水輪發(fā)電機常識

1、水輪發(fā)電機一、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。二、水輪發(fā)電機的基本工作原理在結(jié)構(gòu)上水輪發(fā)電機是一種凸極式三相同步發(fā)電機，其磁極一個個地掛在磁軛外圓上并突出在外。由于水輪機的轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，相應(yīng)的發(fā)電機的極數(shù)就比較多，所以做成凸極式在結(jié)構(gòu)工藝上就比較簡單。發(fā)電機定子鐵芯部分開有槽，槽內(nèi)安放三個繞組，代表三相定子繞組；定子內(nèi)部為轉(zhuǎn)子，主要由磁極、勵磁繞組和轉(zhuǎn)軸等組成。將直流電流引進勵磁繞組后將會建立磁場（改磁場對轉(zhuǎn)子來說是恒定的），當(dāng)水輪機拖動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場切割定子鐵芯內(nèi)的導(dǎo)線，在

2、定子繞組中就會產(chǎn)生三相感應(yīng)電勢，當(dāng)電樞繞組與外界三相對稱負載借同時，定子繞組內(nèi)將產(chǎn)生交流電流。三、水輪發(fā)電機組的型式1、按布置方式分：可分為臥式和立式兩種。 （1）臥式水輪發(fā)電機適合中小型、貫流及沖擊式水輪機。（2）一般低、中速的大、中型機組多采用立式發(fā)電機。2、按推力軸承位置分：立式發(fā)電機又分為懸式和傘式兩種。（1）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。 （2）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。3、按冷卻方式分：可分為空氣冷卻和水冷卻兩種 。四、水輪發(fā)電機組成主要由

3、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。 1、定子的結(jié)構(gòu)：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)如下圖：機座鐵心線圈（1）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。 （2）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

4、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。（3）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。 定子疊裝定子疊片加固2、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)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) （1）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

5、，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。（2）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)。（3）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)

6、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。 3、機架機架是立軸水輪發(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。機架由中心體和支臂組成，一般采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，中心體為圓盤形式，支臂大多為工字梁形式。機架按其所處的位置分為上、下機架，按承載性質(zhì)分為負荷機架和非負荷機架 。4、推力軸承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

7、等負荷，并將這些負荷傳給負荷機架。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。 剛性支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（1）抗重螺栓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

8、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。 （2）推力瓦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。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。 常用的推力瓦有巴式合金推力瓦和彈性金屬氟塑料瓦兩種。 （3）鏡板 鏡板是將推力負荷傳遞到推力瓦上的部件，技術(shù)要求高。 要求鏡板保證其平面度和水平度，一般為0.02mmm。鏡板多采用45號鍛鋼，應(yīng)有足夠的剛度。（4）推力頭 推力頭是承受并傳遞機組軸向負荷及扭矩的部件。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

9、上的。 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。 （5）托盤 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荷作用。其材質(zhì)應(yīng)選用能承受較大彎曲應(yīng)力的高強度材料。（6）絕緣墊 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，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。 （7）油的循環(huán)冷卻 軸承的油循環(huán)冷卻方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。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)。 （8）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荷，并使瓦傾斜形成動壓承載油楔。 彈性墊

10、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（9）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，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)。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 4、發(fā)電機制動系統(tǒng)（1）水輪發(fā)電機制動方式：機械制動、電氣制動、混合制動（2）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)。（3）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

11、。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。（4）制動器的類型 單向制動器、雙向氣壓復(fù)位式。5、通風(fēng)系統(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。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。五、水輪發(fā)電機的日常維護根據(jù)水電站機組的運行情況，定期對水輪發(fā)電機組進行必要的清掃，保持水輪發(fā)電機組設(shè)備的清潔，做到四周無雜物、無積水和及時處理掉有可能導(dǎo)致水輪發(fā)電機組不能正常運轉(zhuǎn)的安全隱患例如定期切換壓油裝置的油泵和導(dǎo)軸承油泵，以防電動機受潮。水輪發(fā)電機是整個發(fā)電站的主要設(shè)備之一，能否保證水輪發(fā)電機長期、正常運行會直接影響到水電站的生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。因此，工作人員在日常的工作使用中，一定要嚴