水轮发电机的结构(讲义)[1]ppt课件

1、概概 述述v水轮发电机组的型式水轮发电机组的型式v按布置方式分：可分为卧式和立式两种。按布置方式分：可分为卧式和立式两种。 v卧式水轮发电机适宜中小型、贯流及冲击式水轮机。卧式水轮发电机适宜中小型、贯流及冲击式水轮机。v普通低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。普通低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。v按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞式两种。按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞式两种。v推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适用于转速在推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适用于转速在100r/min以上。以上。 v推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电

2、机，无上导的称为全伞式，有上导的称推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上导的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适用于转速在为半伞式，它适用于转速在150r/min以下。以下。v按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种 。1v水轮发电机的主要作用水轮发电机的主要作用v 将水轮机旋转的机械能最终转换成电能，其构造与性能的好坏对电站的将水轮机旋转的机械能最终转换成电能，其构造与性能的好坏对电站的平安、稳定、高效运转起着致关重要的作用。平安、稳定、高效运转起着致关重要的作用。v水轮发电机组成水轮发电机组成v 主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、冷

3、却器、制动器等部件主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等部件组成。组成。 2v水轮发电机的特点水轮发电机的特点v 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一样。定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需求，定子铁心中留大不一样。定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需求，定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为有径向通风沟。转子磁极由厚度为12mm的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用的钢片叠成；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来压紧

4、磁极冲片和固定磁极绕组。磁极与磁极轭部采用 T 形或鸽尾形衔接。形或鸽尾形衔接。 3水轮发电机定子构造水轮发电机定子构造 v水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三相绕组线圈等组成。水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三相绕组线圈等组成。v铁芯固定在机座上。铁芯固定在机座上。v三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内。三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内。v发电机定子机座、铁芯和三相绕组一致体统称为发电机的定子，也称为电枢。发电机定子机座、铁芯和三相绕组一致体统称为发电机的定子，也称为电枢。 4立轴水轮发电机定子构造立轴水轮发电机定子构造 机座机座铁心铁心线圈线圈5v机座机座 v定子机座普通呈圆形，小容量水轮发电机多数

5、采用铸铁整圆机座，也有采定子机座普通呈圆形，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构造；容量较大的水轮发电机的机座由钢板制成的壁、用钢板焊接的箱形构造；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。环、立筋及合缝板等零件焊接组装而成。v机座应有足够的刚度，同时还应能顺应铁心的热变形。机座应有足够的刚度，同时还应能顺应铁心的热变形。 6v铁芯铁芯 v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。螺杆及固定片等零部件装

6、压而成。 v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，以经过发电机所需求的磁通，并用以固定绕组。经过发电机所需求的磁通，并用以固定绕组。v绕组绕组v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。三相绕组由绝缘导线绕制而成，均匀地分布于铁芯内圆齿槽中。v三相绕组接成三相绕组接成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。电势。 78910定子叠片加固定子叠片加固11水轮发电机转子构造水轮发电机转子构造 v水轮

7、发电机的转子是转换能量和传送转矩的主要部件，普通由主轴、转子支架、磁轭、磁水轮发电机的转子是转换能量和传送转矩的主要部件，普通由主轴、转子支架、磁轭、磁极等部件组成。极等部件组成。立轴水轮发电机转子构造立轴水轮发电机转子构造 12v主轴主轴 v主轴的作用是用来传送扭矩，应具有一定的强度和刚度。主轴的作用是用来传送扭矩，应具有一定的强度和刚度。v主轴普通由主轴普通由35号、号、40号、号、45号或号或20SiMn等钢整锻而成。等钢整锻而成。 v小容量水轮发电机普通采用整锻实心轴，也有的采用无缝钢管作为轴；大、小容量水轮发电机普通采用整锻实心轴，也有的采用无缝钢管作为轴；大、中型容量的发电机采用整

8、锻空心轴。中型容量的发电机采用整锻空心轴。13v磁极磁极 v磁极是提供励磁磁场的磁感应部件，由磁极铁芯，线圈，上、下托板，极身绝缘，阻尼磁极是提供励磁磁场的磁感应部件，由磁极铁芯，线圈，上、下托板，极身绝缘，阻尼绕组及钢垫板等零部件组成。绕组及钢垫板等零部件组成。v磁极铁芯分实心和叠片两种构造。磁极铁芯分实心和叠片两种构造。 v中、小容量高转速水轮发电机的转子，常采用实心磁极构造，整体锻造或铸造而成。转中、小容量高转速水轮发电机的转子，常采用实心磁极构造，整体锻造或铸造而成。转速大于或等于速大于或等于750rmin的小型水轮发电机，常采用磁极铁芯连同转子的磁轭与主轴整的小型水轮发电机，常采用磁

9、极铁芯连同转子的磁轭与主轴整体锻造加工。体锻造加工。v磁极固定方式通常采用螺钉、磁极固定方式通常采用螺钉、T尾和鸽尾构造。尾和鸽尾构造。14v磁轭与转子支架磁轭与转子支架 v磁轭的作用是构成磁路并固定磁极。磁轭的作用是构成磁路并固定磁极。v转子支架的作用是固定磁轭。转子支架的作用是固定磁轭。v对于定子铁芯外径小于对于定子铁芯外径小于325cm的中小容量的水轮发电机，磁轭可用铸钢或整圆的中小容量的水轮发电机，磁轭可用铸钢或整圆的厚钢板制造，不需求专门的转子支架。的厚钢板制造，不需求专门的转子支架。v对于定子铁芯外径较大的水轮发电机，磁轭经过转子支架和主轴连成一体。对于定子铁芯外径较大的水轮发电机

10、，磁轭经过转子支架和主轴连成一体。 v磁轭的外缘加工有磁轭的外缘加工有T尾、鹇尾槽或螺孔，用以固定磁极。尾、鹇尾槽或螺孔，用以固定磁极。 15机架机架 v机架是立轴水轮发电机安顿推力轴承、导轴承、制动器及水轮机受油器的支撑部机架是立轴水轮发电机安顿推力轴承、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构造件。件，是水轮发电机较为重要的构造件。v机架由中心体和支臂组成，普通采用钢板焊接构造，中心体为圆盘方式，支臂大机架由中心体和支臂组成，普通采用钢板焊接构造，中心体为圆盘方式，支臂大多为工字梁方式。多为工字梁方式。v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

11、荷机架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 。16推力轴承推力轴承 v推力轴承的组成和作用推力轴承的组成和作用 v推力轴承是运用液体光滑承载原理的机械构造部件，主要由轴承座及支承、轴瓦、镜推力轴承是运用液体光滑承载原理的机械构造部件，主要由轴承座及支承、轴瓦、镜板、推力头、油槽及冷却安装等部件组成。板、推力头、油槽及冷却安装等部件组成。v其主要作用是接受立轴水轮发电机组转动部分全部分量及水推力等负荷，并将这些负其主要作用是接受立轴水轮发电机组转动部分全部分量及水推力等负荷，并将这些负荷传给负荷机架。荷传给负荷机架。v推力轴承的分类推力轴承的分类 v推力轴承支承构

12、造方式主要有弹性垫支承式、刚性抗重螺栓支承式、弹性油箱支承和推力轴承支承构造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。平衡块支承式四种。v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普通采用刚性抗重螺栓支承方式。发电机；中小型水轮发电机的推力轴承普通采用刚性抗重螺栓支承方式。 17v刚性支柱螺钉支承方式的推力轴承刚性支柱螺钉支承方式的推力轴承 v刚性抗重螺栓支承方式的推力轴承构造如图：刚性抗重螺栓支承方式的推力轴承构造如图：

13、 1上机架；上机架；2冷却器；冷却器；3气窗；气窗；4导轴承装配；导轴承装配；5密封盖；密封盖；6卡环；卡环；7推力头；推力头；8隔油板；隔油板；9镜板；镜板；10挡油管；挡油管；11主轴；主轴；12轴承座；轴承座；13抗重螺栓；抗重螺栓；14托盘；托盘；15推力瓦；推力瓦；16绝缘垫绝缘垫18抗重螺栓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，可使瓦块坚持在同一程度面上，筒的轴承座上。调整抗重螺栓的高度，可使瓦块坚持在同一程度面上，使瓦块受力均匀。使瓦块受力均匀。 推力瓦推力

14、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，并且接受整个机组转动部分的分量和轴向水推力。的摩擦面，并且接受整个机组转动部分的分量和轴向水推力。推力瓦普通做成扇形块，中小型水轮发电机推力轴承的推力瓦数多为推力瓦普通做成扇形块，中小型水轮发电机推力轴承的推力瓦数多为6块块8块。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。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。 19镜板镜板 镜板是将推力负荷传送到推力瓦上的部件，技术要求高。镜板是将推力负荷传送到推力瓦上的部件，技术要求高。 要求镜板保

15、证其平面度和程度度，普通为要求镜板保证其平面度和程度度，普通为0.02mmm。镜板多采用镜板多采用45号锻钢，应有足够的刚度。号锻钢，应有足够的刚度。 推力头推力头 推力头是接受并传送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推力头是接受并传送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。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，以接受机组轴向推力产生的弯矩作用，不致产生推力头应有足够的刚度和强度，以接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。有害的变形和损坏。 20托盘托盘 托盘的作用是减小轴瓦的变形。

16、另外，托盘的轴向柔度在运转中有一定的平衡托盘的作用是减小轴瓦的变形。另外，托盘的轴向柔度在运转中有一定的平衡负荷作用。负荷作用。其材质应选用能接受较大弯曲应力的高强度资料。其材质应选用能接受较大弯曲应力的高强度资料。绝缘垫绝缘垫 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，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，维护轴瓦任务面，并起到绝缘和调整轴线的双重作用。维护轴瓦任务面，并起到绝缘和调整轴线的双重作用。 油的循环冷却油的循环冷却 轴承的油循环冷却方式有内循环和外循环两种。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

17、环冷却方式普通为内循环。中小型水轮发电机轴承的油循环冷却方式普通为内循环。 21v弹性垫支承氏的推力轴承弹性垫支承氏的推力轴承 v轴承瓦由弹性垫支承。依托垫的弹性变形吸收瓦的不均匀负荷，并使瓦倾斜构成动压承载轴承瓦由弹性垫支承。依托垫的弹性变形吸收瓦的不均匀负荷，并使瓦倾斜构成动压承载油楔。油楔。 弹性垫支承氏推力轴承表示图 1螺钉；螺钉；2调整垫，调整垫，3镜板；镜板；4弹性垫；弹性垫； 5绝缘绝缘垫；垫；6机架；机架；7轴承座；轴承座；8推力瓦；推力瓦；9挡油管；挡油管；l0主轴；主轴；11推力头推力头22导轴承构造导轴承构造 1轴承座；轴承座；2密封罩；密封罩；3滑转子；滑转子；4主轴；

18、主轴；5导轴承导轴承瓦；瓦； 6套筒；套筒；7支柱螺钉；支柱螺钉；8冷却器冷却器 v导轴承导轴承 v导轴承是用来接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，导轴承是用来接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构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构造。造。23发电机制动系统v水轮发电机制动方式v 机械制动、电气制动、混合制动v水轮发电机制动系统的组成v 制动安装俗称 风闸、控制原件、管路系统。v机械制动的作用v 为防止机组停机减速过程后期时间较长，引起推力瓦的磨损。普

19、通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。v 对没有配备高压油顶起安装的机组，当阅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，为推力瓦发明良好的任务条件。v 机组检修期间，进展分量转移。v制动器的类型v 单向制动器、双向气压复位式。24通风系统v通风系统v 机组运转时，发电机绕组以及铁芯将产生大量的热量，为了使绕组和铁芯的温度不至于过高而引起绕组绝缘损坏，发电机必需设置通风冷却安装。v一个良好通风系统应具备的根本要求v 水轮发电机运转实践产生的风量应到达设计值并略有余量。v 各部位特别是定子的有效段的冷却风量应合理分配，各部

20、位温度分布均匀。v 风路简单，损耗较低。v 构造简单、加工容易、运转稳定。v 有时还能满足水电厂厂房构造以及利用发电机的热风供厂房冬季取暖。v通风元件v 压力元件：转子磁极、磁轭、风扇。其中磁极、磁轭是主要的压力元件，在整个通风系统中占80%90%的作用。v 阻力元件：定子。在整个通风系统中，定子风阻占整个风阻的70%25 发电机盘车以及轴线调整发电机盘车以及轴线调整v水轮发电机总装及轴线丈量调整，是机组安装调整的一个重要环节，机组轴线调整水轮发电机总装及轴线丈量调整，是机组安装调整的一个重要环节，机组轴线调整的优劣将直接影响到机组的平安运转及运用寿命。的优劣将直接影响到机组的平安运转及运用寿

21、命。v机组轴线、机组中心线、机组旋转中心线的概念机组轴线、机组中心线、机组旋转中心线的概念v 机组轴线：贯穿机组主轴的中心线。机组轴线：贯穿机组主轴的中心线。v 机组中心线：机组固定部件的几何中心连线；机组中心线：机组固定部件的几何中心连线；v 对于混流机组而言，发电机定子平均中心和水轮机固定止漏环平对于混流机组而言，发电机定子平均中心和水轮机固定止漏环平均中心的连线；均中心的连线；v 对于轴流式机组而言，发电机定子平均中心和转轮室中心的连线。对于轴流式机组而言，发电机定子平均中心和转轮室中心的连线。v 旋转中心：整个机组转动部分围绕着旋转的那根几何中心线，它是一条贯穿推旋转中心：整个机组转动

22、部分围绕着旋转的那根几何中心线，它是一条贯穿推力轴承镜板镜面中心的垂线。力轴承镜板镜面中心的垂线。26v机组轴系构造机组轴系构造 v机组总体构造方式为立轴半伞式构造。机组总体构造方式为立轴半伞式构造。v机组的全部轴向负荷由位于发电机下机架上的推力轴承承当。机组的全部轴向负荷由位于发电机下机架上的推力轴承承当。v机组的径向负荷由发电机上导轴承、发电机下导轴承及水轮机水导轴承等三部轴承机组的径向负荷由发电机上导轴承、发电机下导轴承及水轮机水导轴承等三部轴承承当。承当。v轴线是指机组转动部分各部件，从下至上依次分别由转轮、水轮机大轴、发电机主轴线是指机组转动部分各部件，从下至上依次分别由转轮、水轮机

23、大轴、发电机主轴、推力头、转子、上端轴、集电环等部件组成。轴、推力头、转子、上端轴、集电环等部件组成。 27机组轴系任务内容 轴线丈量：检查机组轴线在几个典型部位的摆度，看能否超 出规范 。轴线的处置：根据实践丈量的机组轴线形状，能否存在曲折、能否 存在倾斜，曲折和倾斜是单一存在还是同时存在， 做出有关的计算、分析判别，并做出相应的处置。轴线的调整：将处置合格的轴线经过移轴和调整推力瓦的程度，使 机组的旋转中心和机组中心线重合。28v轴系产生摆度的缘由轴系产生摆度的缘由 v轴系产生摆度的缘由很多，主要缘由为轴线与镜板磨擦面不垂直，或者轴线与旋轴系产生摆度的缘由很多，主要缘由为轴线与镜板磨擦面不

24、垂直，或者轴线与旋转中心线发生中心偏移所产生。转中心线发生中心偏移所产生。 v假设镜板磨擦面与整根轴线不垂直，当轴线回转时轴线必然偏离实际回转中心线，假设镜板磨擦面与整根轴线不垂直，当轴线回转时轴线必然偏离实际回转中心线，而轴线上恣意一点测得的锥度圆，就是该点的摆度圆，摆度圆直径而轴线上恣意一点测得的锥度圆，就是该点的摆度圆，摆度圆直径即构成该点即构成该点的摆度。的摆度。v假设镜板磨擦面与其附近的一段轴是垂直的，而与下一段轴衔接时，由于法兰面假设镜板磨擦面与其附近的一段轴是垂直的，而与下一段轴衔接时，由于法兰面与轴线的不垂直而发生轴线曲折，当轴线旋转时，便从折弯处构成锥形摆度圆，与轴线的不垂直

25、而发生轴线曲折，当轴线旋转时，便从折弯处构成锥形摆度圆，从而产生摆度。从而产生摆度。v假设整体轴线与镜板磨擦面垂直，而整体轴线偏离实际旋转中心线，轴线旋转时，假设整体轴线与镜板磨擦面垂直，而整体轴线偏离实际旋转中心线，轴线旋转时，依然会构成摆度圆，从而构成摆度。依然会构成摆度圆，从而构成摆度。 29镜板磨擦面与轴线镜板磨擦面与轴线不垂直所产生的摆度不垂直所产生的摆度法兰组合面与轴线法兰组合面与轴线不垂直所产生的摆度不垂直所产生的摆度轴线偏离旋转轴线偏离旋转中心产生摆度中心产生摆度 ？30v机组摆度及中心计算方法机组摆度及中心计算方法 v主轴摆度计算方法主轴摆度计算方法 v在下导轴承处均匀对称抱

26、在下导轴承处均匀对称抱8块下导瓦，抱瓦间隙为块下导瓦，抱瓦间隙为0.02mm，并在丈量面上标出，并在丈量面上标出+X、+Y、-X、-Y四个丈量点，架设四个丈量点，架设4块百分表。在需求检查摆度的旋转部件上，做出块百分表。在需求检查摆度的旋转部件上，做出对应的测点，并把各丈量断面百分表小指针调整到对应的测点，并把各丈量断面百分表小指针调整到“5，读取各点读数。启动高，读取各点读数。启动高压油减载系统，将转子旋转压油减载系统，将转子旋转180，封锁高压油，读取各丈量断面百分表读数。经，封锁高压油，读取各丈量断面百分表读数。经过计算各丈量断面的位移，计算其摆度值。过计算各丈量断面的位移，计算其摆度值。 v机组旋转中心确定机组旋转中心确定 v机组旋转中心确实定，普通以机组转动部分与固定部分的最小间隙处为丈量部位，机组旋转中心确实定，普通以机组转动部分与固定部分的最小间隙处为丈量部位，如转轮上下止漏环，挡油圈等部位。机组安装时旋转中心