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的機械能最終轉換成電能，其結構與性能的好壞對電站的安全、穩(wěn)定、高效運行起著致關重要的作用。二、水輪發(fā)電機的基本工作原理在結構上水輪發(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。由于水輪機的轉速較低，要發(fā)出工頻電能，相應的發(fā)電機的極數(shù)就比較多，所以做成凸極式在結構工藝上就比較簡單。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)部為轉子，主要由磁極、勵磁繞組和轉軸等組成。將直流電流引進勵磁繞組后將會建立磁場（改磁場對轉子來說是恒定的），當水輪機拖動發(fā)電機轉子旋轉時，旋轉的轉子磁場切割定子鐵芯內(nèi)的導線，在

2、定子繞組中就會產(chǎn)生三相感應電勢，當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）推力軸承位于轉子上方的發(fā)電機稱為懸式發(fā)電機，它適用于轉速在100r/min以上。 （2）推力軸承位于轉子下方的發(fā)電機稱為傘式發(fā)電機，無上導的稱為全傘式，有上導的稱為半傘式，它適用于轉速在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、轉子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器、制動器等部件組成。 1、定子的結構：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)電機定子結構如下圖：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構；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。機座應有足夠的剛度，同時還應能適應鐵心的熱變形。 （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，它的作用是當轉子磁極旋轉時，定子繞組切割磁力線而感應出電勢。 定子疊裝定子疊片加固2、轉子的結構水輪發(fā)電機的轉子是轉換能量和傳遞轉矩的主要部件，一般由主軸、轉子支架、磁軛、磁極等部件組成。立軸水輪發(fā)電機轉子結構 （1）主軸 主軸的作用是用來傳遞扭矩，應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構。 中、小容量高轉速水輪發(fā)電機的轉子，常采用實心磁極結構，整體鍛造或鑄造而成。轉速大于或等于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尾和鴿尾結構。（3）磁軛與轉子支架 磁軛的作用是構成磁路并固定磁極。轉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

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)電機較為重要的結構件。機架由中心體和支臂組成，一般采用鋼板焊接結構，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 ：推力軸承是應用液體潤滑承載原理的機械結構部件，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 ：推力軸承支承結構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構如圖： 1上機架；2冷卻器；3氣窗；4導軸承裝配；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鍵部件，它是整個機組轉動部分和固定部分的摩擦面，并且承受整個機組轉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)應選用能承受較大彎曲應力的高強度材料。（6）絕緣墊 通常在軸承座下面或推力頭與鏡板結合面之間裝設絕緣墊，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）導軸承 導軸承是用來承受水輪發(fā)電機組轉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)旋轉的結構。導軸承結構 1軸承座；2密封罩；3滑轉子；4主軸；5導軸承瓦； 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、。一般當機組轉速降低到額定轉速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、雙向氣壓復位式。5、通風系統(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)電機必須設置通風冷卻裝置。一個良好通風系統(tǒng)應具備的基本要求水輪發(fā)電機運行實際產(chǎn)生的風量應達到設計值并略有余量。各部位（特別是定子的有效段）的冷卻風量應合理分配，各部位溫度分布均勻。風路簡單，損耗較低。結構簡單、加工容易、運行穩(wěn)定。有時還能滿足水電廠廠房結構以及利用發(fā)電機的熱風供廠房冬季取暖。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)電機組設備的清潔，做到四周無雜物、無積水和及時處理掉有可能導致水輪發(fā)電機組不能正常運轉的安全隱患例如定期切換壓油裝置的油泵和導軸承油泵，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