發(fā)電機基本結構與冷卻

1、發(fā)電機基本知識及輔助系統(tǒng)發(fā)電機基本知識及輔助系統(tǒng) 講課人: 湯齊電機的基本知識電機的基本知識l電機的重要性：現(xiàn)在我們的生活離不開電機l電機的本質：能量轉換的設備 機械能電能l電機的基本理論 1、法拉第一楞次定律（感應電動勢定律） e=BLv 2、畢奧-薩伐爾定律（電磁力定律）F=IBL所有電機都是根據(jù)這兩個定律的基本原理設計的電機內(nèi)部能量轉換電機內(nèi)部能量轉換電機實現(xiàn)能量交換條件電機實現(xiàn)能量交換條件l電機要進行能量交換必須要具備有相對運動的兩個部分，一個是產(chǎn)生磁場的磁感應部件，另一個是感應電動勢和流過工作電流的被感應部件 l為了要相對運動，任何一個旋轉電機來說必須有一個定子部件，固定住一套繞組和

2、磁路部分，另外還要必須有一個轉動部件，支承住另一套繞組和磁路部分 電機基本組成部分電機基本組成部分電機基本組成定子 轉子支撐裝置底座其它附屬裝置定子定子l定子。是輸入電功率，產(chǎn)生磁場的靜止部件。對交流電機來說，在通常結構型式下，定子磁場是旋轉的；對直流電機來說，定子磁場是靜止的。定子通常是由機座固定在底板上(對大型電機)或基礎上（對中、小型電機）。轉子轉子l轉子。是產(chǎn)生一個與定子磁場相對運動的磁場，軸上輸出機械功率的重壓部件，其上各部件往往要承受較大機械應力和電磁力，轉子通常是依靠轉軸支撐在軸承上。軸承裝置軸承裝置l是使轉子能以所需方式旋轉，而能保持定、轉子相對位置的主要結構。中小型電機一般采

3、用滾動軸承，固定在電動機兩側端蓋上；大型電機一般采用滑動軸承，用軸承座固定在底板或端蓋上。是電機的重要組成部位。也是容易損壞的部位。電機底座電機底座l單臺的中、小電機沒有底板，定、轉子、機座、端蓋裝配為一個整體，依靠與機座為一體的底腳板直接固定到基礎上。l大型電機定子、軸承座、端罩都裝到一個有足夠剛度的基礎板底板上，使電機成為一個整體。附屬結構附屬結構1、集電環(huán)與換向器：是構成旋轉部分導電的滑動接觸的結構2、接線盒：可靠固定輸入電能的各種導體端子，并使之與機座可靠絕緣的部件3、冷卻系統(tǒng)：對電機進行冷卻，主要由風扇和冷卻器組成 4、支撐系統(tǒng)：此部分主要以端蓋為主，并起一定的防護作用。5、附件：主

4、要是電機保護系統(tǒng)，如電機風扇罩，對輪保護罩，電氣保護系統(tǒng)。電機的主要類型電機的主要類型l工作方式分類：發(fā)電機、電動機、轉換機和調相機l電流種類來分類： 直流和交流。交流又分為同步電機和異步電機。 l勵磁方式分類：自勵、他勵、幷勵、復勵l但使用最廣的、最具代表性有四種電機 同步發(fā)電機、同步電動機、異步電動機、直流電動機不同類型電動機原理上的區(qū)別不同類型電動機原理上的區(qū)別l不同種類的電動機，是由建立磁場方式不同而區(qū)分的 1、直流電機：電動機兩個磁場分別由直流勵磁產(chǎn)生 2、同步電動機：一個磁場由直流勵磁產(chǎn)生，一個由交流電流產(chǎn)生 3、異步電動機：兩個磁場分別由不同頻率的交流電流產(chǎn)生同步發(fā)電機同步發(fā)電機

5、l同步發(fā)電機是當今社會主要動力電源，是現(xiàn)代電力工業(yè)中，無論是火電、水電、核電、風電全部采用同步發(fā)電機，為了適應電力工業(yè)發(fā)展的需要，降低運行成本和提高發(fā)電效率，目前同步發(fā)電機發(fā)展趨勢是提高單機容量和電壓等級。目前汽輪發(fā)電機的最大單機容量已達1500MW，水輪發(fā)電機的單機容量已達700MW,額定電壓已達20KV以上。 發(fā)電機的基本組成靜止部分-定子旋轉部分-轉子定子定子鐵芯定子(電樞)繞組定子機座線圈固定的結構件氫氣冷卻器電機定子外形圖電機定子外形圖轉子轉軸轉子繞組護環(huán)中心環(huán)集電環(huán)風扇發(fā)電機轉子發(fā)電機轉子發(fā)電機主要部件圖發(fā)電機主要部件圖發(fā)電機結構示意圖發(fā)電機結構示意圖發(fā)電機定子機座發(fā)電機定子機座l

6、對定子機座主要從以下三個方面介紹對定子機座主要從以下三個方面介紹l機座的分類機座的分類: 發(fā)電機定子機組分為三段式結構和整體式結構l機座的材料機座的材料: 優(yōu)質中厚鋼板和鍋爐鋼l機座的作用機座的作用: 支撐和固定鐵芯等部件和形成風路。針有對氫冷機組還要一定防爆能力定子機組定子機組鐵芯背部連接示意圖鐵芯背部連接示意圖發(fā)電機定子鐵芯發(fā)電機定子鐵芯l對定子鐵芯主要從以下三個方面介紹l定子鐵芯的材料：無取向優(yōu)質冷軋硅鋼片l定子鐵芯的組成：硅鋼片沖壓成扇型后迭壓l定子鐵芯的作用：構成磁路，并是固定定子繞組的骨架鐵芯端部屏蔽結構示意圖鐵芯端部屏蔽結構示意圖發(fā)電機的定子繞組發(fā)電機的定子繞組l發(fā)電機的定子繞組

7、是發(fā)電機的主要部件，是發(fā)電機產(chǎn)生感應電勢和電磁轉距，實現(xiàn)機電能量轉換的關鍵部件同時也是發(fā)電機最容易損壞部位l發(fā)電機定子繞組是由根線棒按照一定規(guī)律排列而形成旋轉磁場線圈繞組線圈繞組定子線圈水電接頭定子線圈水電接頭空心導線與實心導線空心導線與實心導線線圈固定的結構件線圈固定的結構件在發(fā)電機的運行時，因高速旋轉和線圈內(nèi)部的大電流，線圈將承受很多的力，尤其是線圈的端部，這些力將導致線圈產(chǎn)生位移、振動。從而使線圈損壞，造成發(fā)電機損壞的事故。 發(fā)電機端部的固定，在發(fā)電機的設計、生產(chǎn)以及檢修的過程中都是重點。發(fā)電機端部固定示意圖發(fā)電機端部固定示意圖端部結構示意圖端部結構示意圖發(fā)電機定子端部圖發(fā)電機定子端部圖

8、上海上海30萬發(fā)電機線圈槽內(nèi)固定圖萬發(fā)電機線圈槽內(nèi)固定圖轉軸轉軸l發(fā)電機的轉軸由高機械性能和導磁性能好的合金鋼鍛造而成.l轉軸有中心孔以便檢查鍛件的質量并安裝勵磁引線的導電桿用l在轉軸圓周對稱開有嵌線槽,未開嵌線槽的部分為大齒.大齒沿軸向開有橫向月牙槽,平衡大齒和小齒的剛度.l因轉子冷卻方式不同，轉子結構也有一定區(qū)別，如副槽冷卻轉子，在嵌線槽下面沿軸向開具有一定斜度的通風槽。發(fā)電機轉軸發(fā)電機轉軸轉子繞組轉子繞組l發(fā)電機轉子繞組為同心式繞組，每極有幾個線圈串聯(lián)，兩極 之間也是串聯(lián)。 風斗冷卻發(fā)電機轉子繞組線圈由含銀硬銅線組成，槽內(nèi)最底匝線圈的下半匝銅線截面呈U字形。在槽內(nèi)部分的每根扁銅上，銑出兩

9、排方向不同的斜向通風孔，其位置按不同的方向錯開，以形成斜流風道。 轉子繞組轉子繞組l副槽通風發(fā)電機轉子l匝由上下兩根含銀銅線組成，在轉子本體長度范圍內(nèi)為實心銅線，銅線沿寬度方向有兩排腰圓行通風孔；端部全長為加工成矩形槽的銅排 ，當兩根相對地對拼在一起時，就在中間形成一個矩形通風風道；在線圈直線與端部轉角相互連接處附近側面開有進風孔，在近磁極中心處的銅排側面開有出風孔。正在下線的發(fā)電機發(fā)電機轉子正在下線的發(fā)電機發(fā)電機轉子正在下線的發(fā)電機發(fā)電機轉子正在下線的發(fā)電機發(fā)電機轉子轉子線圈直線部轉子線圈直線部轉子線圈端部轉子線圈端部轉子端部轉子端部二期發(fā)電機轉子端部結構圖二期發(fā)電機轉子端部結構圖轉子引線圖

10、轉子引線圖轉子護環(huán)、中心環(huán)和風扇轉子護環(huán)、中心環(huán)和風扇l發(fā)電機采用懸掛式護環(huán)-中心環(huán)結構。護環(huán)用于箍緊轉子本體兩端的繞組端部，不使轉子高速旋轉時由于離心力的作用而移動。因中心環(huán)內(nèi)圓與轉子軸不接觸，故通常稱為懸掛式護環(huán)。護環(huán)采用對應力腐蝕不敏感的18Mn18Cr高強度反磁性鋼制成,中心環(huán)為優(yōu)質合金鋼鍛件.l發(fā)電機采用單級螺槳式風扇。扇葉片由高強度鋁合金制成扇葉用螺母把合固定在風扇座環(huán)上，風扇座環(huán)熱套固定在轉軸上轉子轉子集電環(huán)集電環(huán)l集電環(huán)和刷架、碳刷是將外界的直流電引進轉子勵磁繞組。l集電環(huán)是套在轉子軸上，和轉子一起旋轉的兩只金屬圓柱體，與軸之間用玻璃絲層壓板圓桶相互絕緣起來。l集電環(huán)材質的選用

11、和熱處理的好壞對機組的安全運行很重要，現(xiàn)在何種材料好還沒有明確的結論l集電環(huán)滑動表面開有螺紋溝，一是左螺紋、一是右螺紋，便于碳刷與滑環(huán)摩擦所產(chǎn)生的粉末沿螺紋方向排出。集電環(huán)集電環(huán)基本結構總結基本結構總結l以上我們從作用、材料對發(fā)電機的主要部件進行了大體的了解。但發(fā)電機內(nèi)部結構是十分復雜的。同時為提高發(fā)電機的經(jīng)濟性能，就必須使單機容量加大，增加單機容量主要依靠合理利用材料；改進電機結構和冷卻技術。我們必須不斷的學習，爭取更多的了解發(fā)電機的結構，才能保證機組穩(wěn)定運行，對異常做出正確的判斷，對機組做必要的維修。發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)l一、發(fā)電機冷卻系統(tǒng)重要性；l二、發(fā)電機冷卻系統(tǒng)的發(fā)展；l

12、三 、氫氣的特點；l四、發(fā)電機的一般風路；l五、20萬KW發(fā)電機風路；l六、30萬KW發(fā)電機風路；l七、定子內(nèi)冷水的冷卻方法發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)重要性發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)重要性 電機設計的基本規(guī)律說明，單機容量越大，其經(jīng)濟性能越好，而單機容量增大，主要依靠冷卻技術的改進。所以對發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)單獨提出來進行討論。 發(fā)電機是一個能量轉換的機械。在能量轉換的過程中會產(chǎn)生損耗，這些損耗會以熱能的方式表現(xiàn)出來。所以我們要對運行的發(fā)電機進行溫度監(jiān)視和控制 發(fā)電機冷卻的發(fā)展發(fā)電機冷卻的發(fā)展l電機的誕生有100多年的歷史，但是冷卻技術的發(fā)展，還僅僅是30年的事。l空氣冷卻：30年代末期以前，汽輪發(fā)電機基本處于單一的

13、空冷階段。l氫冷卻：1937年美國通用電氣公司首先生產(chǎn)25MW的發(fā)電機，次年美國西屋公司生產(chǎn)50MW發(fā)電機，氫冷進入歷史舞臺發(fā)電機冷卻的歷史發(fā)電機冷卻的歷史l液（水）-氫冷：1956年，英國開始采用凈化水冷卻電機的定子繞組。目前，定子繞組直接用水進行冷卻已很普遍。l雙水內(nèi)冷：1958年，上海電機廠生產(chǎn)出第一臺雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機l全液（水）冷卻：目前只是少數(shù)公司研制和生產(chǎn)l超導電機和蒸發(fā)冷卻：今后的發(fā)展方向。 氫氣的特點氫氣的特點l氫氣存在這些的缺點，為什么還是在許多氣體冷卻介質中選擇氫氣，這是因為氫氣有其他氣體無法比的5大優(yōu)勢 ：l一、氫氣的熱容量大 l二、氫氣的密度小 l三、氫氣的放熱能力強

14、 l四、氫氣本身對發(fā)電機定轉子繞組的絕緣 有利 l五、氫氣本身不助燃，有利防火。 發(fā)電機要求的氫氣指標發(fā)電機要求的氫氣指標l氫氣純度：提高氫氣純度主要原因是出于安全和經(jīng)濟。高純度氫氣不會引起爆炸，機內(nèi)氫氣純度高損耗小，發(fā)電機效率高，節(jié)能?？绽浒l(fā)電機的損耗一般為額定容量的2.6%通風損耗占總損耗的35%-50%，而氫冷使發(fā)電機效率提高0.8%-1.15%l 氫氣濕度：發(fā)電機內(nèi)的氫氣濕度高，將降低氫氣純度，導致通風損耗增加和降低效率，另外還會使鐵心表面生銹，定轉子受潮，絕緣電阻降低，并因此產(chǎn)生擊穿閃絡，造成事故。發(fā)電機的一般風路發(fā)電機的一般風路l在介紹發(fā)電機結構的時候提到發(fā)電機轉子上兩側的風扇形成

15、對稱的風路，將熱氫氣抽出，經(jīng)過氫冷器降溫為冷氫后進入發(fā)電機定轉子各部位，形成一個封閉的冷熱循環(huán)，達到冷卻效果。那么氫氣如何在發(fā)電機內(nèi)部流動來冷卻發(fā)電機？一般來說，發(fā)電機的風路分成四路 20萬萬KW發(fā)電機風路；發(fā)電機風路；l20萬發(fā)電機為哈爾濱電機廠生產(chǎn)，定子鐵芯采用的冷卻方式是四進五出.l20萬發(fā)電機轉子繞組氣隙取氣斜流式的冷卻方式。冷卻轉子的風路分成槽部風路和端部風路：發(fā)電機定子鐵芯風路示意圖發(fā)電機定子鐵芯風路示意圖20萬萬KW發(fā)電機轉子風路圖發(fā)電機轉子風路圖30萬萬KW發(fā)電機風路；發(fā)電機風路； 30萬發(fā)電機是上海電機廠制造，定子鐵芯由汽、勵兩端進入后，由氣隙返回。風扇將氫氣抽出后經(jīng)冷卻器冷

16、卻出來的冷風分成兩路 進行冷卻定子l轉子繞組為轉子副槽徑向式冷卻方式,發(fā)電機冷卻轉子的風路也分成槽部風路和端部風路： 300MW轉子風路圖轉子風路圖氣隙取氣斜流式優(yōu)點缺點氣隙取氣斜流式優(yōu)點缺點優(yōu)點1、轉子中的氣體流量大約與轉子體的長度成正比，并可提供盡量多的氣體流量，從而使氣體溫升盡量降低 2、轉子繞組溫升均勻，最高溫升育平均溫升之比1.251.35之間 3、不必使用高壓風扇 4、轉子槽滿率高 缺點：1、轉子表面及槽楔較復雜，金加工量大 2、線圈加工復雜 3、轉子表面風磨損耗大 4、進入轉子的氣體已倍部分定子損耗所預熱，而且在大多數(shù)情況下氣隙中冷熱氣體混合，使進入轉子氣體也部分地被轉子的損耗所

17、預熱，從而降低冷卻效果。 轉子副槽徑向式轉子副槽徑向式 優(yōu)缺點優(yōu)缺點優(yōu)點：1、槽楔加工簡單、銅線的沖制、定位簡單 2、轉子表面風磨損耗小 3、不需要高壓風扇 4、轉子的冷卻氣體直接來自風扇而不經(jīng)過定子加熱，冷卻氣體的溫度低于氣隙中的氣體溫度，冷卻效果好 5、轉子繞組溫升均勻。最高溫升育平均溫升之比不大于1.25 缺點：1、因為轉子本體要加工副槽，造成槽滿率低，轉子利用率低，勵磁損耗較大 2、進風面積有限（取決于轉子直徑）冷卻氣體的流量不可能于轉子長度成比例 發(fā)電機氣體冷卻器發(fā)電機氣體冷卻器l作用：發(fā)電機內(nèi)部的氫氣在冷卻轉子繞組、定子鐵芯等部件后冷氫變成熱氫，氫氣冷卻器將熱氫變成冷氫l氣體冷卻器

18、的幾種類型：繞簧式、翅片式、擠壓式、套片式冷卻器外形冷卻器外形內(nèi)冷水的水質要求內(nèi)冷水的水質要求l電導率0.51.5us/cm（20度）lPH值在7 9之間l 硬度 2ug/Ll含氧量 10ppml交流泄漏電流密度1mA/cm2l直流泄漏電流密度0.75mA/cm2l水中無機械混合物l水速、水溫和水中含氨量有一定量的控制內(nèi)冷水的冷卻路線內(nèi)冷水的冷卻路線l發(fā)電機的內(nèi)冷水兩個冷卻水路l定子繞組及定子繞組并聯(lián)引線冷卻水路 :勵側匯水管線圈的空心導線汽側匯水管l主引線及定子出線冷卻水路發(fā)電機的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)電機的監(jiān)控系統(tǒng)1、電流、電壓監(jiān)視系統(tǒng)：定子、轉子的電壓電流進行實時監(jiān)測2、溫度監(jiān)控系統(tǒng)：定子的風溫、水

19、溫、線圈溫度進行實時監(jiān)測3、絕緣監(jiān)控系統(tǒng)：定轉子線圈的絕緣進行監(jiān)測發(fā)電機的輔助系統(tǒng)發(fā)電機的輔助系統(tǒng)l大型發(fā)電機一般的冷卻方式都要采取水和氫的冷卻介質。而如何保證此介質的安全運行，這就需要為發(fā)電機增加制氫系統(tǒng)，密封油系統(tǒng)，內(nèi)冷水系統(tǒng)等設備。同時為了保證發(fā)電機轉子線圈有電流產(chǎn)生，發(fā)電機要有勵磁系統(tǒng)l制氫系統(tǒng)：為發(fā)電機運行產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)，采用水電解制氫l密封油系統(tǒng)：主要由密封油的循環(huán)系統(tǒng)，密封瓦，平衡閥等部件組成后進行密封發(fā)電機內(nèi)部的氫氣，防止氫氣沿軸向滲漏，l內(nèi)冷水系統(tǒng)：主要提供發(fā)電機內(nèi)冷水循環(huán)，生產(chǎn)合格內(nèi)冷水l勵磁系統(tǒng)：為發(fā)電機轉子線圈輸送勵磁電流的系統(tǒng)制氫系統(tǒng)制氫系統(tǒng)l發(fā)電機在運行中因氫氣滲漏

20、、濕度、純度不合格，往往需要進行排補氫。所以發(fā)電廠都建立單獨的制氫站以滿足用氫需要。l采用水電解制氫:堿性水溶液電解后，在陰極上析出氫和在陽極析出氧的反映。制氫流程制氫流程密封油系統(tǒng)密封油系統(tǒng)l為防止發(fā)電機兩端動靜結合部位漏氫，發(fā)電機端部設置了軸封裝置，即密封瓦。為保證密封瓦的正常有效地工作，設置了密封油系統(tǒng)。現(xiàn)發(fā)電機采用雙流環(huán)式密封瓦，有兩條獨立的密封油路分別供給密封瓦的空側和氫側油。與氫氣接觸的一側密封油路為氫側密封油，與空側接觸的一側密封油為空側密封油。l主要設備：空側射油器，交直流空、氫側密封油泵，冷油器，氫側密封油箱，過濾器，平衡閥，壓差閥，隔氫裝置密封油系統(tǒng)密封油系統(tǒng)內(nèi)冷水系統(tǒng)內(nèi)冷水系統(tǒng)l內(nèi)冷水系統(tǒng)用于冷卻發(fā)電機定子線圈。主要由內(nèi)冷水泵、內(nèi)冷水冷卻器、過濾器、內(nèi)冷水箱，離子交換器等組成。l工作