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发电机及其附属设备简介 重庆大唐国际彭水水电开发有限公司 黎均平 目录 第一部分发电机基本知识发电机工作原理发电机的分类水轮发电机型号第二部分水电厂发电机介绍水轮发电机结构及其作用辅助装置 第一部分发电机基本常识 发电机工作原理 三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子 以转速n rpm 旋转 根据电磁应原理 三相定子绕阻便感应交流电势 定子绕阻若接入用电负载 电机就有交流电能输出 三相交流发电机原理模型 实际应用的都是三相交流发电机 其定子铁芯的内圆均匀分布着6个槽 嵌装着三个相互间隔120度的同样线圈 分别称之为a相线圈 b相线圈 c相线圈 装上转子就组成了一台三相交流发电机原理模型 画面中的三相交流发电机采用星形接法 三个线圈的公共点引出线是中性线 每个线圈的引出线是相线 当转子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线 都会感生交流电动势 其幅度与频率相同 由于三个线圈相互间隔120度 它们感应电势的相位也相差120度 发电机分类 水轮发电机按其轴线位置可分为卧式和立式两大类 立式发电机按其推力轴承的位置又分为悬式和伞式两种 悬式发电机是指推力轴承位于转子上方的发电机 它把真个转动部分悬挂在推理轴承上 悬式发电机一般用于转速大于100r min的情况 伞式发电机是指推力轴承位于转子下方的发电机 一般应用于中低速 n 150r min 大容量机组 按冷却方式分 可分为空气冷却和水冷却两种 悬式与伞式机组优缺点对比 优点 推力轴承损耗小 安装 检修方便 运行稳定 缺点 机组较高 消耗钢材多 增加厂房高度 悬式 优点 结构紧凑 机组总高度较悬式低 可降低厂房高度 缺点 推力轴承直径较大 轴承损耗大 伞式 伞式发电机按是否有上导轴承又分为全伞式和半伞式 全伞式不装上导轴承 半伞式有上导轴承 水轮发电机型号 型号说明 额定功率 mw 定子铁芯外径 sf 立式空冷水轮发电机sfs 立式水冷水轮发电机sfw 卧式水轮发电机sfg 贯流式水轮发电机 第二部分水电厂发电机介绍 彭水电厂发电机主要参数 型式立轴半伞式 空冷 三相流同步发电机型号sf350 70 15880额定功率350mw额定电压18kv额定电流12474a额定频率50hz额定转速85 7r min 水轮发电机结构及其作用 水轮发电机一般由定子 转子 轴承 机架以及制动系统 冷却系统组成 彭水水电公司水轮发电机采用具有两个导轴承的立轴半伞式结构 推力轴承布置在下机架上 下端轴与水轮机主轴连接 发电机采用密闭自循环 单路径向无风扇空冷 发电机主要由上盖板 上机架和上导轴承 定子 转子 上端轴 下端轴 下机架和下导轴承 推力轴承 集电环刷架 辅助装置等组成 水轮发电机的特点凸极式转子 极数多 直径大 轴向长度短 整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同 定子铁心由扇形硅钢片拼装叠成 为了散热的需要 定子铁心中留有径向通风沟 转子磁极由厚度为1 2mm的钢片叠成 磁极两端有磁极压板 用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组 磁极与磁极轭部采用t形或鸽尾形连接 定子 定子由定子机座 定子铁芯 定子绕组 测温装置等组成 定子在现场整圆叠片 下线 定子基座是一个承重和受力部件 定子机座最大尺寸至对边约为17710mm 高度5250mm 分7瓣运输 工地组焊成整圆 上 下端的支撑采用斜立筋结构 斜立筋具有弹性 能同时承受径向力和切向力 当铁芯发热向径向膨胀 使机座向斜支臂阻力最小的方向扭转 不但改善了机座的热应力 而且使定子在径向方向能自由 同心地均匀热膨胀 提高了发电机的同心度 保证了发电机组安全稳定运行 机座上 下基础板分别联接上机架和定子基础 承受发电机定子及上机架的重量 定子铁芯外径为15880mm 内径为15000mm 铁芯高度为2540mm 主要作用是形成磁路 铁芯采用0 5mm厚的硅钢片冲制的扇形片叠成 铁芯冲片通过双鸽尾定位筋与定子机座连接 两端铁芯段制成小阶梯以减少因端部漏磁产生的涡流和发热 定子铁芯除两端外 每隔一段高度 46mm 设有通风槽片 立轴水轮发电机定子结构 铁芯定子铁芯是定子的一个重要部件 由扇形冲片 通风槽片 定位筋 齿压板 拉紧螺杆及固定片等零部件装压而成 定子铁芯的作用是 作为磁路的主要组成部分 为发电机提供磁阻很小的磁路 以通过发电机所需要的磁通 并用以固定绕组 绕组三相绕组由绝缘导线绕制而成 均匀地分布于铁芯内圆齿槽中 三相绕组接成y形 它的作用是当转子磁极旋转时 定子绕组切割磁力线而感应出电势 机座定子机座一般呈圆形 小容量水轮发电机多数采用铸铁整圆机座 也有采用钢板焊接的箱形结构 容量较大的水轮发电机的机座由钢板制成的壁 环 立筋及合缝板等零件焊接组装而成 机座应有足够的刚度 同时还应能适应铁心的热变形 转子 转子是变换能量和传递转矩的主要部件 一般由转子支架 中心体和扇形体 磁极 磁轭 转子引线等组成 转子在现场组焊转子支架 磁轭叠片 磁极挂装 彭水电厂转子装配后外径为14960mm 高度约为3303mm 70极 转子支架外径13200mm 高约3303mm 支架由中心体和10个扇形体 大立筋等组成 支架中心体与磁轭之间采用斜支臂连接 即扇形体 当转子磁轭受热径向膨胀时 斜支臂受均匀拉力作用 使磁轭相对中心体产生一个偏角 能改善定 转子之间气隙均匀度 提高了发电机的同心度 保证了发电机组安全 稳定运行 中心体斜支臂结构可防止磁轭在热膨胀力和离心力的作用下 产生椭圆变形 避免因此而产生铁芯振动 保证了机组运行的稳定性和可靠性 立轴水轮发电机转子结构 磁极是提供励磁磁场的磁感应部件 由磁极铁芯 线圈 阻尼绕组等组成 磁极铁芯由2mm厚的磁极钢板叠压而成 采用鸽尾与磁轭连接 磁极线圈为铜排焊接 整体热压成型 阻尼绕组包括纵向的阻尼条 横向的阻尼环 阻尼环之间采用防松动柔性连接 便于分接和拆卸 并能防止因振动和热位移而引起的故障 阻尼环主要作用是 当发电机发生转速变化时 在其内产生阻尼力矩 起阻尼作用 使机组运行稳定 磁轭是发电机磁路的组成部分 并形成飞轮力矩 通过它固定磁极 磁轭在组装过程中形成有通风沟 冲片上下端设上下压板 下压板下面设置有便于拆卸的制动环 上下端轴 彭水电厂发电机上端轴外径为 1370mm 轴向长约2475mm 由锻钢制成 下端轴外径为 2100mm 轴向长7510mm 由锻钢制成 上端轴上端与水轮机补气装置连接 下端与转子支架中心体上端法兰连接 下端轴上端与转子支架中心体下法兰连接 下端与水轮机主轴连接 主轴的作用是用来传递扭矩 应具有一定的强度和刚度 主轴一般由35号 40号 45号或20simn等钢整锻而成 小容量水轮发电机一般采用整锻实心轴 也有的采用无缝钢管作为轴 大 中型容量的发电机采用整锻空心轴 机架是立轴水轮发电机安置推力轴承 导轴承 制动器及水轮机受油器的支撑部件 是水轮发电机较为重要的结构件 机架由中心体和支臂组成 一般采用钢板焊接结构 中心体为圆盘形式 支臂大多为工字梁形式 机架按其所处的位置分为上 下机架 按承载性质分为负荷机架和非负荷机架 发电机机架 彭水电厂上下机架 上机架由一个中心体和十四个支臂组成 为非负荷机架 上机架的结构形式为斜支臂结构 当发电机满负荷运行时 一旦定子发生短路 斜支臂对短路扭矩有很高的稳定作用 能提高定子和转子的同心度 保证机组稳定运行 机架的斜支臂与基础相接触的一端与基础直接连接 有很好的刚度和运行机械特性 下机架由下机架中心体及16个支臂组成 为负荷机架 推力将转动部分重量全部传至下机架上 经下机架传给基础 导轴承导轴承是用来承受水轮发电机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力 并约束轴线径向位移和防止轴的摆动 使机组轴线在规定数值范围内旋转的结构 导轴承结构 1 轴承座 2 密封罩 3 滑转子 4 主轴 5 导轴承瓦 6 套筒 7 支柱螺钉 8 冷却器 彭水电厂上下导轴承 导轴承用来承受转动部分的径向力 是机组轴线在规定的范围内 上导轴承主要由油盘 挡板 油槽顶盖 油冷却器 巴氏合金瓦 调整板 密封挡油板等组成 上导油槽内装有6组油冷却器 采取内循环方式冷却 上导轴承装设于上机架上 导瓦采用钨金瓦 数量为14块 其摩擦损耗所产生的热量由装设于上机架油槽内的油冷却器带走 导瓦内装设有铂热电阻测温装置 上导轴承轴瓦间隙调整方式为调整板式 计算好调整板的厚度后现场加工 下导轴承的结构和上导一样 推力轴承 推力轴承的组成和作用推力轴承是应用液体润滑承载原理的机械结构部件 主要由轴承座及支承 轴瓦 镜板 推力头 油槽及冷却装置等部件组成 其主要作用是承受立轴水轮发电机组转动部分全部重量及水推力等负荷 并将这些负荷传给负荷机架 推力轴承的分类推力轴承支承结构方式主要有弹性垫支承式 刚性抗重螺栓支承式 弹性油箱支承和平衡块支承式四种 弹性垫支承式只用于小容量的立轴发电机 弹性油箱支承和平衡块支承式用于大中型发电机 中小型水轮发电机的推力轴承一般采用刚性抗重螺栓支承方式 刚性支柱螺钉支承方式的推力轴承刚性抗重螺栓支承方式的推力轴承结构如图 1 上机架 2 冷却器 3 气窗 4 导轴承装配 5 密封盖 6 卡环 7 推力头 8 隔油板 9 镜板 10 挡油管 11 主轴 12 轴承座 13 抗重螺栓 14 托盘 15 推力瓦 16 绝缘垫 抗重螺栓推力瓦由头部为球面的抗重螺栓支承 抗重螺栓垂直拧入装有螺纹套筒的轴承座上 调整抗重螺栓的高度 可使瓦块保持在同一水平面上 使瓦块受力均匀 推力瓦推力瓦是推力轴承中的关键部件 它是整个机组转动部分和固定部分的摩擦面 并且承受整个机组转动部分的重量和轴向水推力 推力瓦一般做成扇形块 中小型水轮发电机推力轴承的推力瓦数多为6块 8块 常用的推力瓦有巴式合金推力瓦和弹性金属氟塑料瓦两种 镜板镜板是将推力负荷传递到推力瓦上的部件 技术要求高 要求镜板保证其平面度和水平度 一般为0 02mm m 镜板多采用45号锻钢 应有足够的刚度 推力头推力头是承受并传递机组轴向负荷及扭矩的部件 多数用平键和卡环固定在主轴上 也有采用热套方法固定于主轴上的 推力头应有足够的刚度和强度 以承受机组轴向推力产生的弯矩作用 不致产生有害的变形和损坏 托盘托盘的作用是减小轴瓦的变形 另外 托盘的轴向柔度在运行中有一定的均衡负荷作用 其材质应选用能承受较大弯曲应力的高强度材料 绝缘垫通常在轴承座下面或推力头与镜板结合面之间装设绝缘垫 切断轴电流回路 保护轴瓦工作面 并起到绝缘和调整轴线的双重作用 油的循环冷却轴承的油循环冷却方式有内循环和外循环两种 中小型水轮发电机轴承的油循环冷却方式一般为内循环 弹性垫支承式的推力轴承轴承瓦由弹性垫支承 依靠垫的弹性变形吸收瓦的不均匀负荷 并使瓦倾斜形成动压承载油楔 弹性垫支承式推力轴承示意图 1 螺钉 2 调整垫 3 镜板 4 弹性垫 5 绝缘垫 6 机架 7 轴承座 8 推力瓦 9 挡油管 l0 主轴 11 推力头 彭水电厂推力轴承 推力轴承对立式发电机承受全部轴向负荷 彭水电厂推力轴承位于发电机下机架上 为刚性支撑形式 推力轴承由推力头 镜板 推力瓦 支撑结构 密封盖 稳油板 挡油筒 推力轴承外循环油 水管路及高压油顶起液压系统组成 推力瓦共有16块 为单层乌金瓦 推力瓦的外径 4100mm 内径 2500mm 推力头与转子中心体下法兰外圆面采用螺栓连接 镜板及推力头外侧面设置有稳油环 起稳定油箱内部油面 防止油面波动过大 相邻的两个推力瓦之间设有导油板 起油循环导向作用 推力轴承设置两台高压顶起油泵 在推力瓦坯中部设有高压油顶起油孔 在开停机过程中 转速小于95 ne期间 必须投入高压顶起装置 给推力瓦面注入高压油 保证机组稳定运行 该高压油泵布置在下机架内 推力轴承采用外循环冷却方式 油冷却器采用列管式结构 7个油冷却器布置在下机架支腿之间 采用螺杆泵强迫润滑油循环 上盖板上盖板采用若干块扇形花纹钢板与地面齐平的结构 表面平整 整体外形美观 并带有可拆卸的移动盖板 可从上面拆卸空气冷却器 磁极等部件 下风罩下风罩位于下机架下侧 有通道可以进入下风罩层 便于下导 推力轴承等的检修 集电环及碳刷 集电环由集电环支架 集电环 绝缘套管等组成 集电环安装在集电环支架上 集电环支架安装在滑转子上 两个集电环外圆加工成右螺旋沟槽 利于运行时与电刷接触散热和磁粉逸出 电刷采用金属石墨碳刷 恒压刷握 励磁引线通过6个搭子联接到刷架导电环上 每极通过46个电刷 型号j204 与集电环导通 集电环联接转子引线 水轮发电机制动方式机械制动 电气制动 混合制动水轮发电机制动系统的组成制动装置 俗称风闸 控制原件 管路系统 机械制动的作用为避免机组停机减速过程后期时间较长 引起推力瓦的磨损 一般当机组转速降低到额定转速25 35 自动投入制动器 加闸停机 对没有配备高压油顶起装置的机组 当经历较长时间的停机之后 再次启动前 用油泵将压力油打入制动器顶起转子 使推力瓦重新建立油膜 为推力瓦创造良好的工作条件 机组检修期间 进行重量转移 制动器的类型单向制动器 双向气压复位式 辅助装置 制动装置彭水电站5台水轮发电机组