水輪發(fā)電機的結構講義

水輪發(fā)電機的結構講義第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月水輪發(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。水輪發(fā)電機組成主要由定子、轉子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器、制動器等部件組成。

第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月水輪發(fā)電機的特點凸極式轉子，極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉子在外形上與汽輪發(fā)電機大不相同。定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風溝。轉子磁極由厚度為1～2mm的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。磁極與磁極軛部采用T形或鴿尾形連接。

第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月水輪發(fā)電機定子結構

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。

第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月立軸水輪發(fā)電機定子結構

機座鐵心線圈第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月機座

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。

第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵芯

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。

第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月定子疊片加固第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月水輪發(fā)電機轉子結構

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

第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月主軸

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，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。第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月磁極

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750r／min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。第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月磁軛與轉子支架

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。第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月機架

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，按承載性質分為負荷機架和非負荷機架。第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月推力軸承

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。第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月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—絕緣墊第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月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。第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月鏡板

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0.02mm／m。鏡板多采用45號鍛鋼，應有足夠的剛度。

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。第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月托盤

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。其材質應選用能承受較大彎曲應力的高強度材料。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)。第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月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。

彈性墊支承氏推力軸承示意圖

1—螺釘；2—調整墊，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—推力頭第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月導軸承結構

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。第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)電機制動系統(tǒng)水輪發(fā)電機制動方式機械制動、電氣制動、混合制動水輪發(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)。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。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。機組檢修期間，進行重量轉移。制動器的類型單向制動器、雙向氣壓復位式。第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月通風系統(tǒng)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。通風元件壓力元件：轉子磁極、磁軛、風扇。其中磁極、磁軛是主要的壓力元件，在整個通風系統(tǒng)中占80%~90%的作用。阻力元件：定子。在整個通風系統(tǒng)中，定子風阻占整個風阻的70%第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

發(fā)電機盤車以及軸線調整水輪發(fā)電機總裝及軸線測量調整，是機組安裝調整的一個重要環(huán)節(jié)，機組軸線調整的優(yōu)劣將直接影響到機組的安全運行及使用壽命。機組軸線、機組中心線、機組旋轉中心線的概念機組軸線：貫穿機組主軸的中心線。機組中心線：機組固定部件的幾何中心連線；對于混流機組而言，發(fā)電機定子平均中心和水輪機固定止漏環(huán)平均中心的連線；對于軸流式機組而言，發(fā)電機定子平均中心和轉輪室中心的連線。旋轉中心：整個機組轉動部分圍繞著旋轉的那根幾何中心線，它是一條貫穿推力軸承鏡板鏡面中心的垂線。第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月機組軸系結構

機組總體結構形式為立軸半傘式結構。機組的全部軸向負荷由位于發(fā)電機下機架上的推力軸承承擔。機組的徑向負荷由發(fā)電機上導軸承、發(fā)電機下導軸承及水輪機水導軸承等三部軸承承擔。軸線是指機組轉動部分各部件，從下至上依次分別由轉輪、水輪機大軸、發(fā)電機主軸、推力頭、轉子、上端軸、集電環(huán)等部件組成。第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月機組軸系工作內(nèi)容

軸線測量：檢查機組軸線在幾個典型部位的擺度，看是否超出標準。軸線的處理：根據(jù)實際測量的機組軸線狀態(tài)，是否存在曲折、是否存在傾斜，曲折和傾斜是單一存在還是同時存在，做出有關的計算、分析判斷，并做出相應的處理。軸線的調整：將處理合格的軸線通過移軸和調整推力瓦的水平，使機組的旋轉中心和機組中心線重合。第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月軸系產(chǎn)生擺度的原因軸系產(chǎn)生擺度的原因很多，主要原因為軸線與鏡板磨擦面不垂直，或者軸線與旋轉中心線發(fā)生中心偏移所產(chǎn)生。如果鏡板磨擦面與整根軸線不垂直，當軸線回轉時軸線必然偏離理論回轉中心線，而軸線上任意一點測得的錐度圓，就是該點的擺度圓，擺度圓直徑Φ即構成該點的擺度。如果鏡板磨擦面與其附近的一段軸是垂直的，而與下一段軸連接時，由于法蘭面與軸線的不垂直而發(fā)生軸線曲折，當軸線旋轉時，便從折彎處形成錐形擺度圓，從而產(chǎn)生擺度。如果整體軸線與鏡板磨擦面垂直，而整體軸線偏離理論旋轉中心線，軸線旋轉時，依然會形成擺度圓，從而形成擺度。第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月鏡板磨擦面與軸線不垂直所產(chǎn)生的擺度法蘭組合面與軸線不垂直所產(chǎn)生的擺度軸線偏離旋轉中心產(chǎn)生擺度？？？第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月機組擺度及中心計算方法

主軸擺度計算方法

在下導軸承處均勻對稱抱8塊下導瓦，抱瓦間隙為0.02mm，并在測量面上標出+X、+Y、-X、-Y四個測量點，架設4塊百分表。在需要檢查擺度的旋轉部件上，做出對應的測點，并把各測量斷面百分表小指針調整到“5”，讀取各點讀數(shù)。啟動高壓油減載系統(tǒng)，將轉子旋轉180°，關閉高壓油，讀取各測量斷面百分表讀數(shù)。通過計算各測量斷面的位移，計算其擺度值。

機組旋轉中心確定

機組旋轉中心的確定，一般