發(fā)電機基本結(jié)構(gòu)

發(fā)電機結(jié)構(gòu)

第一章同步發(fā)電機的工作原理我們知道，當導線在磁場中作切割磁力運動的時候，在導線中將有感應電勢產(chǎn)生，假設(shè)將導線連成閉合回路，就有電流流通，同步發(fā)電機構(gòu)的工作就是基于這個原理。不過，在實用的同步發(fā)電機中不是導線在運動，而是磁場在運動。圖4-1是同步發(fā)電機的原理圖。轉(zhuǎn)子由四塊電磁鐵組成；定子由開有槽的硅鋼片迭成，槽內(nèi)安放有導線，每個槽中的導線按一定規(guī)律連接起來構(gòu)成定子繞組。當轉(zhuǎn)子勵磁〔在轉(zhuǎn)子繞組中通以直流電〕，并在原動機帶動下旋轉(zhuǎn)，那么在定子繞線中產(chǎn)生交變電勢。下面我們研究A槽導線中電勢的情況。1、轉(zhuǎn)子在圖4-1所示位置時，導線A中的電勢方向，用右手定那么判斷為由外向內(nèi)，用符號表示；2、當轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過1/4圓周〔一個磁極〕時，A中電勢的方向由內(nèi)向外，用符號⊙表示；3、當轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過圓周2/4〔二個磁極〕時，A中電勢方向又為由外向內(nèi)；4、當轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過圓周3/4〔三個磁極〕時，A中的電勢方向為⊙；5、當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一周時，A中的電勢方向與初始一樣，即為。由上述可知，如果轉(zhuǎn)子有兩對磁極，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一周，導線電勢的頻率變化為兩個周期。假設(shè)轉(zhuǎn)子有P對磁極，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n/60時，導線A中電勢的頻率為〔4-1〕式中f—同步發(fā)電機電勢的頻率，單位為Hz;p—同步發(fā)電機的極對數(shù)；n—同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位為。假設(shè)f=50Hz，那么當P=1時，r/min；當P=2時，r/min；當P=3時，r/min。其他依此類推。公式〔4-1〕描述了所有同步電機〔不管是同步發(fā)電機還是同步電動機的共同特性：極對數(shù)P已定時，電機的轉(zhuǎn)速與電勢的頻率有著嚴格不變的關(guān)系。用電機專業(yè)的“行話〞來說就是“同步〞，同步電機的詞意也由此而來。

第二章水輪發(fā)電機的結(jié)構(gòu)

第一節(jié)立式水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子一、主軸水輪發(fā)電機主軸用以傳遞轉(zhuǎn)矩，并承受機組轉(zhuǎn)運局部的重量及軸向推力。主軸應具有一定的強度和剛度，以免運行中因軸的撓度過大使氣隙超過允許的偏差〔對臥式水輪發(fā)電機還應考慮轉(zhuǎn)子重量的影響〕，此外，軸系的臨界轉(zhuǎn)速〔無論對橫向振動還是扭轉(zhuǎn)振動〕應高于或等于機組飛逸轉(zhuǎn)速的1.2倍。主軸分一根結(jié)構(gòu)和分段軸兩種。一根結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、機組軸線易于調(diào)整。適用于中、小容量的水輪發(fā)電機和大容量懸式發(fā)電機。在這種結(jié)構(gòu)中，借助于軸與輪轂之間的鍵或軸與輪轂之間的過盈配合來傳遞轉(zhuǎn)矩。中、小型水輪發(fā)電機由于其力矩較小，轉(zhuǎn)軸尺寸小，加工鍵槽較方便等原因，所以常采用分段結(jié)構(gòu)。分段軸通常由上端軸、轉(zhuǎn)子支架和下端軸組成。這種結(jié)構(gòu)的中間段是轉(zhuǎn)子支架的中心體，沒有軸，所以又稱無軸結(jié)構(gòu)。假設(shè)廠房內(nèi)起吊高程結(jié)構(gòu)布置允許，下端軸可與水輪機軸合為一根軸。這樣可以節(jié)省材料、縮短機組高度，又可以保證軸的加工同心度，減小軸線擺度，從而提高安裝和運行質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)還具有主軸便于鍛造、運輸以及不需要熱套輪轂等優(yōu)點。小容量水輪發(fā)電機采用整鍛實心軸；大、中容量水輪發(fā)電機多采用整鍛空心軸；大容量水輪發(fā)電機主軸可以采用電渣焊工藝，將鑄造或鍛造的法蘭和鑄造的軸身連成整體。近來，已有用鋼板卷焊的大型薄壁軸結(jié)構(gòu)。

二、轉(zhuǎn)子支架轉(zhuǎn)子支架是將主軸和磁軛連接成為一體的中間部件。它的主要作用是固定磁軛和傳遞轉(zhuǎn)矩。大型輻臂式轉(zhuǎn)子支架的結(jié)構(gòu)。它由中心體和支壁組成，并通過合縫板連成一體。轉(zhuǎn)子支架中心體用鑄造輪轂與鋼板焊成或用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。它由輪轂、上圓盤、下圓盤、撐板、筋板和合縫板等組成。中心體外徑〔對邊距離〕通常為3.5—4m，假設(shè)超過4m，因運輸條件的限制，需要分瓣。轉(zhuǎn)子支架的支臂有工字形和盒形兩種結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)外形，盒式支臂又分為拐腿式、斜筒式和直筒式三種傘式水輪發(fā)電機多采用斜支臂結(jié)構(gòu)，以提高機組運行的穩(wěn)定性。

三、轉(zhuǎn)子磁軛磁軛的主要作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)運慣量和固定磁極，同時也是磁路的一局部。直徑小于4m的磁軛可用鑄鋼或整圓的厚鋼板組成。大于4m時采用扇形沖片磁軛。扇形沖片磁軛由扇形磁軛沖片1、通風槽牌2、定位銷3、拉緊螺桿4、磁軛上壓板5、磁軛鍵6、鎖定板7、卡鍵8、下壓板9、等零部件組成。沖片交錯迭裝，每迭250—500mm厚為一段，段間有通風槽片，以形成風溝。為了減小磁軛的傾斜度和波浪度，在磁軛上、下端裝有壓板〔也有用制動環(huán)代替下壓板的〕，用拉緊螺桿交磁軛固緊。磁軛通過磁軛鍵、卡鍵我鎖定板楔緊在轉(zhuǎn)子支架上。扇形磁軛沖片用2—4.5mm厚的鋼板沖成，沖片外圓有TA尾槽或鳩尾槽兩種。在T尾槽〔或鳩尾槽〕的兩側(cè)有彈簧槽〔也有沒有的，取決于磁極的結(jié)構(gòu)〕，利用槽內(nèi)彈簧將線圈撐緊，防止磁極線圈在發(fā)電機起動、運行和停機過程中徑向串動。沖片內(nèi)圓沖有鍵槽，以便用鍵楔將磁軛與支架固定。通風槽牌由普通磁軛沖片、襯口環(huán)和導風帶構(gòu)成。磁軛上、下壓板的結(jié)構(gòu)尺寸和沖片根本相似，只是壓板的外徑小，內(nèi)徑稍大，其厚度一般不小于20毫米，并分成數(shù)塊到工地組合成一體。制動環(huán)用鋼板制成，大容量水輪發(fā)電機采用分塊制動環(huán)，環(huán)的厚度一般為60mm，環(huán)的寬度至少與制動塊的寬度一樣。對無下壓板的結(jié)構(gòu)，制動環(huán)的寬度尺寸應取大些。為了減小摩擦引起的熱變形，在環(huán)的摩擦面上有輻向溝。此外，在相鄰兩扇形塊之間應有4—8mm的間隙，以防止熱脹引起制動環(huán)擠緊凸起。

四、磁極磁極產(chǎn)生磁場的主要部件。一般它由磁極鐵心，線圈和阻尼繞組等局部組成?！惨弧炒艠O的固定方式磁極固定在磁極上的方式，通常采用螺釘、T尾和鴿尾等結(jié)構(gòu)。中速和低速的中、小容量的水輪發(fā)電機的磁極用螺栓固定在轉(zhuǎn)子磁軛上；大、中容量水輪發(fā)電機的磁極用單個或多個T尾固定的迭片或整體磁軛上；軛部應力較高的中、小容量水輪發(fā)電機和局部大容量水輪發(fā)電機的磁極用鳩尾固定在迭片或整體磁軛。由于T尾結(jié)構(gòu)的制造工藝、受力及固定較鴿尾簡單，因此獲得較廣泛的應用〔二〕磁極結(jié)構(gòu)1、磁極鐵心磁極鐵心有實心和迭片兩種。為了滿足機械強度的要求和改善發(fā)電機的特性，中容量高速水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，常采用實心磁極鐵心結(jié)構(gòu)；抽水蓄能電站的高速發(fā)電機的轉(zhuǎn)子亦有采用實心磁極鐵心的，以便適應頻繁起動的要求。實心磁極鐵心由整體鍛鋼或鑄鋼件制成。迭片磁極鐵心由沖片，磁極壓板和拉緊螺桿等零件組成。一般水輪發(fā)電機的磁極鐵心都采用此種。〔1〕磁極沖片：磁極沖片的形狀，它多用1.5mm厚的薄鋼板沖壓而成。磁極沖牌上有T尾3〔一個或二個〕，在極靴2上有阻尼孔1，以便安放阻尼條。沖片中一般有四個螺桿孔，以便用拉緊螺桿將鐵心沖片緊固成整體?！?〕磁極壓板：一般采用鍛鋼或鑄鋼，壓板的主要尺寸與沖片相同。〔3〕螺桿或鉚釘：螺桿或鉚釘均用A3圓鋼或15號冷拉圓鋼制成。螺桿兩端不得凸出磁極壓板外表。2、磁極線圈〔勵磁線圈〕磁極鐵心上套裝有磁極線圈，它多用扁銅線立繞而成。匝與匝之間用石棉紙板絕緣，整個磁極線圈與磁極鐵心之間用云母板絕緣。線圈繞好后需經(jīng)浸膠熱壓處理，使之形成鞏固的整體。3、阻尼繞組水輪發(fā)電機產(chǎn)生振蕩時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、電壓、電流、功率及轉(zhuǎn)矩等均發(fā)生周期性的變動，嚴重時會造成水輪發(fā)電機與電力系統(tǒng)失去同步。所以，在水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁極上一般都裝有阻尼繞組。它的主要作用是提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，削弱過電壓的影響，抑制轉(zhuǎn)子自由振蕩，提高發(fā)電機承擔不對稱負荷的能力。阻尼繞組由阻尼條、阻尼環(huán)和阻尼環(huán)連接片等組成。阻尼條為裸銅條，放置在極靴的阻尼槽中，然后用銀銅焊將阻尼條與阻尼環(huán)連接固緊，再用連接片接成整環(huán)。五、集電裝置集電裝置由集電環(huán)和電刷裝置組成。集電環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上，經(jīng)電纜或銅排與勵磁繞組連接。直流電經(jīng)電刷、集電環(huán)流至勵磁繞組，使電機產(chǎn)生主磁場。集電裝置應設(shè)在便于觀察和維護以及無油霧和灰塵污染的位置。大容量懸式水輪發(fā)電機，集電環(huán)布置在勵磁機上面或上機架中心體內(nèi)，傘式水輪發(fā)電機的集電環(huán)多布置在上導軸承和上機架的上面〔半傘式〕或機組頂端〔全傘式〕；小容量水輪發(fā)電機的集電環(huán)常裝設(shè)在勵磁機內(nèi)，換向器的上面。二、推力軸承的調(diào)整

〔一〕集電環(huán)水輪發(fā)電機的集電環(huán)用鋼板制成，有套筒式和支架式兩種。套筒式集電環(huán)是將集電環(huán)直接熱套在套筒上，它適用于直徑小于550mm的集電環(huán)；支架式集電環(huán)又分為整圓和分瓣的兩種，用絕緣螺桿將集電環(huán)固定在支架上?！捕畴娝⒀b置電刷裝置主要由導電環(huán)和電刷等組成。導電環(huán)采用鋼板并通過絕緣螺桿固定在上機架中心體內(nèi)或勵磁機架上。根據(jù)電刷的數(shù)量和尺寸，導電環(huán)可做成半圓形或扇形?！罢?、“負〞導電環(huán)沿周向交錯布置，以防碳粉引起短路。電刷的材料為電化石墨，為減少運行中電刷的維護工作量，宜采用恒壓彈簧式刷盒。每個導電環(huán)上的電刷數(shù)和電纜接頭數(shù)應在兩個以上，不允許采用單刷和單接頭，這樣可以防止因電刷接觸不良或接頭松脫而導致機組失磁。第二節(jié)立式水輪發(fā)電機的定子水輪發(fā)電機的定子主要由機座、鐵心、繞組等主要部件組成，其典型結(jié)構(gòu)如圖5-14所示。一、機座機座用以固定鐵心，在懸式機組中它又是支持整個機組轉(zhuǎn)運局部的重要部件。機座為圓形或多邊形，小容量水輪發(fā)電機的機座多采用鑄鐵圓形機座，或采用鋼板焊接的箱形機座。大、中容量電機的機座〔圖5-15〕用12—60mm厚的鋼板制成壁、環(huán)、立筋及合縫板等零件焊接組裝而成。由于運輸條件的限制，機座外徑超過4m時，做成分瓣的一般為二、三、四六瓣、瓣間合縫處用螺絲聯(lián)接，并有徑向、軸向定位銷定位。隨著機座直徑的不斷增大，目前我國已有采用在工地拼裝焊成整體的結(jié)構(gòu)。機座應具有一定的剛度，以免定子變形和振動，并應能承受發(fā)電機的短路扭矩。機座下環(huán)與根底板間有徑向銷，并用地腳螺栓將其固定在混泥土上；機座上環(huán)與上機架相連，機座外緣外表開有一定數(shù)量的風口，在風口處安裝空氣冷卻器。二、定子鐵心定子鐵心是磁路的主要組成局部并用以嵌放繞組線圈。定子鐵心由扇形硅鋼片、通風槽片、定位筋、齒壓板、拉緊螺桿及固定片等部件裝壓而成。定位筋通過托塊焊于機座環(huán)上，扇形片、通風槽片疊裝于定位筋的鳩尾上，并通過上、下齒壓板及拉緊螺栓桿將鐵心壓緊成整體，如圖5-16所示?！惨弧成刃螞_片定子鐵心的扇形沖片〔圖5-17〕是由0.35或0.5mm厚的硅鋼片沖壓而成。沖片外緣有鳩尾槽，通過定位筋和托板將沖片固定在機座上。沖片內(nèi)緣有嵌線槽，對于大、中型水輪發(fā)電機來說，嵌線槽為開口槽?？繘_片外緣一端沖有R3半圓形標記孔，用于疊片時判別沖片的正反面。為了減小鐵心中的渦流損失，扇形沖片兩面涂有絕緣漆?！捕惩L槽片對于采用徑向通風系統(tǒng)的大、中容量水輪發(fā)電機，鐵心沿高度分成假設(shè)干段，每段鐵心沖片長度約為30-45mm。軸向通風系統(tǒng)，水冷電機每段鐵心沖片長度可大一些。段間有通風溝，它由通風槽片構(gòu)成。通風槽片由扇形片以及固定于扇形片上的通風槽鋼及襯口環(huán)組成，如圖5-18所示。通風槽片所用扇形片的材料為酸洗鋼板，厚度一般為0.5、0.65、0.75mm通風槽鋼采用A3鋼熱軋而成，截面為工字形，高10mm左右。通風槽鋼及襯口環(huán)一般多用點焊的方法固定于扇形片上。〔三〕定位筋、托塊、拉緊螺栓桿及齒壓板沖片通過定位筋和托快固定在機座上。定位筋由方鋼加工而成，呈鳩尾形，所以又稱鳩尾筋。托快由鋼板制成，目前多采用平板托快。拉緊螺栓桿及齒壓板用以將鐵心軸向壓緊。三、定子繞組〔一〕定子繞組型式定子繞組由許多線圈〔或線棒〕組成。它分為跌繞組和波繞組兩種型式。1.跌繞組圖5-19〔a〕為跌繞線圈，它是由假設(shè)干根導體并聯(lián)，纏繞數(shù)匝組成。為使并聯(lián)導體電流分配均勻，減小附加損失，在線圈的端部扭轉(zhuǎn)180°進行換位。一般在定子槽內(nèi)放有上、下兩層線圈。線圈的兩邊分別嵌放在相鄰兩極指定槽內(nèi)的上層和下層，依次跌裝，并按一定規(guī)律把線圈聯(lián)接起來〔詳見第六章〕。2.波繞組波繞線圈如圖5-19〔b〕所示。它由多根矩形斷面的導體并聯(lián)組成。線圈〔線棒〕的直線局部要進行換位，即依次把線圈內(nèi)的扁銅線進行上、中、下位置交換，通常換位節(jié)距不小于3cm。圖5-20為直線局部換位情況?！捕扯ㄗ泳€圈絕緣定子線圈絕緣包括股間、匝間、排間、換位、對地絕緣和防暈層等。圈式和條式高壓定子線圈的絕緣結(jié)構(gòu)見表5-1?！踩尘€圈的電暈、電腐蝕及其防止1.電暈高壓定子線圈在出槽口、通風槽口、槽中間隙等處絕緣外表的電場分布不均勻，在高壓電場作用下，局部場強到達臨界場強時，空氣中的帶電粒子發(fā)生局部電離，出現(xiàn)藍色的熒光，發(fā)出吱吱響聲，產(chǎn)生臭氧，這就是電暈現(xiàn)象。電暈產(chǎn)生熱效應，臭氧及氧化氮對絕緣中的有機物起損傷作用，并加速絕緣的老化。為防止定子線圈電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生，采用半導體覆蓋層，即槽內(nèi)采用低電阻半導體漆覆蓋層，端部采用高、低電阻雙層覆蓋層結(jié)構(gòu)。四、定子根底板與甚而螺桿立式水輪發(fā)電機的定子通過根底板固定在混凝土上。定子的根底件有根底板、楔形板、螺栓、鎖釘及根底螺桿等，如圖5-21所示。根底板為30—60mm厚鋼板組焊結(jié)構(gòu)或用鑄鋼而成。它的上面為機座底環(huán)，下面為楔形板。楔形板用以調(diào)整定子水平和標高。它是用鋼板加工而成，上、下楔形板配合面斜度為1：50。五、測溫裝置為了測量定子鐵心的溫度，定子鐵心內(nèi)埋入有測溫元件，如圖5-22所示。它是將一個電阻元埋入一片扇形酚醛層壓板的凹槽構(gòu)成的。利用電阻隨溫度變化關(guān)系，測其電阻就可知道該處溫度。我國用的測溫元件有用銅絲、絔絲繞成的兩種。測溫元件可以根據(jù)需要埋設(shè)。一般，沿鐵心軸向大致放在中心的一檔和接近兩端的檔內(nèi)。如需測軸向溫度分布，可多埋幾個檔里。既有埋在軛部的，也有埋在齒部的。將電阻元件埋入后，用環(huán)氧樹脂膠好，引出線需用屏蔽線。

第三節(jié)立式水輪發(fā)電機的機架機架式水輪發(fā)電機的一個較為重要的結(jié)構(gòu)部件，它是安裝推力軸承、導軸承、制動器、勵磁機定子及轉(zhuǎn)漿式水輪機受受油器的支撐部件。它由中心體和支臂組成。機架的結(jié)構(gòu)型式通常由水輪發(fā)電機的總體布置〔懸式、傘式或半傘式結(jié)構(gòu)〕確定。由于運輸條件的限制，當機架支臂外端的對應邊尺寸大于4m時，應采用可白拆拆卸支臂的機架〔圖5-23〕，也可采用局部拆卸機架〔圖5-24〕或井字型機架〔圖5-25〕；當支臂外端的對邊尺寸小于4m時，可采用中心體與支臂焊為一體的結(jié)構(gòu)。

機架從不同的角度進度進行分類。按機架相對轉(zhuǎn)子的位置可分為上機架和下機架。在轉(zhuǎn)子之上，安放于定子機座上的機架稱為上機架〔圖5-23〕；轉(zhuǎn)子之下，安放于定子下面根底上的機架稱為下機架〔圖5-24〕。按機架承載蛋性質(zhì)可分為荷重機架和非荷重機架。放置推力軸承的機架稱為荷重機架，它承受機組轉(zhuǎn)運局部的全部重量及水的軸向推力。懸式水輪機的上機架〔圖5-23〕、傘式或半傘式水輪機發(fā)電機的下機架〔圖5-26〕均屬荷重機架；非荷重機架一般只放置導軸承，主要承受轉(zhuǎn)子徑向機械不平衡力和因定、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻而產(chǎn)生的磁拉力。懸式發(fā)電機的下機架〔圖5-24〕和傘式發(fā)電機的上機架均屬非荷重機架。按機架支臂結(jié)構(gòu)可分為輻射型〔圖5-23〕、井字型〔圖5-25〕和橋型等。機架的中心體是由上、下圓板和立板等組成的圓盤形焊接結(jié)構(gòu)。機架的支臂是由上、下翼板和腹板組裝成的工字形或盒形截面的焊接結(jié)構(gòu)。中心體與支臂用螺栓固緊，為了保證組合面的緊密度和使中心體與支臂定位良好，采用圓柱銷或凸臺止口定位結(jié)構(gòu)。第四節(jié)立式水輪發(fā)電機的軸承水輪發(fā)電機的軸承有推力軸承和導軸承兩種。一、推力軸承〔一〕推力軸承的作用推力軸承承擔機組轉(zhuǎn)運局部的全部重量和水的軸向推力，并把這些力通過機架傳遞到根底上?！捕?、推力軸承的型式推力軸承可分為剛性支柱式、彈性油箱式、平衡塊式等多種。

2、彈性油槽箱支承式推力軸承彈性油箱支承式推力軸承又稱液壓支柱式推力軸承，如圖5-29所示。彈性油箱支承式推力軸承是推力瓦下面的支柱螺釘?shù)闹С钟沧臑閺椥杂拖渲С小８饔拖溆糜凸芟噙B并充入一定壓力的油。機組運行時瓦的不均勻負荷由彈性油箱均衡，使各瓦受力均勻。這種軸承結(jié)構(gòu)適用于推力負荷大的機組。彈性油箱四波紋、三波紋和單波紋結(jié)構(gòu)。雖然單波紋結(jié)構(gòu)的彈性較多波紋的差，但結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、節(jié)省材料，正在逐步推廣使用。圖5-30為國外介紹的一種彈性油箱式結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)啊下兩層油槽，用油箱相連，以平衡負荷。它的優(yōu)點是減小鏡板尺寸和軸承損耗；彈性油箱尺寸和軸瓦面積??；便于制造；瓦的變形小。有利于沒循環(huán)冷卻和形成油膜等。3、平衡塊式推力軸承平衡塊式推力軸承〔圖5-31〕是一種新型的推力軸承。它是一個多支點可動結(jié)構(gòu)，利用上、下平衡塊互相搭接〔上、下平衡塊接觸面和下平衡塊及油盤上墊板接觸面均勻為圓柱面與平面接觸〕、相互發(fā)現(xiàn)動作、連續(xù)自動調(diào)整每塊瓦的受力，從而改善了軸瓦的均勻性。同時，它還具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便等優(yōu)點。當推力軸承負荷很大時，可采用雙排扇形瓦結(jié)構(gòu)。目前，國外水輪發(fā)電機組采用一種平衡梁結(jié)構(gòu)。〔三〕推力軸承的主要結(jié)構(gòu)部件1、推力軸瓦軸瓦為推力軸承的靜止部件，一般做成扇形塊。在鋼坯的瓦上掛有一層軸承合金，合金厚約5mm，外表光潔度要求到達▽8，每cm有4—5個點接觸。進油邊刮出楔形斜坡，利于發(fā)電機起動時油膜的形成。為減小軸進油和出油區(qū)的流體阻力，一般在瓦外徑的左上角和內(nèi)徑的右下角切去一塊，見圖5-32〔a〕，其邊長約為30—100mm，假設(shè)切去的那局部為圓弧形或雙曲線見圖5-32〔b〕那么更理想。目前，液壓支柱式推力軸承中。普遍采用薄型推力軸瓦結(jié)構(gòu)，它將厚瓦分成薄瓦和托瓦兩局部。這樣有利于薄瓦的散熱，減小溫差并使受力均勻，可大大降低軸瓦的熱變形和機械變形。近來國外已有剖面為梯形的軸瓦，這種結(jié)構(gòu)可使進入油楔的氣泡減少。另外一種新結(jié)構(gòu)是用絕緣材料將軸瓦的其余五個面都包起來，以減小溫度梯度，防止瓦熱變形。2、鏡板鏡板是推力軸承的關(guān)鍵部件之一。因此，要求鏡板：1〕有較高的精度和光潔度；2〕有足夠的剛度；3〕鏡板上、下兩面平行等。否那么對安裝機組時擺度的調(diào)整和運行時機組的穩(wěn)定性將有直接地影響。鏡板多用45號鍛鋼制成。中、小容量水輪發(fā)電機多采用鏡板與推力頭鍛成一體的結(jié)構(gòu)，而大容量水輪發(fā)電機那么常采用鏡板與推力頭分開的結(jié)構(gòu)。當鏡板的尺寸超過運輸極限時需采用分瓣鏡板結(jié)構(gòu)。3、推力頭推力頭是承受軸受軸向負荷和傳遞轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)部件。它有三種型式：〔1〕L型推力頭，這種推力頭的縱剖面的一半為L型，故稱L型推力頭。它多用于推力軸承單獨裝設(shè)在一個油槽內(nèi)的懸式結(jié)構(gòu)?！?〕靴型推力頭：這種推力頭的縱剖面的一半為靴型。它多用于推力軸承與上導軸承合用一個油槽的懸式結(jié)構(gòu)。推力頭與發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轂鑄成一體，或采用鑄焊結(jié)構(gòu)，它適用于傘式發(fā)電機。目前，推力頭的材料為焊接性能和鑄造性能較好的合金結(jié)構(gòu)鑄鋼，它應有足夠的剛度和強度。輪轂型推力頭和轉(zhuǎn)子輪轂通常熱套于轉(zhuǎn)軸上，其他型式的推力頭與轉(zhuǎn)軸均采用平鍵連接。4、托盤5、推力軸承的支承結(jié)構(gòu)〔1〕剛性支承結(jié)構(gòu)：支柱螺釘裝在有螺紋套筒的軸承座上。對軸承進行安裝調(diào)整后，將固定螺栓擰緊，再用片固定，以防支柱螺釘在運行時松動?！?〕彈性油箱支承結(jié)構(gòu)：此種結(jié)構(gòu)〔見圖5-29〕主要由彈性油箱、支鐵、支柱螺釘、鎖定板和保護套等組成。彈性油箱內(nèi)充滿潤滑油，油箱之間用鋼管連接，整個油壓系統(tǒng)需牢固密封。利用油箱的軸向變形及沒壓傳遞使各瓦受力均勻。支鐵放在油箱內(nèi)，以減小充油量，當油箱出現(xiàn)漏油事故時，支鐵還可以承受負荷，起保護作用。油箱外面裝有保護套，使油箱不致受機械損傷。軸承的高程由油箱上部的支柱螺釘調(diào)整，調(diào)整后，用鎖定板鎖定，以防支柱螺釘松動?！?〕平衡塊支承結(jié)構(gòu)：平衡塊體用普通碳素鋼制成，塊體兩個“肩部〞搭接處鑲有鉻鋼志。上、下平衡塊搭接處的圓柱面的硬度和光潔度應到達一定的要求。下平衡塊的下平面的中間也鑲有一個圓柱的鉻鋼塊，它與墊塊接觸。平衡塊支承的穩(wěn)定條件和支承的初平衡條件〔參見圖5-31〕6、絕緣墊為防止軸電流對軸瓦和鏡面的腐蝕，通常在軸承座下面或推力頭與鏡板結(jié)合面之間裝有絕緣墊板。前者起主要絕緣作用。后者僅作為安裝時調(diào)整機組軸線用。近來，有些發(fā)電機的鏡板與推力頭之間的絕緣已取消，采用研刮推力頭的方法來調(diào)整軸的擺度，這樣克服了由于絕緣墊板的變形和腐蝕而引起軸擺度的變化。但在脈動的軸向力作用下，推力頭與鏡板之結(jié)合面仍會產(chǎn)生接觸腐蝕，影響軸的擺度。為此，在鏡板的內(nèi)外緣裝設(shè)圓形密封橡皮條，以防油流入。絕緣墊板以2mm厚的環(huán)氧酚醛玻璃布板為材料，作成婁塊扇形板，然后拼成整圓。絕緣墊板應比軸承底座外徑長出50mm，它與油槽底面也應有50mm的距離〔圖5—35〕，以此提高絕緣性能。為增大螺釘和銷釘孔處的爬電距離，除用絕緣套管和絕緣圈之外，還應墊較厚的絕緣圈。四〕推力軸承的循環(huán)冷卻推力軸承的循環(huán)冷卻分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。1、內(nèi)循環(huán)油冷卻器與推力軸承安置在同一個油槽內(nèi)〔參見圖5—27〕，依靠軸承旋轉(zhuǎn)部件的粘滯作用和冷熱油的對流，形成循環(huán)油路。為加強循環(huán)冷卻效果，在推力頭的內(nèi)徑進油區(qū)域的旋轉(zhuǎn)件上，裝設(shè)軸流泵葉片〔葉輪泵〕，參見圖5-29。內(nèi)循環(huán)的結(jié)構(gòu)型式主要分為以下四種。1〕裝有立式冷卻器的內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)油冷卻器由兩個半圓組成，為扇形布置〔圖5-36〕。冷卻器的高比寬大，在其中部有徑向隔油板，使油從冷卻器的上半部流向下半部。冷卻器的上面裝有穩(wěn)油板。2〕裝有臥式冷卻器的內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)此種冷卻器的寬比高大，截面為矩形，其高度低于軸承瓦面，如圖5-27所示。3〕裝有抽屜式冷卻器的內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)此種冷卻器由多根同心排列的U形管組成，在油槽內(nèi)呈輻射型布置并固定在油槽壁上〔圖5-38〕。4〕推力軸承與軸承合用油槽的內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)此種結(jié)構(gòu)參見圖5-27所示。2、外循環(huán)外循環(huán)可分為外加泵外循環(huán)和鏡板外循環(huán)兩種。1〕外加泵外循環(huán)油冷卻器裝設(shè)在油槽外，用油管、回油槽和電動油泵組等裝置將它與油槽連成循環(huán)回路〔圖5-39〕。裝置的安裝高程須低于油槽底面。電動油泵組除常用交流泵外，還可備用交流泵和備用直流及自動切換裝置，以提高軸承運行的可靠性。2〕鏡板泵外循環(huán)在鏡板〔或推力頭〕上開徑向孔〔或后傾泵孔〕構(gòu)成簡易離心泵〔圖5-40〕，即鏡板泵。在鏡板的外緣裝有集油槽〔相當于一般油泵的蝸殼〕，用以聚集熱油，并將熱油送入管路。熱負荷較高，冷卻條件差的軸承，在鏡板的內(nèi)緣須加裝導流圈，迫使油從軸承座底流向泵孔，使使瓦間局部冷油不致被抽走，以改善軸瓦的潤滑冷卻。裝設(shè)導流圈還可以防止油面附近含有泡沫的油進入泵孔，這樣提高了泵口進油質(zhì)量，有利于油的循環(huán)冷卻。采用鏡板泵外循環(huán)的冷卻方式具有節(jié)省油泵和輔助設(shè)備，又能在機組起動時立即建立油循環(huán)的優(yōu)點，可防止外加油泵因控制系統(tǒng)失靈而造成斷油事故。5、補氣裝置造成擋油管甩油的重要因素之一是擋油管的下端處于發(fā)電機風路的負壓區(qū)，引起油、氣泄漏。為了防止油、氣泄漏，就必須破壞負壓，因此需采用補氣裝置。補氣裝置有兩種：一是在推力頭外外表，對準擋油管的頂部區(qū)域，開幾個徑向通孔，如圖5-44所示。假設(shè)將孔開在圖中A處，那么孔還有排油作用，管口區(qū)的油和油氣，甩至B槽內(nèi)然后集中流回油槽。另一種是用管道將擋油管的下端區(qū)域與發(fā)電機蓋板外的大氣相通，如圖5-45所示。二、導軸承〔一〕導軸承的作用導軸承用約束軸線位移和防止軸的擺動。〔二〕導軸承的分類1、按導軸承所在位置分類按導軸承所在位置的不同可分為上導軸承和下導軸承。位于轉(zhuǎn)子之上的導軸承為上導軸承，位于轉(zhuǎn)子之下的為下導軸承。對于機組轉(zhuǎn)速較高的，多采用上、下兩個導軸承；對于中、低速機組，可不裝設(shè)下導軸承。2、按結(jié)構(gòu)布置分類按結(jié)構(gòu)布置的不同可分為具有單獨油槽的導軸承、與推力軸承合用一個油槽的導軸承和楔子板式導軸承。圖5-46為具有單獨油槽的導軸承的結(jié)構(gòu)圖，這種導軸承一般由滑轉(zhuǎn)子〔又稱軸領(lǐng)〕、軸瓦、托盤、調(diào)整螺釘、冷卻器、支架、油槽等組成。通常，導軸瓦是扇形分塊式的，將滑轉(zhuǎn)子和軸瓦之間的間隙，從而控制軸的擺度。在轉(zhuǎn)子上開有供油孔，潤滑油在離心力的作用下經(jīng)供油孔進入轉(zhuǎn)子和軸瓦之間，以便潤滑。冷卻器裝于油槽中，通過冷卻器水管中的循環(huán)水將油冷卻。與推力軸承合用一個油槽的導軸承的特點是推力兼作導軸承的滑轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)緊湊，但導軸瓦直徑較大，瓦數(shù)較多。楔子板式導軸承的特點是用楔子板代替調(diào)整螺釘。由于取消了支柱螺釘和有關(guān)零件，使結(jié)構(gòu)和制造工藝簡化。三〕導軸承的主要結(jié)構(gòu)部件水輪發(fā)電機的導軸瓦一般多采用扇形分塊式結(jié)構(gòu)，通常瓦的摩擦外表積約為滑轉(zhuǎn)子摩擦外表的70—80%，瓦的支撐略有偏心，以便形成油膜。導軸瓦瓦面掛有軸承合金，瓦與瓦座之間采用槽型絕緣、絕緣套管和絕緣墊圈結(jié)構(gòu)，以防電流通過導軸瓦?；D(zhuǎn)子用35號鋼制成。其內(nèi)徑的軸向長度應于擋油管的高度相適應。它熱套于軸上，并與軸一起加工。油冷卻器有半環(huán)式、盤香式、抽屜式、箱式等結(jié)構(gòu)形式。半環(huán)式油冷卻器制造復雜，冷卻用水量較大；盤香式?jīng)]有水箱，制造較簡單，但水阻力較大，冷卻用水量小；抽屜式油冷卻器便于檢修拆裝，特別適用于油槽上部空間位置較小的傘式發(fā)電機。第五節(jié)水輪發(fā)電機的通風冷卻系統(tǒng)目前，利用空氣作為冷卻介質(zhì)對定、轉(zhuǎn)子繞組及鐵心外表進行冷卻仍然是水輪發(fā)電機的主要冷卻方式。隨著單機容量的增大，定、轉(zhuǎn)子繞組熱負荷的增加，對冷卻方式也提出了更高的要求。為了在一定轉(zhuǎn)速下提高單位體積的輸出功率，某些大容量的水輪發(fā)電機采用直接水冷方式。一、通風系統(tǒng)根據(jù)發(fā)電機容量、損耗值以及轉(zhuǎn)子的壓頭，水輪發(fā)電機的通風系統(tǒng)分為開啟式通風、管道式通風和具有空氣冷卻器的閉路循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)等三種。其中前兩適用于容量較小的發(fā)電機。后者適用于額定容量為4000kVA上的水輪發(fā)電機，這種通風冷卻系統(tǒng)的特點是空氣成閉路循環(huán)，利用空氣冷卻器進行熱交換。所以，它具有冷風穩(wěn)定、溫度低；空氣清潔枯燥，有利于絕緣壽命；安裝維修較方便等優(yōu)點。按照風路特點，閉路循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)又可分為封閉路雙路徑向通風系統(tǒng)；雙路軸、徑向通風系統(tǒng)；雙路徑向無風扇通風系統(tǒng)；帶喇叭口路徑向通風系統(tǒng)；單路軸向通風系統(tǒng)和單路徑通風系統(tǒng)等。二、空氣冷卻器與暖風窗裝置〔一〕空氣冷卻器空氣冷卻器又稱熱交換器，它由多根冷卻水管，上、下承管板，密封橡皮墊和上一、下水箱等零部件組成，如圖5-50所示。大、中容量水輪發(fā)電機，一般裝有8或12個空氣冷卻器，它沿定子圓周均勻分布，并通過支架固定在機座壁上。各個冷卻器通過閥門以并聯(lián)方式連接于環(huán)形的進出水管上?？諝饫鋮s器的冷卻水管通常為