汽轮发电机结构原理讲义

QFSN-600-2-22C

型汽轮发电机结构原理简介概述我公司发电机为东方电机股份有限公司引进日本日立公司技术，并合作生产的QFSN-600-2-22C型汽轮机直接拖动、隐极式、二极、三相同步汽轮发电机。发电机冷却方式为水－氢－氢，采用机端自并励静止励磁。水氢氢冷却方式：定子线圈（包括定子引线）直接水冷、转子线圈直接氢冷（气隙取气方式），定子铁心氢冷。发电机采用密闭循环通风冷却，机座内部的氢气由装于转子两端的轴流式风扇驱动。集电环和电刷空气冷却，两集电环间设有离心式风扇。轴承为强迫润滑（由汽机润滑油系统供油）。发电机配有氢油水控制系统，以提供和控制发电机冷却用氢气，密封油和定子线圈冷却用水。发电机型号表示意义：

Q－汽轮机拖动F－发电机S－定子绕组水冷N－转子绕组氢内冷600－额定容量2－两极22－电压22KVC－特征号，表示三段机座，中心高760m(三段式机座－即沿轴向将机座分为三段，中间段为机座主体，呈圆筒形用以支撑铁心，两端部分呈方盒形用以设置氢气冷却器并支撑端盖轴承，分段运输至电厂再组装成一整体。）QFSN-600-2-22C型发电机额定参数额定出力667MVA/600MW额定电压22KV额定电流17495A功率因数0.9（滞后）转速3000r/min频率50Hz相数3环境温度5～40℃额定氢压0.414MPa定子接线2-Y出线端子数6绝缘等级F级（温升按B级考核）基础知识1、工作原理交流旋转电机主要分为同步电机和异步电机。同步电机主要用作发电机，而异步电机主要用作电动机。所谓同步电机即指电机的转速为同步转速（恒定值N0=60f/p），而异步电机即指电机的转速不同于同步转速（非恒定值）。

同步发电机的工作原理图发电机主要有定子和转子两部分，定、转子之间有气隙，原理如上图所示。定子上有AX、BY、CZ三相绕组，它们在空间上彼此相差120°电角度，每相绕组的匝数相等。转子磁极（主极）上装有励磁绕组，由直流励磁，其磁通方向从转子N极出来，经过气隙、定子铁芯、气隙，再进入转子S极而构成回路，如图中的虚线所示。用原动机拖动发电机沿逆时针方向旋转，则磁力线将切割定子绕组的导体，由电磁感应定律可知，在定子导体中就会感应出交变的电势，即

Bm为正弦波磁密的最大值，l为磁力线切割导体的长度，v为磁力线切割导体的线速度，ω＝2πf，f为电势的频率。由于发电机定子三相绕组在物理空间布置上相差120°，那么转子磁场的磁力线势必将先切割A相绕组，再切割B相，最后切割C相。因此，定子三相感应电势大小相等，在相位上彼此互差120°电角度。

如果某发电机有p对极，转子每分钟转数为n，则转子每秒钟旋转n/60转，那么感应电势将每秒交变（pn/60）次，即频率为。由于汽轮发电机的极对数为1，所以n＝3000r/min情况下，f＝50Hz。2、磁场与磁势交流发电机的磁通分为两部分，一部分与定、转子绕组同时交链，称为气隙磁通，是电机进行机电能量转换的媒介；另一部分仅与定子绕组或仅与转子绕组相交链，称为漏磁通。气隙磁通的路径是：从定子磁轭经过定子齿、空气隙到转子，再经过空气隙、定子齿回到定子磁轭，形成闭合磁路。气隙磁通可由定子磁势建立，也可由转子磁势建立。当发电机中的定、转子绕组中都有电流时，则由定、转子磁势共同建立。1）同步发电机空载运行当同步发电机被原动机拖动到同步转速时，转子绕组中通入直流励磁电流而定子绕组开路时，称为空载运行。空载定子电枢电流为零，电机气隙中只有转子电流（励磁电流）If单独产生的磁势Ff和磁场，称为励磁磁势和励磁磁场。既交链转子又经过气隙交链定子的磁通称为主磁通，即空载时的气隙磁通（Φ0），或称励磁磁通。而只交链励磁绕组而不与定子绕组相链磁通称为漏磁通（Φfσ），它不参与电机之间的能量转换过程。当转子以同步转速n1旋转时，主磁通切割定子绕组感应出频率为f=（pn/60）的三相基波电势，其有效值为：。这样，改变励磁电流If就可以改变主磁通Φ0，空载电势E0值也将改变。从磁路计算公式可知，当一台电机的各段铁芯和气隙的尺寸以及铁芯的材料决定后，它的磁性特性也就确定不变了。同步发电机空载时的时－空矢量图上图为同步发电机空载时的时－空矢量图，Ff1为励磁磁势的基波，Bf1为气隙磁通密度的基波，两者同相位，其正波幅均处于转子直轴正方向上，且与转子一起以同步转速（ω1＝2πf）旋转。由磁通密度波Bf1与定子任一相相交链的磁通量是一时间变量，用Φ0表示，由Φ0感应于该相的电势用E0表示，相量E0滞后于Φ090°。2）同步发电机对称负载运行当定子接上对称的负载后，这时在负载电流产生了第二个磁势——电枢磁势。电枢磁势与励磁磁势相互作用形成负载时气隙中的合成磁势并建立负载时的气隙磁场，因此，所谓对称负载时的电枢反应，即对称负载时电枢磁势的基波对主极磁场基波的影响。由对称三相绕组中流过的三相对称负载电流所产生的电枢磁势的基波是一个旋转磁势，其转速n=60f/p，以f=pn1/60代入则n=n1，即电枢磁势基波的转速与励磁磁势的转速（电机转子转速）一定相等，且两者的转向一致。由此可见，电枢磁势基波与励磁磁势同转速、同转向，彼此在空间上始终保持相对静止的关系。正是由于这种相对静止，才使它们之间的相互关系保持不变，从而共同建立数值稳定的气隙磁场和产生平均电磁转矩，实现机－电能量转换。这种“定、转子磁势相对静止”是一切电磁感应电机能够正常运行的基本条件。发电机本体结构1、发电机基本构成

发电机结构原理图发电机剖视图汽轮发电机主要由定子、转子、端盖和轴承等部件组成，具体的发电机结构见上图

发电机定子发电机定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。

机座是用钢板焊成的壳体结构，它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。此外，机座可以防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。

端盖是发电机密封的一个组成部分，结构如图1－13所示。为了安装、检修、拆装方便，端盖由水平分开的上下两半构成，并设有端盖轴承。在端盖的合缝面上还设有密封沟，沟内充以密封胶以保证良好的气密。发电机端盖轴承结构图轴瓦采用椭圆式水平中分面结构，轴瓦外园的球面形状保证了轴承有自调心的作用。在转轴穿过端盖处的氢气密封是依靠油密封的油膜来保证。密封瓦为铜合金制成，内圆与轴间有间隙，装在端盖内圆处的密封座内。密封瓦分成四块，在径向和轴向均有卡紧弹簧箍紧，尽管密封瓦在径向可以随轴一起浮动，但在密封座上下均有销子可以防止它切向转动。密封油经密封座和密封瓦的油腔流入瓦和轴之间的间隙沿径向形成油膜以防止氢气外泄，在励端油密封设有双层对地绝缘以防止轴电流烧伤转轴。在机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风（氢气）系统的一部分。由于发电机定子采用径向通风，将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一个环形小风室，各小风室相互交替分为进风区和出风区。这些小室用管子相互连通，并能交替进行通风。氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通过冷却器，从而有效地防止热应力和局部过热。机座隔振——定子弹性支撑为了减小由于转子磁通对定子铁芯的磁拉力引起的双频振动，以及短路等其它因数引起的定子铁芯振动对机座和基础的影响，在定子铁芯和机座之间采用卧式弹性隔振结构。弹性隔振结构形式如下图所示：在定位筋的背部装弹簧板，弹簧板通过垫块，用螺栓固定在定位筋的背部，弹簧板中部与机座内的隔板相连，构成弹性隔振结构。机座锡弹性蔑隔振稀结构定子政铁芯定子四铁芯是构饰成发亚电机樱磁路什和固均定定慰子绕照组的贷重要声部件醒。为棉了减陶少铁绍芯的雨磁滞瞎和涡浪流损煮耗，证定子轰铁芯竖采用群导磁绵率高馋、损懂耗小剖、厚若度为0.懒5m废m的优探质冷猛轧硅足钢片猛冲制唱而成使。每跑层硅露钢片晶由数峰张扇穷形片渔组成锅一个团圆形叔，每飞张扇活形片集都涂约了耐施高温寇的无练机绝稿缘漆背。冲舞片上僵冲有丈嵌放峰线圈犁的下要线槽克及放须置槽找楔用成的鸽短尾槽吹。扇占形冲刻片利新用定描子定棋位筋川定位隆，通列过球构墨铸院铁压壮圈施财压，恨夹紧秘成一球个刚乱性圆绳柱形软铁芯删，用何定位堤筋固葛定在黑内机淘座上物。齿导部是沙通过述压圈的内侧惑的非洽磁性恳压指板来压市紧。赛边段灰铁芯嗽涂有差粘接望漆，渐在铁剥芯装猾压后厌加热侧，使硬其粘惊接成扑一个市牢固落的整蹄体，剪进一槐步提楼高铁除芯的品刚度为了虚减少锈端部闸漏磁杨通在生压圈哄和边喷段铁焰芯中爹引起涌的发株热以四及在疯端部蔑铁芯踢中的落附加冠电气晌损耗黎，在疑压圈严上装青有全麻铜屏中蔽；徐边端嘴铁芯疮为阶款梯状王以增醉加铁危芯内繁园与节转子叫之间叶的气菠隙；典并在付齿上展冲有丙小槽倡。转座子绕设组端姐部存泼在大启量的击漏磁顿通，康另外睁，发割电机礼运行母时定占子绕呢组在胁铁芯卡端部知也产铅生大加量的震漏磁比通，税这些陶漏磁钟通主顿要是女垂直奏进入溉端部皂定子屈铁芯栋，从貌而感愈应出纽奉垂直础于轴巩向的劲涡流射，引苗起铁碧芯端嗽部过屯热。表发电皮机在正欠励鉴条件翻下运斜行时萌，定倘子绕鞭组会虽产生结更多母的漏栗磁通禽，使疮铁芯演端部答过热状更为胸严重弹。为了似减少催端部贝漏磁祥通在留压圈辉和边维段铁谨芯中绘引起刃的发娇热和志在端届部铁骄芯中纹的附圈加电忘气损急耗，荒东方锤电机圆公司喂采取稿了以欧下措龄施：①铁温芯端赤部设补计成模阶梯糖状铁芯茶孔两葵端逐呆渐放辆大，骄这可娇以防露止转辟子漏取磁通顽量过选多聚渴集在望定子小铁芯偿端部肆，而平且可夹以使垂部分治漏磁吨通转欢变成匪垂直贵于定饶子轴彻线的衬径向等磁通惑，从供而减域少损洪耗降橡低端蛇部过连热。②在藏转子咐线圈泄端部塔采用等非磁忘性护物环通过呀励磁卖绕组铲护环洁的去墙磁作横用，盏增加坦了漏泼磁通哭的磁路阻，红从而精减少减了转该子端劲部漏难磁通庭对定肢子铁管芯的证影响散。③在铁词芯端趟部表杂面，膀采用夸一块磨铜防书护板笋，既禁所谓南的电捆屏蔽警环采用释电屏药蔽的脉目的胡是防柏止端汪部大晓部分死轴向范漏磁佣通穿氏过铁歌芯。受因为嘱铁芯赌端部怎采用咱阶梯亦形后跃，压肚圈处猜的漏雁磁会池有所贱增加锡，利剥用漏圣磁通状能在布铜防柴护板步内产姨生的置大量万涡流受，此是涡流姥的方纯向将央阻止辱漏磁晒通穿捎过。休而铜缓与用宝作铁侍芯端路片的劝石墨煤铸铁侮相比恰，电按阻率设只有弦约1/予5，根存据磁晋穿透狼深度芦定律西，损泊耗降封到大遇约1/沉2，而阻且铜妙的导苦热系刃数是淹石墨晃铸铁厨的5倍，界因而戴，铜厨防护谢板不跨会出蹈现过序热。④铁筹芯端截部压轮圈和孙铁芯蛋端板属（压援指）晴采用啊高电隆阻率导、低室导磁婶率材稀料这种辈材料帝增大义了铜巴防护熟板和愈铁芯衰间的睛磁阻乎，使啄漏磁用通不询易穿险过铁冠芯，丧高电跑阻率染又使眠该部鲁位涡馒流减丑小，径故此牛部件拨也不直会过雨热。⑤在必铁芯珍端部肌扇形会体上米开槽由于挠在铁监芯端衰部扇思形齿慌部开愿槽隙湖，使广得涡歇流流难动面慰积减跳少了举约1/厚2，于直是涡吨流损肯耗减庙小了英约3/宽4。⑥冷羞却风塔系统支中，壳加强恩对端腹部的抗冷却贩。定子扁绕组对于逢大型罪汽轮盐发电趋机主趴要采命用三番相双剃层绕享组，精并采妨用短见距分浇布式雾叠绕近组，坟双层毅绕组炊构成撞如下才图。需在每脾个槽截内有队上下震两个刷线圈帅边，疼线圈萌的一匆个边哗嵌在墨某个器槽的钢下层宪，则搅另一做边则易嵌在足相隔y1槽（节距寻：一个富线圈护的有仙效边讨在定掠子铁掘芯上乏跨的眠槽数抓）的方上层殖。采妹用双菊层绕绳组可意以很旅方便贞地把析绕组鬼型式次设计愚成短贱距绕抓组。轿短距排绕组初具有节改善躺电势百波形说和节再约材脉料的航优点锻。注：挠叠绕递组－各线泉圈的像末边群均返搏回至邻近杰的次片一个启线圈徐的起透边，确整个叉绕组呈环掠环相白叠的慎形象景，称致为叠绍绕组分布踏绕组－为纯了散仅热，铁发电派机定子绕痰组均剩匀分颠布在业整个宰定子款的内牢表面迎上，称为昏分布佩绕组定子纯绕组惧的端轮部结驾构由竟嵌入未铁芯浇槽内啦的绝粒缘线袋棒在辆端部胜联结钉成的饭线圈狗，绕诉组端日部为篮式桃结构，并妈且由供引线愁环连天接成苍固定讯的相勉带。浆采用际连续戴式F级环袋氧粉絮云母牛绝缘馋系统路，表巾面有握防晕稀处理厕措施汉。轴陪向可乏沿支甲架滑外销方鞭向自种由移倒动，重减少慈由于生负荷疼或工贯况变绳化而病在定晋子绕苦组和齐支撑扛系统侦中引巾起的浅应力能，满括足机陪组调希峰运森行的刑要求物。在负尽载运断行条枪件下掏，定燃子绕桶组会偿产生老自感杏应涡骗流损挠耗，倦为减秒少这睁种损属耗，冰定子股线棒返采用盏了罗落贝尔虏换位修形式笨。所矛谓换波位，继就是脖在线罢棒编挤织时亡，让液每根玩线棒壳沿轴裹向长叙度，兵分别含处于偶槽内嫂不同狱高度浪的位协置，哗这样物每根费线棒踢的漏发电抗浮相等播，使舱每根岂导体筝内电联流均挂匀，方减少梯直线不及端抖部的饮横向阿漏磁懂通在圣各股通导体抗内产它生的朴环流闹及附结加损她耗。定子徐线棒短由矩阅形的叼空心晒和实塞心股仗线混尊合编赛织而盟成，示定子露绕组摆就是低通过洒空心进股线猪中的未水介锻质来套冷却怨的。蜘定子彩线棒冷端部伤的所惕有股赞线均羞焊接欺到水早电接胶头上役，通铺过铜览带将紧两根予线棒零水电俗接头众焊在缎一起躁形成纺电气霉连接死，构怒成一灵匝线听圈；吉而所魔有空铁心股剪线中鞠的冷羽却水稻通过置水电爽接头央的水制路接蜡至靠隔滑环僚端的挑汇流计母管景，并旷经绝喊缘引尽水管朋进入容线圈是。在杰发电材机的新集电业环端毙设有戏一条额进水唇母管船；在蒸汽机盾端部塘设有粉一条爷出水卷母管拳。冷击却水谦流通配道为煌单向篮型，很即从捡集电顶环端需流向姥汽机兵端。汇流角母管充是直旦接接受地的别，从帐线圈严到汇毁流母庄管间务的连云接是鸦采用铲单个模加强袍型绝气缘管，这讽种绝黑缘管朱设计笼上能矛够受闹发电氧机的刊运行攀电压顶，这扫就保忌证了吉线圈门的对夜地绝灵缘。栋但对嫌于这吓种结孝构，贴测量鼓线圈联绝缘吹却是郑不方冰便的厚。1－槽爪底垫事料；2－主泊绝缘座；3－实僻心线毁；4－层闭间垫波料；5－半荒导体唐弹性轿波纹雨板；6－空尖心线域；7－传酸动垫响条；8－滑咏动楔袭块；9－锥违形楔晚销侧面砖有半爹导体盈弹性趋波纹省板，伶径向揉还用勿带斜萍度的扔槽楔奋组合嗓固定炒。定抹子绕年组端烫部设乳有特秆殊的权支撑娱系统秩，用天浸胶样涤玻火绳绑誉扎固幸定在盘由玻区璃钢倒支架葵和绑惜环组待成的蛛端部帖固定毕件上械，绑永扎固冒定后家进行送烘焙静固化长，使将整个离端部炼在径少向和策周向桌上为码刚性食固定择，确倾保端钟部固铸有频品率远政离倍化频，待避免槐运行虫中发浑生共婆振。练轴向撇可沿担支架割滑销目方向化，随庆负载柳或工退况变缠化而距自由哭地移斑动，逝大大食减少撕了由姜于负龄载或狱工况朽变化教在绕召组和药支撑在系统女引起瓣的应锡力，戚提高海了机圆组运特行的亭可靠赢性及伙满足缺机组唤调峰势运行据的要霉求。发电奏机出克线发电搅机各熔相和语中性天点出鬼线均厘通过阔集电敌环端光机座辨下部优出线道罩引至出机拥座，乓在出袍线罩祖与定屯子外责机座蛙之间阻放置据有密洋封垫键以维指持气炭密性丛。出徐线罩框板采握用非柿磁性汇材料拢以减饺少定扯子电漂流产良生的议涡流却损耗患。出奔线罩厌板下穷方开吩有排绣泄孔概以防诉止引仗线周田围积邻存油袋或水围。定子魔出线羡及氢图冷回宰路如笨上图纹所示驱。定躬子出匪线通渡过高壁压绝域缘套兽管穿辟出机眠壳外皂，套拖管由厉整体是的陶绒瓷和框铜导苏电杆度组成五，导验电杆建两端揉镀银斯。过知渡引毛线及励出线帮套管建均采庄用氢浊气内迫冷，镜套管昨上装肿有电秩流互肃感器干供测棒量和渣保护耀用。并氢气网从铜凭导电愧杆上幅端的础进风哗口进坑入导怠电杆睬内管堤，在环底部事转入擦双层识铜管洲的环浊形空估间，剃通过晓上部诵一特你殊接顽头排依入过块渡引沟线，谣再由掠固定摊过渡迈引线框的空挥心磁堆套管友排入便出线肝罩的单夹层端风道统后进挖入内祸外端赤盖间楚的低阿压风骑区。测温匀元件凯和出马线板热电址阻：卫在定卷子绕棍组的盆每一准相的赶最热节点埋技设有凑检温觉计（R.绢T.菠D），周测量时绕组娃的温装度。咽而线初棒温锋度，协采用唐每个角槽内句上下姜层线扒棒间意埋置运的电页阻检拦温计坊来测断量。侵铁芯哨温度膏用埋唱置的肤热电始偶测腾量。依此外转，在你冷却销器的趋进风塌区埋扫设有肚电阻饭检温蒙计，匪以测赴量冷肢却器授的进滚出风汪温。馋所有喉机内犬的检掀温计秤均通遇过机浮座下述部的泻接线勿端子可板引执出。热电凳偶：珍由于森发电相机在闹欠励碑运行喘时，卫定子合端部遍部件毛的温穷度会伐很高滤，这皮些部铁位均捎埋设歪热电殃偶以炒测量贫温度朱。在睬定子盆压圈揪，铜蚂屏蔽障和铁是芯边晚段齿哥部、肤轭部牲测量孟部位剥所安哄装的绑热电哀偶是苹铜－锤康热撞电偶侦，其穷传感罢部件捷焊在庄测点停位置图。定巩子线医圈出子水温旱度，阵采用富布置漫在出胀水接悲头上绞的热况电偶授测量需。轴墨瓦温直度采驳用埋荷置在栏钨金误下的碎热电钥偶测参量。姻热电瓜偶的时股线耻和保迹护套匹之间瓜的间诵隙用论陶瓷苗物质乌填充孕，使棚股线丽与外萝层空斩气隔字绝，烛并可贱避免弟热电理偶在壤空气步中和瓶高温稿下被辫腐蚀币。热懒电偶木引线把（玻胳璃丝填包股跪线）萍被引域至测蜡温端蠢子箱倚的出垃线板碧上。发电乔机转漆子1）转饥子本庭体发电潜机转朽子是巩由一盆根整尺体合车金钢胃锻件耀加工锄而成悄，在汁转子吴本体戒上径舟向地脏开有哑许多烘纵向缝槽用宝于安碗装转遵子绕稍组，句同时夏作为肢磁路仁。转路子绕罩组在渔槽内屿由铝妙合金交和钢斩槽楔睡紧固携以抵逢御离堆心力盈。这斤种磁拜性和搭非磁安性两拖种槽侨楔的斩应用炮能够伤保证柔合理观的磁识通分坝布。扇这些朋槽楔承均楔忽入了伏转子切槽口浇处的老鸽尾飞槽内年。转较子大别齿上害加工果横向蜡槽（痰即月柜牙槽纷），嚷用于雁均衡瓜大、碍小齿锹方向半的刚董度，秒以避售免由呆于它摇们之蜂间的拍较大理差异草而产膏生倍疲频振雅动。2）转炮子绕垒组转子傲绕组忘由高开强度驶含银缸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