汽轮机发电机本体结构及功能

汽轮机发电机本体结构及功能

一、发电机结构及功能

氢冷发电机在本体上主要由定子和转子两大部分组成,在附属系统上主要有励磁系统、冷却系统、密封油系统和氢气系统。

二、发电机定子

定子由机座、铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。

1、机座及端盖

定子机座为中段机座和两端端罩组成的三段式组合结构，中间段与铁芯长度相近。沿轴向布置的环形板既是铁芯的支撑件，也是风区隔板，隔板间有圆形风

管。两端端罩罩住定子线圈端部，4个卧式冷却器置于两端罩顶部的冷却器罩内。

三段式机座之间用螺栓把合，各接合面处除用橡胶圆条密封外，还用气密罩封焊，端罩两侧下部设有排水法兰，接液位信号器，冷却器漏水可及时报警。

整个机座按防爆要求设计，具有足够的强度和良好的气密性，经受1.0兆帕30分钟的水压试验和4×105帕气密试验。

2、机座的作用：

主要是支持和固定铁芯绕组。如果用端盖轴承，它还要承受转子的重量和电磁力以及分配冷却气流力矩。（特别是在发电机出口短路后要承受10倍以上的短路力矩的作用），除此以外，还要防止漏氢和承受住氢气的爆炸力。

3、定子弹性支撑：

为了减少发电机运行时定子铁芯所产生的双倍频的振动对发电机基础的影响，铁芯与机座之间采用轴向组合式弹性定位筋作为隔振结构。

两个主要振动源：一是铁芯振动，其振动频率为二倍频100HZ。这因为在二极发电机中，由于发电机转子磁场的影响，机座和定子铁芯将受到100HZ的交变电磁力的作用，并使定子铁芯变成一个不断变化的椭圆，使机座发生倍频振动。二是转子振动，这通常只发生在轴承与端盖合成一体的发电机上，它起因于转子的各种不平衡，其频率为50HZ，即转子的机械旋转频率。所以说机座都是为高

强度优质钢板焊接而成。

4、端盖：

端盖是发电机密封的一个组成部分，它分为内端盖和外端盖，为了安装，检修，拆装方便，一般端盖由上下两半构成。外端盖采用钢板焊接而成，内端盖由铝合金或玻璃钢板压铸而成。外端盖的作用：密封、支承（转子）、防爆的作用。内端盖的作用主要是隔开冷热气体的作用，但内端盖与机座固定之间必须绝缘，防止引起涡流发热。

5、铁芯

定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件，为了减少铁芯的损耗（磁滞和涡流），一般大容量发电机定子铁芯采用高导磁，损耗小，厚度为0.35—0.5mm的优质冷扎硅钢片叠装而成。我厂采用0.5mm硅钢片。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂了耐高温的F级绝缘漆。

定子铁芯的叠装结构与其通风散热方有关。大容量电机铁芯的通风冷却有三种方式：铁芯轴向分段径向通风、铁芯内轴向通风、半轴向通风。我厂采用第一种。轴向分段径向通风式，铁芯沿轴向分段：中段每段厚度为30—50mm；端部铁芯易发热，每段厚度比中段小。

整个铁芯通过外圆的许多定位筋及两端的齿压板和压圈固定压紧，将铁芯与机座连成一个整体。在铁芯内还有还穿有轴向拉紧螺杆，再用螺丝紧固压板上。

为了防止定子铁芯端部由于漏磁引起的发热，在大型电机中采用磁屏蔽和电

屏蔽（高压变压器内部也有磁、电屏蔽，磁屏蔽）。磁屏蔽是由硅钢片叠成的。作用是把漏磁均匀转移和削弱，磁屏蔽自身也产生损耗和热量，但不是特大，由冷却系统进行冷却，完全可满足定子正常运行。电屏蔽用铜或铝等导电性能好的材料制成。作用是通过自身的涡流感应来削弱漏磁通或改变一部分漏磁通的路径。（高压变压器的电屏蔽与发电机不一样，一个屏蔽电场，一个屏蔽磁场）6、定子绕组结构

一般大型发电机都采用三相双层短距分布绕组（目的是为了改善电流波形，即消除绕组的高次谐波电动势，以获得近似的正弦波电动势）。我厂定子绕组采用叠式绕组，每个线圈都是由两根条形线棒各自做成半匝后，构成所谓匝式结构，每根线棒由二排空心和实心线混合编织的导线组成，绕组的冷却是以通入空心和实心线混合编织的导线组成，绕组的冷却是以通入空心铜线中的水来实现的。

线圈股线在槽内采用540°换位，以减小附加损耗，定子绕组对地绝缘采用环氧F级云母粉热弹性绝缘，主绝缘外设有防晕层，端部渐开线部分用不同阻值的绝缘带来改善端部电位的分布，以防止运行时产生电晕放电。

绕组端部采用兰式结构，端部线棒为渐开线形，以保证间隙均匀并减小端损耗。

即在端部线鼻处用对接焊成一个整单匝式线圈（定子槽数60，绕组的并联支路2路，每极10槽，节距24）

7、定子绕组绝缘

定子绕组绝缘包括：股间绝缘、排间绝缘、换位部位的加强绝缘和线棒主绝缘。（主绝缘是指对地主绝缘）。绝缘采用的材料是玻璃布，环氧树脂和云母带。一般最高允许温度为130℃，其优点耐潮、电气、机械及热性能好，但耐磨和抗电腐蚀能力较差，耐热等级一般为B级或F级。

8、定子绕组在槽内的固定

发电机运行时，定子线棒的槽内部分受到各种交变电磁力的作用，上下层线棒之间的相互作用是产生径向力的主要作用。短路时与厘米线棒上所受的电磁力可达几百公斤，线棒若不压紧就会在槽内出现双倍频率的径向振动。

大容量发电机在固定线棒的槽部时，在槽底、上下线棒间及槽楔下，垫以半导体漆环氧玻璃布层压板或酚醛层压板或垫以半导体适形材料制成的垫条；槽侧面用半导体弹性波纹板楔紧，也有用半导体斜面对头楔代替弹性波纹板的；在槽口处再用一对斜楔楔紧。

9、定子绕组端部固定

汽轮发电机的定子绕组端部处在端部漏磁场中，两端部绕组又不易像槽内线棒那样固定的牢靠，容易受到电磁力的危害。一般大中型发电机一般采用粗细不同的涤纶玻璃丝绳。用环氧树脂浸透后，将上下线棒绑紧，在靠近铁芯处与线棒支架绑紧或加板加紧，使线棒端部成为一个整体。但固定后的端部，其固有频率必须避开100HZ（正、负5）的频率，以免发生共振。

线棒间用绝缘垫块外包浸胶后的适形材料塞紧。线棒与支架，绑绳等接触处均垫以适形材料，使之接触可靠。

10、定子绕组的水路连接与水电接头

发电机内设有进水母管和出水管。按每匝线圈进出水方式及其两半匝线棒的水流方向，定子绕组的水路分为两种形式：串联双水路和并联单流水路。（我厂是并联单流水路）

在水内冷的定子绕组中既通电又通水，所以绕组端的结构与空冷、氢冷的定子绕组有所不同。它必须有一个可靠的水电接头，使定子绕组按电路接通，又让水方便地通过聚四氟乙烯引水管引入和排出。因此水电接头是水冷电机中关键的部件。绕组鼻端上下层两线棒间的水电联结必须十分可靠，若发生渗、漏水，则会影响电机安全可靠运行，甚至造成重大事故。

11、定子出线套管

三、发电机转子

主要部件：转子锻件、激磁绕组、护环、中心环和风扇等组成。

1、转子本体

大容量发电机的转子铁芯采用导磁性能好和机械强度高的优质合金钢锻件，如镍铬钼钒（NiCrMoV）、镍铬钒、铬镍钼等合金钢的单一锻成体，经校验合格后，加工制成。转子上沿轴向先有要放的转子绕组的槽（照片）我厂转子槽数是

32 个，N—S极间各16槽。

2、 激磁绕组

转子绕组为氢内冷。绕组型式为同心式，每极8个线圈中串联两极间也是串联，每槽内放有多匝线圈，每匝线圈内含两半硬铜线组成，槽内部分的每根扁铜线上按一定规律走两排斜向不同的斜通风孔，两排斜通风孔的位置按不同槽底凹形铜线分风区将它们连通。线圈端部由上下两半匝铜线上的凹形槽组成的风道冷却。（看图）

绕组对地绝缘采用环氧云母粉聚酰亚胺薄膜和玻璃胚布复合绝缘压制的槽衬（看图）匝间绝缘的直线部分为氧玻璃布板，端部聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维复合泊（NHN ）。

3、 转子槽楔与楔下垫条

槽楔采用高强度、非磁性的合金材料制成。端部槽楔为铝青铜材料，它具有较高的导电率及高温机械性能。中间各段槽楔为铝合金材料，其上面加工有特殊的进风孔，以便学转子旋转时充分利用所产生的正负压头，强迫冷却气体流经转子绕组风道。

4、护环、中心环及风扇

发电机采用悬挂式护环，中心环结构，护环为高强度非磁性锻钢，护环与转子本体热套后用环键固定。

中心环为优质合金钢锻件，由护环支撑，它与转子绕组端部轴向之间设置了弹性支撑，中心环与轴柄间有一定间隙，作为转子绕组端部线圈的冷却气体通道，其间装有由尼龙注塑而成的导风叶，当转子旋转时，导风叶可使沿切向进入中心环下的气流转为轴一径向，并产生有用的压头。

转轴两端的风扇为旋桨式，每个风扇有28个叶片，叶片用合金摸锻而成，叶片由其尾部的螺纹固定在风扇环上，风扇环热套在转轴上。

5、转子绕组引出线

转子引出线由径向导电螺钉与位于转轴中心孔的导电杆组成，螺钉与导电杆用具有较高强度及电率的铬铜棒制成，它们之间用螺纹联接。

导电杆外有环氧玻璃布作为绝缘，导电螺钉与轴孔间，用橡胶密封圈密封。

6、集电环与电刷

集电环与电刷是实现励磁电流从静止部件传送到转动部件的机构。

集电环有两种结构形式，用于不同的机组。一种是集电环上有径向通风孔用小隔音罩将集电环及刷架部分罩住，外接鼓风机向罩内鼓风以冷却集电环，冷风顺励磁母线通道进入，热风排入厂房。另一种集电环上有轴向通风孔，两集电环之间有离心风扇冷却集电环，冷热风由机坑上的冷，热风通道进入和排处，励磁母线可设置在冷风风道内。

相应地刷架有两种结构形式与集电环相匹配

集电环用耐磨性好的合金钢制造，表面车有螺旋沟以改善电刷的接触性能。

集电环对转轴绝缘，绝缘筒用H级材料压制成，每个集电环上有36个电刷，由恒压弹簧提供所需压力。

四、发电机通风与冷却系统

本型发电机采用定、转子相匹配的“四进五出”多流式通风系统。转子本体部分绕组采用气隙取气铣孔斜流式氢内冷，转子端部绕组采用了纵横两路氢内冷。

转子本体沿轴向分为四个进风区，五个出风区。利用槽楔上风斗在高速运转时的兜风和电风作用所形成的压差，使氢气流经转子绕组上由铣孔组成的“V”形斜流风道。

在转子绕组端部，每根铜线（半匝）沿长度方向铣有“”形槽，上下两匝组合形成风道从槽楔风孔甩入气隙。另一路风沿横向（切向）风道，利用风扇的鼓风及大齿甩风槽的抽风作用进入气隙。

机座配置隔板和风管，与铁芯径向风道一起组成定子“四进五出”风区，与转子风路系统匹配。

热风经机座两端小外皮上的风孔进入端罩顶部的冷却器经罩内冷却器冷却后再经风扇鼓入，形成连续的密闭循环的系统。

发电机转轴两端装有轴流式风扇，提供足够的压头以保证35米3/秒的

总风量。

定子绕组与定子引线为水内冷，同一线圈的上、下层线棒并联为一支路（如是引线线圈则含引线在内），全台共60个支路并联，冷却水从励端汇流管进，汽端汇流管出。

定子出线（连同过渡引线）分A 、B 、C 三相三个并联水路，由位于出线罩壁的管口供水。

五、轴承油密封

发电机采用端盖轴承，椭圆轴瓦，轴瓦外圆上固定三块镶块，坐落在轴承座

上，镶块与轴承座为球面配合能自动调正与轴心一到。镶块与瓦体绝缘，以防止轴电流。

轴瓦下部设有高压油顶装置，起动及盘车时可用高压右顶起转子，防止轴颈与轴瓦干摩擦。

主、副励磁机各有两个轴承；当采用机端变励磁机（无励磁机）轴外伸端设有一多油楔稳定轴承。

油密封为双流环式，氢侧、空侧的压力油在密封瓦和轴之间形成一道油障，有效地阻止机内氢气外泄，油封油压由外部的跟踪系统控制。

油封及轴瓦的内外设有内外挡油盖，以防止油外泄及进入机内。

六、测温装置

电阻测温元件有两种规格，一种是Cu50（铜电阻，0℃时50Ω）；另一种为Pt100（铂电阻0℃时100Ω），按协议上用户选定的规格预埋在机内，每个元件有两个出线端子，以便将信号接入计算机。

1、定子线棒测温

每槽上、下层线棒间埋设一个测温元件，共60个，在靠近发电机定子绕组出水汇流管的各个水接头上，各设置一个端面测温元件，共60个。

2、定子铁芯测温

在发电机两端和中部三个热风区轭部及齿部共设18个测温元件，元件预先埋设在一个由冲片形状的绝缘片组成的单齿扇形片中。

3、风温测量

在定子机座的9个风区与两端罩的冷风区（即冷却器出风）均设置有风温测量元件（铂或铜热电阻）。另外，在两端端罩上对应于氢气冷却器出风位置，机座中部对应于热风区及隔音罩顶部热风出口位置还设置有表盘式（直接）温度计。

以上各部电阻温度计均以从机内引至机座或汽端端罩下方的测温接线板的接线柱上。

4、定子引出线测温

在定子出线出水管的每条水支路上的出水接头处，设置端面铜热电阻测温元件（每相一个，共三个）。测温引线接至设置在出线罩后侧面上的测温接线板上。

在发电机的冷却器进出水管，定子水路总进出水管，轴瓦下部、油封进油管处设有双金属温度计。