水轮发电机结构
水轮发电机结构
一、简介（一）、简介水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。
1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。
2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种；3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。
1）、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出应用水头范围：30m~700m特点：结构简单、运行稳定且效率高2）、轴流式水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动应用水头：3~80m特点：适用于中低水头，大流量水电站分类：轴流定桨、轴流转桨3）、冲击式转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m适用于高水头，小流量机组。
（二）、水轮机主要类型归类二、水轮机主要基本参数1、水轮机主要基本参数水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）流量：Q转速:f=np/60出力：N=9.81QHη（Kw）效率：η2、水轮机型式代号混流式：HL斜流式：XL轴流转桨式：ZZ轴流定桨式：ZD冲击（水斗式）：CJ双击式：SJ斜击式：XJ贯流转桨式：GZ贯流定桨式：GD对于可逆式，在其代号后增加N3、混流式水轮机型号：HL100—LJ—210HL：代表混流式水轮机100：转轮型号（也称比转速）LJ：立式金属蜗壳210：转轮直径（210厘米）4、轴流式水轮机ZZ560—LH—1130ZZ：轴流转桨式水轮机560：转轮型号LH：立式混凝土蜗壳1130：表示转轮直径为1130厘米5、冲击式水轮机CJ47—W—170/2X15.0CJ：冲击式W：卧轴170：转轮直径170cm2：2个喷嘴15.0：射流直径三、水轮机主要部件（一）、组成引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件1、引水部件组成：引水室（蜗壳）、座环作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。
水轮发电机结构及工作原理介绍
水流冲击水轮机叶片带动水轮机旋 转
发电机将机械能转化为电能
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水轮机通过传动装置将机械能传递 给发电机
电能通过输电线路传输到电网供用 户使用
效率定义：发电机在单位时间内输出的电能与消耗的机械能之比 影响因素：发电机的设计、制造、运行条件等 提高效率的方法：优化设计、提高制造精度、改善运行条件等 效率计算公式：η=P/P0其中P为输出电功率P0为输入机械功率
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汇报人：
农村地区：为偏 远地区提供电力 供应
城市景观：作为城 市景观的一部分提 供照明和装饰
水利工程：用于 水利工程的监测 和控制
环保领域：用于 污水处理和环保 监测
水轮发电机的优缺 点
清洁能源：水 轮发电机利用 水能发电是一
种清洁能源
效率高：水轮 发电机的效率
较高可达到 90%以上
运行成本低： 水轮发电机的 运行成本较低 维护费用也较
水轮发电机的工作原理：水流通过水轮机带动发电机转子旋转产生电能 发电机的运行特性：根据水流量、水头、转速等因素调整发电机的输出功率和频率 发电机的运行状态：正常运行、停机、故障等 发电机的维护和保养：定期检查、维护和保养确保发电机的正常运行和寿命
水轮发电机的类型
工作原理：利 用水流的冲击 力推动水轮机 旋转从而带动
水轮发电机结构及工 作原理介绍
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水轮发电机的结构
水轮发电机的工作 原理
水轮发电机的类型
水轮发电机的应用 场景
水轮发电机的优缺 点
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水轮发电机的结构
盛国林_第五章水轮发电机的基本结构
推力瓦
推力瓦是推力轴承中的关键部件， 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， 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。 动部分的重量和轴向水推力。 推力瓦一般做成扇形块， 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 承的推力瓦数多为 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。 瓦两种。
水轮发电机组安装与检修
第 章 水 轮 发 电 机 的 基 本 结 构 本章内容
定子结构 转子结构 机架 推力轴承
水轮发电机的主要作用是将水轮机旋转的机 械能最终转换成电能，其结构与性能的好坏 对电站的安全、稳定、高效运行起着致关重 要的作用。 水轮发电机主要由定子、转子、机架、推力 轴承、导轴承、冷却器、制动器等部件组成。
巴氏合金推力瓦结构
弹性金属塑料瓦
与巴氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦推力轴承具 有如下优点：
①弹性金属塑料瓦在大负荷条件下比相同情况的巴氏 合金瓦油膜厚度大，运行可靠性高。 合金瓦油膜厚度大，运行可靠性高。 许用单位压力大，损耗相对小。 ②许用单位压力大，损耗相对小。 ③弹性金属塑料瓦推力轴承允许长期停机后在不顶转 子情况下启动。 子情况下启动。 推力轴承可以在油槽内冷却器短时停水时正常运行。 ④推力轴承可以在油槽内冷却器短时停水时正常运行。 安装时不需要刮瓦和研瓦，减小了检修安装工作量， ⑤安装时不需要刮瓦和研瓦，减小了检修安装工作量， 可缩短检修安装工期。 可缩短检修安装工期。
机架
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机架和下机架， 按承载性质分为负荷机架和非负荷机架 。
水轮发电机组培训课件
制动系统
• 发电机采用机械制动的方式，在下机架支臂上均匀装设了 4只具有气复位功能的制动器，每个制动器上均安装了复 位信号发送装置，制动器也作为发电机转子顶起装置的一 部分。
集电环和碳刷 • 发电机最上端的集电环和碳刷，其作用是将静止
的励磁系统输出的电流送入旋转的转子线圈。
下风罩
• 下风罩安装在主轴法兰连接处，构成发电机的密闭仓，下 风罩也作为发电机的安装平台及水轮机吊车的支撑体。
• 检修密封在工作密封下方，采用空气压迫橡胶带式密封结构，当机组检修时，向空气 围带内充入0.5-0.7MPa压缩空气，橡胶围带膨胀而使围带的密封唇边与主轴贴紧起到 密封作用。正常运行中严禁将检修密封投入，否则会造成橡胶围带磨损损坏。
• 定子 • 转子 • 上机架 • 下机架 • 空气冷却系统 • 制动系统 • 集电环和刷架 • 检测保护系统 • 灭火系统 • 上盖板和下风罩 • 大轴等部分组成。
尾水管
• 尾水管结构：锥管、肘管。 • 尾水管作用：锥管主要为转轮室补气测压监视；肘管主要
作用是排水、补气测压监视。
导水机构
• 水轮机导水机构的作用，主要是形成和改变进入转轮水流 的环量，采用转动式的性能良好的多导叶控制，保证水流 以很小的能量损失，在不同的流量下沿圆周均匀进入转轮。
主轴
• 水导轴承为自循环稀油润滑筒式轴承，外循环冷却，采用巴氏合金轴 瓦，具有自润滑循环方式，运行中透平油因离心力从转动油盆自下沿 轴瓦上约45°的螺旋导油槽进入上油盆，其间对轴瓦进行润滑、冷却， 透平油在上油盆内进行冷却，冷却后因自重又回到转动油盆中，如此 往复不止从而起到润滑和冷却的效果。
轴承密封
• 主轴密封分工作密封和检修密封两种。
• 工作密封采用活塞式橡胶平板接触密封，由转环、密封座、橡胶密封环等组成，工作 时，通过技术供水将橡胶密封环顶起，与转环直接接触，达到密封的效果。橡胶密封 环通过泄漏水进行润滑、冷却，磨损后可自动调整复位，上密封座上有压力水进口和 排沙口，密封效果较好。
水轮发电机的构造
水轮发电机的构造水轮机的转速都比较低，特别是立式水轮机，为了能发出50Hz的交流电，水轮发电机采用多对磁极结构，对于每分钟120转的水轮发电机，需要25对磁极。
由于过多磁极不易看清结构，本课件介绍一个有12对磁极的水轮机发电机模型。
水轮发电机的转子采用凸极式结构，图1是发电机的磁轭与磁极，磁极安装在磁轭上，磁轭是磁极磁力线的通路，发电机模型有南北相间的24个磁极，每个磁极上都绕有励磁线圈，励磁电源由安装在主轴端头的励磁发电机提供，或由外部的晶闸管励磁系统提供（由集电环向励磁线圈供电）。
图1--水轮发电机转子有多对磁极磁轭安装在转子支架上，在转子支架中心安有发电机主轴，在主轴的上端头安装有励磁发电机或集电环。
轴下端有连接水轮机的法兰，见图2。
图2--水轮发电机转子发电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀分布着许多槽，用来嵌放定子线圈，见图3。
图3--水轮发电机定子铁芯定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相绕组由多个线圈组成，按一定规律排列，见图4。
图4--水轮发电机定子绕水轮发电机安装在由混凝土浇筑的机墩上，在机墩上安装机座，机座是定子铁芯的安装基座，也是水轮发电机的外壳，在机座外壳安装有散热装置，降低发电机冷却空气的温度；在机墩上还安装下机架，下机架有推力轴承，用来安装发电机转子，推力轴承可承受转子的重量与振动、冲击等力。
见图5。
图5--水轮发电机机墩、机座、下机架在机座上安装定子铁芯与定子线圈，见图6。
图6--水轮发电机的定子转子插在定子中间，与定子有很小间隙，转子由下机架的推力轴承支撑，可以自由旋转，见图7。
图7--定子与转子安装在机座上安装上机架，上机架中心安装有导轴承，防止发电机主轴晃动，使它稳定的处于中心位置。
图8--水轮机发电机未盖地板铺好上层平台地板，装好电刷装置或励磁电机，一台水轮发电机模型就安装好了。
图8--水轮机发电机该水轮发电机模型转子旋转一周将感生出12个周期的三相交流电动势。
水轮发电机结构实训报告
一、实训目的本次实训旨在让学生了解水轮发电机的结构组成、工作原理以及在实际运行中的应用，培养学生的动手能力和实践操作技能，提高学生对水轮发电机相关知识的掌握。
二、实训内容1. 水轮发电机组概述水轮发电机是水电站的核心设备，由水轮机和发电机两部分组成。
水轮机将水能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能。
2. 水轮机结构（1）反击式水轮机：根据能量转换方式的不同，水轮机可分为反击式和冲击式两类。
反击式水轮机利用水流的压能和动能，将水能转化为机械能。
反击式水轮机又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。
（2）冲击式水轮机：冲击式水轮机利用水流动能，将水能转化为机械能。
冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式。
3. 发电机结构（1）同步发电机：同步发电机由定子和转子组成。
定子由机座、铁芯和三相绕组线圈等部件构成；转子由主轴、轴承、转子铁芯和绕组等部件构成。
（2）异步发电机：异步发电机与同步发电机相比，结构相对简单，但效率较低。
异步发电机主要由定子和转子组成。
4. 水轮发电机组工作原理（1）水轮机工作原理：水经阀门、蜗壳、导水叶、转轮、尾水管流出，带动转轮旋转。
转轮在水的压力和速度作用下旋转，把水能（动能、势能）转换成机械能，转轮出口水流通过尾水管排至下游。
（2）发电机工作原理：转轮通过主轴、轴承带动发电机转子在定子中旋转，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，产生电流发电，把水的势能转变为电能。
5. 水轮发电机组运行与维护（1）运行：水轮发电机组运行过程中，应确保各部件正常工作，及时调整负荷，防止设备过载。
（2）维护：定期对水轮发电机组进行清洁、检查、更换磨损部件，确保设备安全、稳定运行。
三、实训过程1. 观察水轮发电机组实物，了解其结构组成。
2. 分析水轮机、发电机的工作原理，掌握其能量转换过程。
3. 模拟水轮发电机组运行过程，了解各部件协同工作。
4. 水轮发电机组故障排除，提高动手能力和实践操作技能。
水轮发电机结构及工作原理介绍
水轮发电机结构及工作原理介绍水轮发电机是一种利用自然水流的动能来产生电能的装置。
它是电力工业中最为常见的发电机之一，被广泛应用于水力发电站和小型水电站中。
本文将介绍水轮发电机的结构组成及其工作原理。
一、水轮发电机的结构组成1. 水轮机水轮机是水轮发电机中的核心部件，它通过水的冲击力将水的动能转化为机械能。
水轮机通常由转子、转子叶片和轴组成。
转子是水轮机的主要部件，负责承载叶片和转动。
转子叶片用来接收水流冲击力，将动能转化为转子运动能量。
轴则将转子连接到发电机，使其能够转动。
2. 水导装置水导装置是控制水流进入水轮机的装置，它的作用是将水流引导到水轮机的转子上。
水导装置通常由水闸、引水渠和水轮机进水口组成。
水闸和引水渠用来控制水流的流量和流速，可以根据实际需要进行调节。
水轮机进水口是水流进入水轮机转子的地方，需要保证水流的稳定和流量的均匀分布。
3. 输电系统输电系统是将水轮发电机产生的电能传输到用户端的系统。
它由发电机、变压器、输电线路和配电系统组成。
发电机是将机械能转化为电能的设备，它通过转子的旋转产生感应电动势，从而产生交流电。
变压器负责将发电机产生的低电压升高为输电线路所需的高电压，以减少输电损耗。
输电线路将电能从发电厂传输到用户端，而配电系统则将电能从输电线路引导到用户家庭或工厂。
二、水轮发电机的工作原理水轮发电机的工作原理基于水能转化为机械能，再由机械能转化为电能的过程。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 水的冲击力当水流通过水闸和引水渠进入水轮机时，会受到水轮机转子上叶片的阻力，从而产生冲击力。
这种冲击力将水的动能转化为机械能，使转子开始旋转。
2. 转子的旋转转子受到冲击力作用后开始旋转，旋转的速度取决于水流的流量和水轮机的设计。
转子旋转会带动轴一起旋转，将机械能传递到发电机中。
3. 感应电动势转子的旋转会产生变化的磁场，使静子（固定在发电机内部的零部件）中的导体产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动时，会在导体两端产生电势差，即感应电动势。
水轮机结构介绍
装配步骤：
1.安装顶起环； 2.安装V型密封圈； 3.安装垫环； 4.安装λ型密封圈； 5.安装密封压板； 6.安装固定螺钉，将密 封装置固定在轮毂上。
轮叶安装
装配步骤：
首先采用转轮 翻身工具将转轮体 翻身（图中没有表 示）；然后将轮叶 分片装配到相应位 置（图中只显示了 单个轮叶的安装）； 用螺栓将轮叶与枢 轴固定；安装转轮 悬挂装置；再安装 操作架（图中没有 表示出来）。
推力轴承结构
推力头 卡环 镜板 油冷器
密封圈
油槽盖
推力瓦 托瓦
支筒 支铁 推力轴承座 挡油管 推力油箱
弹性油箱
底盘
推力油箱
与油槽盖 配合面
油冷却器 安装孔 与推力轴承柱 段配合面
推力油箱由二瓣组成，两者组装后吊入机坑与推力轴承支 架柱段通过螺栓紧固在一起。
弹性油箱底盘组件
连接油管
支筒
支铁
弹性油箱
8.安装镜板；
9.安装推力头；
定
子
串联变出口 出口母线 定子绕组 定子铁芯 空冷器支架
定子机座
空冷器
暖风窗
定
子
安
装
机座分为六瓣，由五层环板及其间盒型筋等支撑，装焊而成，最大直径17.7米，高3.5米 ；定子 铁芯是由0.5mm厚W315-50热轧矽钢片冲制的扇形片叠压而成，整园每层66张扇形片，每张扇形片上 有12个槽，铁芯共分36段，采用高度为8mm通风槽钢，齿压片和端箍均采用无磁性材料；定子绕组采 用条形波绕组，每个线棒由42根双玻璃丝包线360°挨位编织，包绝缘模压而成。绝缘为B级环气粉 云母带。绕组为3路人形接法。
底盘
弹 性 油 箱
外形图
剖面图
推力油冷却器
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水轮发电机结构
按布置方式的不同水轮发电机可分卧式和立式两种。
按推力轴承位置的不同来分,立式发电机又分为悬式和伞式两种。
推力轴承位于装置上方的发电机称为悬式发电机，它适用于转速在100r/min以上。
其优点是推力轴承耗损
小，装配方便，运转较稳定；缺点是机组高度较大，消
费钢材较多。
推力轴承位于转子的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150r/min以下。
其优点是机组高度低、可降低厂
房高度、节省钢材；缺点是推力轴承损耗大、安装、检
修、维护都不方便。
左图为全伞式水轮发电机。
全伞式结构动画演示
左图为半伞式发电机。
半伞式结构动画演示
半伞式发电机有上导轴承,且推力轴承位于转子的下方。
图中：1-转速信号器2-永磁机3-受油器4-受油器支架5-上风洞盖板6-上机架7-上导轴承8-转子9-定子10-千斤顶11-空气冷却器12-定子基础板13-制动器14-下风洞盖板15-主轴16-推力轴承17-推力轴承支架。