水轮发电机常识

水轮发电机一、水轮发电机的主要作用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。

二、水轮发电机的基本工作原理在结构上水轮发电机是一种凸极式三相同步发电机，其磁极一个个地挂在磁轭外圆上并突出在外。

由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，相应的发电机的极数就比较多，所以做成凸极式在结构工艺上就比较简单。

发电机定子铁芯部分开有槽，槽内安放三个绕组，代表三相定子绕组；定子内部为转子，主要由磁极、励磁绕组和转轴等组成。

将直流电流引进励磁绕组后将会建立磁场（改磁场对转子来说是恒定的），当水轮机拖动发电机转子旋转时，旋转的转子磁场切割定子铁芯内的导线，在定子绕组中就会产生三相感应电势，当电枢绕组与外界三相对称负载借同时，定子绕组内将产生交流电流。

三、水轮发电机组的型式1、按布置方式分：可分为卧式和立式两种。

（1）卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机。

（2）一般低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。

2、按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞式两种。

（1）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。

（2）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150r/min以下。

3、按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种。

四、水轮发电机组成主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等部件组成。

1、定子的结构：水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三相绕组线圈等组成。

铁芯固定在机座上。

三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内。

发电机定子机座、铁芯和三相绕组统一体统称为发电机的定子，也称为电枢。

立轴水轮发电机定子结构如下图：线圈铁心机座（1）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。

（2）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。

（3）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。

定子叠装定子叠片加固2、转子的结构水轮发电机的转子是转换能量和传递转矩的主要部件，一般由主轴、转子支架、磁轭、磁极等部件组成。

立轴水轮发电机转子结构（1）主轴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。

（2）磁极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。

磁极铁芯分实心和叠片两种结构。

中、小容量高转速水轮发电机的转子，常采用实心磁极结构，整体锻造或铸造而成。

转速大于或等于750r／min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体锻造加工。

磁极固定方式通常采用螺钉、T尾和鸽尾结构。

（3）磁轭与转子支架磁轭的作用是构成磁路并固定磁极。

转子支架的作用是固定磁轭。

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厚钢板制造，不需要专门的转子支架。

对于定子铁芯外径较大的水轮发电机，磁轭通过转子支架和主轴连成一体。

磁轭的外缘加工有T尾、鹇尾槽或螺孔，用以固定磁极。

3、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、下机架，按承载性质分为负荷机架和非负荷机架。

4、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（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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。

（7）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。

（8）弹性垫支承氏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。

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—推力头弹性垫支承氏推力轴承示意图（9）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。

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—冷却器导轴承结构4、发电机制动系统（1）水轮发电机制动方式：机械制动、电气制动、混合制动（2）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。

（3）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。

（4）制动器的类型单向制动器、双向气压复位式。

5、通风系统机组运行时，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，发电机必须设置通风冷却装置。

一个良好通风系统应具备的基本要求水轮发电机运行实际产生的风量应达到设计值并略有余量。

各部位（特别是定子的有效段）的冷却风量应合理分配，各部位温度分布均匀。

风路简单，损耗较低。

结构简单、加工容易、运行稳定。

有时还能满足水电厂厂房结构以及利用发电机的热风供厂房冬季取暖。

五、水轮发电机的日常维护根据水电站机组的运行情况，定期对水轮发电机组进行必要的清扫，保持水轮发电机组设备的清洁，做到四周无杂物、无积水和及时处理掉有可能导致水轮发电机组不能正常运转的安全隐患例如定期切换压油装置的油泵和导轴承油泵，以防电动机受潮。

水轮发电机是整个发电站的主要设备之一，能否保证水轮发电机长期、正常运行会直接影响到水电站的生产和经济效益。

因此，工作人员在日常的工作使用中，一定要严格遵守水轮发电机组的运行使用规程，科学使用，做好必要的日常维护、维修工作，防患于为然，每一环节都要严格把关，保证整个工作顺利开展。

只有做到使用正确维护及时，才能使水轮发电机组正常运行，延长它的使用寿命，使水电站的安全生产得到有力的保障，只有这样，才能为发电厂提供一个安全、稳定、可靠的运行环境，保证电力能源的顺利供给，促进社会生产的进步，同时也为发电厂创造较好的经济效益。