水輪發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)課件

第五章水輪發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)定子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)機架推力軸承水輪發(fā)電機的主要作用是將水輪機旋轉(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。水輪發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、機架、推力軸承、導(dǎo)軸承、冷卻器、制動器等部件組成。水輪發(fā)電機定子結(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。

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。鐵芯定子鐵芯是定子的一個重要部件，由扇形沖片、通風槽片、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。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。水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(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。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。

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。對于轉(zhuǎn)速大于或等于750r／min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)。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—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．—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機架和下機架，按承載性質(zhì)分為負荷機架和非負荷機架。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，主要有軸承座及支承、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)如圖所示：

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。

與巴氏合金瓦相比，彈性金屬塑料瓦推力軸承具有如下優(yōu)點：

①彈性金屬塑料瓦在大負荷條件下比相同情況的巴氏合金瓦油膜厚度大。運行可靠性高。②許用單位壓力大．損耗相對小。③彈性金屬塑料瓦推力軸承允許長期停機后在不頂轉(zhuǎn)子情況下啟動。④推力軸承可以在油槽內(nèi)冷卻器短時停水時正常運行。⑤安裝時不需要刮瓦和研瓦，減小了檢修安裝工作量，可縮短檢修安裝工期。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0.02mm／m。鏡板多采用45號鍛鋼，應(yīng)有足夠的剛度。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。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，如40Cr、30Cr等。

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。

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)。彈性墊支承氏的推力軸承