān)閉高壓油，讀取各測量斷面百分表讀數(shù)。通過計算各測量斷面的位移，計算其擺度值。 機組旋轉(zhuǎn)中心確定 X機組旋轉(zhuǎn)中心的確定，一般以機組轉(zhuǎn)動部分與固定部分的最小間隙處為測量部位，如轉(zhuǎn)輪上下止漏環(huán)，擋油圈等部位。機組安裝時旋轉(zhuǎn)中心測量部位為轉(zhuǎn)輪下止漏環(huán)。同時兼顧轉(zhuǎn)輪上冠間隙。 機組旋轉(zhuǎn)中心垂直度測量計算 X機組旋轉(zhuǎn)中心垂直度是指機組轉(zhuǎn)動部分在轉(zhuǎn)動過程中，各轉(zhuǎn)動部分

16、旋轉(zhuǎn)中心線的垂直度。 X機組旋轉(zhuǎn)中心垂直度的獲得，可以通過測量和計算大軸任意兩個斷面在0和180兩個方位下的偏心值來得到。垂直度的調(diào)整可以通過調(diào)整推力軸承抗重螺栓高差或者調(diào)整承重機架水平來調(diào)整。 大軸旋轉(zhuǎn)中心示 意圖 v機組軸系部件安裝及擺度檢查 推力頭擺度檢查調(diào)整 主軸擺度檢查調(diào)整 轉(zhuǎn)子銷套加工及銷套、螺栓安裝 上端軸、集電環(huán)及補氣閥安裝及擺度檢查 軸系擺度整體檢查 X軸系擺度全部安裝調(diào)整完成后，對整體軸系進(jìn)行擺度檢查，計算各部擺度，繪制軸線偏心分布圖，提交盤車記錄。 v機組中心調(diào)整 機組中心調(diào)整主要包括轉(zhuǎn)輪與固定止漏環(huán)的間隙調(diào)整、軸系與推力軸承擋油圈間隙及定、轉(zhuǎn)子空氣間隙的調(diào)整。軸線中心確定 軸系中心的確定以轉(zhuǎn)輪下止漏環(huán)間隙為準(zhǔn)，通過盤車確定轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)中心相對底環(huán)的偏心位置，將轉(zhuǎn)輪調(diào)整到中心，偏差控制在0.10mm范圍內(nèi)。