水輪發(fā)電機(jī)常識(shí)

1、水輪發(fā)電機(jī)一、水輪發(fā)電機(jī)的主要作用將水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能最終轉(zhuǎn)換成電能，其結(jié)構(gòu)與性能的好壞對(duì)電站的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行起著致關(guān)重要的作用。二、水輪發(fā)電機(jī)的基本工作原理在結(jié)構(gòu)上水輪發(fā)電機(jī)是一種凸極式三相同步發(fā)電機(jī)，其磁極一個(gè)個(gè)地掛在磁軛外圓上并突出在外。由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，相應(yīng)的發(fā)電機(jī)的極數(shù)就比較多，所以做成凸極式在結(jié)構(gòu)工藝上就比較簡(jiǎn)單。發(fā)電機(jī)定子鐵芯部分開(kāi)有槽，槽內(nèi)安放三個(gè)繞組，代表三相定子繞組；定子內(nèi)部為轉(zhuǎn)子，主要由磁極、勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)軸等組成。將直流電流引進(jìn)勵(lì)磁繞組后將會(huì)建立磁場(chǎng)（改磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)是恒定的），當(dāng)水輪機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)切割定子鐵芯內(nèi)的導(dǎo)線，在

2、定子繞組中就會(huì)產(chǎn)生三相感應(yīng)電勢(shì)，當(dāng)電樞繞組與外界三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載借同時(shí)，定子繞組內(nèi)將產(chǎn)生交流電流。三、水輪發(fā)電機(jī)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(jī)適合中小型、貫流及沖擊式水輪機(jī)。（2）一般低、中速的大、中型機(jī)組多采用立式發(fā)電機(jī)。2、按推力軸承位置分：立式發(fā)電機(jī)又分為懸式和傘式兩種。（1）推力軸承位于轉(zhuǎn)子上方的發(fā)電機(jī)稱(chēng)為懸式發(fā)電機(jī)，它適用于轉(zhuǎn)速在100r/min以上。 （2）推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方的發(fā)電機(jī)稱(chēng)為傘式發(fā)電機(jī)，無(wú)上導(dǎo)的稱(chēng)為全傘式，有上導(dǎo)的稱(chēng)為半傘式，它適用于轉(zhuǎn)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(jī)組成主要由

3、定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)架、推力軸承、導(dǎo)軸承、冷卻器、制動(dòng)器等部件組成。 1、定子的結(jié)構(gòu)：水輪發(fā)電機(jī)定子主要由機(jī)座、鐵芯和三相繞組線圈等組成。鐵芯固定在機(jī)座上。三相繞組線圈嵌裝在鐵芯的齒槽內(nèi)。發(fā)電機(jī)定子機(jī)座、鐵芯和三相繞組統(tǒng)一體統(tǒng)稱(chēng)為發(fā)電機(jī)的定子，也稱(chēng)為電樞。立軸水輪發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)如下圖：機(jī)座鐵心線圈（1）機(jī)座 定子機(jī)座一般呈圓形，小容量水輪發(fā)電機(jī)多數(shù)采用鑄鐵整圓機(jī)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(jī)的機(jī)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(jī)座應(yīng)有足夠的剛度，同時(shí)還應(yīng)能適應(yīng)鐵心的熱變形。 （2）鐵芯 定子鐵芯是定子的一個(gè)重要部件，由扇形沖片、通風(fēng)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(jī)提供磁阻很小的磁路，以通過(guò)發(fā)電機(jī)所需要的磁通，并用以固定繞組。（3）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(dāng)轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組切割磁力線而感應(yīng)出電勢(shì)。 定子疊裝定子疊片加固2、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)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。立軸水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) （1）主軸 主軸的作用是用來(lái)傳遞扭矩，應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和剛度。主軸一般由35號(hào)、40號(hào)、45號(hào)或20SiMn等鋼整鍛而成。 小容量水輪發(fā)電機(jī)一般采用整鍛實(shí)心軸

5、，也有的采用無(wú)縫鋼管作為軸；大、中型容量的發(fā)電機(jī)采用整鍛空心軸。（2）磁極 磁極是提供勵(lì)磁磁場(chǎng)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(shí)心和疊片兩種結(jié)構(gòu)。 中、小容量高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，常采用實(shí)心磁極結(jié)構(gòu)，整體鍛造或鑄造而成。轉(zhuǎn)速大于或等于750rmin的小型水輪發(fā)電機(jī)，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)。（3）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(duì)于定子鐵芯外徑小于325cm的中小容量的水輪發(fā)電機(jī)，磁軛可用鑄鋼或整圓的厚鋼板制造，不需要專(zhuān)門(mén)的轉(zhuǎn)

6、子支架。對(duì)于定子鐵芯外徑較大的水輪發(fā)電機(jī)，磁軛通過(guò)轉(zhuǎn)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(jī)架機(jī)架是立軸水輪發(fā)電機(jī)安置推力軸承、導(dǎo)軸承、制動(dòng)器及水輪機(jī)受油器的支撐部件，是水輪發(fā)電機(jī)較為重要的結(jié)構(gòu)件。機(jī)架由中心體和支臂組成，一般采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，中心體為圓盤(pán)形式，支臂大多為工字梁形式。機(jī)架按其所處的位置分為上、下機(jī)架，按承載性質(zhì)分為負(fù)荷機(jī)架和非負(fù)荷機(jī)架 。4、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(rùn)滑承載原理的機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分全部重量及水推力

7、等負(fù)荷，并將這些負(fù)荷傳給負(fù)荷機(jī)架。推力軸承的分類(lèi) ：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(jī)；彈性油箱支承和平衡塊支承式用于大中型發(fā)電機(jī)；中小型水輪發(fā)電機(jī)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： 1上機(jī)架；2冷卻器；3氣窗；4導(dǎo)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(pán)；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(guān)鍵部件，它是整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分的摩擦面，并且承受整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)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(fù)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0.02mmm。鏡板多采用45號(hào)鍛鋼，應(yīng)有足夠的剛度。（4）推力頭 推力頭是承受并傳遞機(jī)組軸向負(fù)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(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，以承受機(jī)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(pán) 托盤(pán)的作用是減小軸瓦的變形。另外，托盤(pán)的軸向柔度在運(yùn)行中有一定的均衡負(fù)荷作用。其材質(zhì)應(yīng)選用能承受較大彎曲應(yīng)力的高強(qiáng)度材料。（6）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(hù)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(jī)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(fù)荷，并使瓦傾斜形成動(dòng)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(jī)架；7軸承座；8推力瓦；9擋油管；l0主軸；11推力頭（9）導(dǎo)軸承 導(dǎo)軸承是用來(lái)承受水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的徑向機(jī)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(dòng)，使機(jī)組軸線在規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu) 1軸承座；2密封罩；3滑轉(zhuǎn)子；4主軸；5導(dǎo)軸承瓦； 6套筒；7支柱螺釘；8冷卻器 4、發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)（1）水輪發(fā)電機(jī)制動(dòng)方式：機(jī)械制動(dòng)、電氣制動(dòng)、混合制動(dòng)（2）水輪發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的組成：制動(dòng)裝置（俗稱(chēng) 風(fēng)閘）、控制原件、管路系統(tǒng)。（3）機(jī)械制動(dòng)的作用：為避免機(jī)組停機(jī)減速過(guò)程后期時(shí)間較長(zhǎng)，引起推力瓦的磨損

11、。一般當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降低到額定轉(zhuǎn)速25%35%，自動(dòng)投入制動(dòng)器，加閘停機(jī)。對(duì)沒(méi)有配備高壓油頂起裝置的機(jī)組，當(dāng)經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)之后，再次啟動(dòng)前，用油泵將壓力油打入制動(dòng)器頂起轉(zhuǎn)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(dòng)器的類(lèi)型 單向制動(dòng)器、雙向氣壓復(fù)位式。5、通風(fēng)系統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)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(guò)高而引起繞組絕緣損壞，發(fā)電機(jī)必須設(shè)置通風(fēng)冷卻裝置。一個(gè)良好通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)具備的基本要求水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行實(shí)際產(chǎn)生的風(fēng)量應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值并略有余量。各部位（特別是定子的有效段）的冷卻風(fēng)量應(yīng)合理分配，各部位溫度分布均勻。風(fēng)路簡(jiǎn)單，損耗較低。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、運(yùn)行穩(wěn)定。有時(shí)還能滿足水電廠廠房結(jié)構(gòu)以及利用發(fā)電機(jī)的熱風(fēng)供廠房冬季取暖。五、水輪發(fā)電機(jī)的日常維護(hù)根據(jù)水電站機(jī)組的運(yùn)行情況，定期對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行必要的清掃，保持水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備的清潔，做到四周無(wú)雜物、無(wú)積水和及時(shí)處理掉有可能導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的安全隱患例如定期切換壓油裝置的油泵和導(dǎo)軸承油泵，以防電動(dòng)機(jī)受潮。水輪發(fā)電機(jī)是整個(gè)發(fā)電站的主要設(shè)備之一，能否保證水輪發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期、正常運(yùn)行會(huì)直接影響到水電站的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，工作人員在日常的工作使用中，一定要嚴(yán)