水轮发电机制动器的最新技术
浅析水轮发电机设计方案的优化实现
浅析水轮发电机设计方案的优化实现摘要：水轮发电机涵盖了电气、机械以及水利等诸多学科内容，其设计方案要站在全局的角度上，实现系统性的整体设计。
本文首先从水轮发电机的工作原理及分类，然后详细论述了水轮发电机设计中的关键要素，最后采用多学科优化（MDO）的手段实现了水轮发电机设计方案的整体优化。
关键词：水轮发电机；设计方案；优化实现一、引言水轮发电机作为水利发电系统的核心机械设备，其运行效率的高低与否直接影响着水电站的发电量以及稳定性能，因此在水轮发电机的设计过程中，一定要对设计方案进行反复推敲、演算并建立模型，不断地优化整体设计方案，进而保证其运行效率和使用寿命。
水轮发电机涵盖了电气、机械以及水利等诸多学科内容，其中任何环节出现纰漏都会对其产生十分严重的影响，从而导致整个水轮发电机组设计失败。
例如河南小浪底水利发电站的水轮发电机叶轮静应力数值设计过高，运行过程中叶轮与转轮发生共振，致使转轮出现裂纹。
因此水轮发电机的设计方案要站在全局的角度上，协调各领域之间的设计冲突，实现水轮发电机组的整体优化。
二、水轮发电机的工作原理及分类水轮发电机是由转子、定子、推理轴承、制动器等元部件构成[1]，在水势能的冲击作用下，转子带动同轴的磁极一并转动，定子线圈切割磁感线，产生感应电流，从而实现发电过程。
（一）水轮发电机的工作原理水轮发电机是一套将水的机械能转换为电能的机械装置，其工作原理如图一所示：来自高位的水流拥有巨大的机械能，当水流从高向低倾泻而下时，水流的重力势能转化为动能，而高速的水流冲击水轮发电机的转轮，在联轴器的作用下，转轮带动转子上的磁极转动，在转动过程中，定子不断地切割磁感线圈，产生感应电流，从而最终实现水的机械能向电能转化的过程。
图一水轮发电机的工作原理（二）水轮发电机的分类由于河流区域地理环境的差异性，不同水电站所配备的水轮发电机的类型也不尽相同，有轴流式、贯流式以及切击式等不同种类，从运行特征的角度上来看，水轮发电机大致上可以分为冲击式水轮发电机和反击式水轮发电机。
水轮发电机讲义
一、水轮发电机的发展
中国在1949年以前自制的水轮发电机单机容量不 超过200kW,1949年以后电机工业获得了蓬勃的发
展，1958年已能生产7.25万kW单机，1972年已制
造出30万kW双水内冷水轮发电机。 目前位于世界前列的大容量水轮发电机为大古力 水电站、伊泰普水电站 、三峡水电站、溪洛渡水 电站、龙滩水电站等已经超过700MW，而今年建 成的向家坝水电站已经达到800MW。同时单机 1000MW的水轮发电机组也已经开始设计。
二、水轮发电机结构
二、水轮发电机结构
转子
立轴水轮发电机转子结构
二、水轮发电机结构
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。
水 轮 发 电 机
目录
水轮发电机的发展 水轮发电机的结构 水轮发电机的原理 水轮发电机的运行 水轮龙滩发电机的特点
一、水轮发电机的发展
世界第一座水电站于1878年建于法国。
美洲第一座水电站于1882年建在美国威斯康星州，
采用直流发电机。
1889年后,开始使用三相交流发电机。此后,单机容
交流电容电路不消耗功率，电路中仅是电源能量与电
场能量之间的往复转换。
三、水轮发电机的原理
无功的类型： 容性无功：由于电容器是储存电场能量的元件，当电
水轮发电机A修作业指导书
水轮机A级检修项目及标准4 大修作业程序4。
1、记录、测量大修前机组各项特性，以便与大修后作比较(机组特性表格见附表一)；4.2机组停机后,办理机组大修工作票,做好各项安全措施;4。
3抽尾水至工作点以下，打开蜗壳人孔门及尾水管人孔门；4。
4测量大修前导叶端、立面间隙（见附表二），转轮与顶盖、转轮与底环之间迷宫间隙，转轮下环与底环标高，转轮下环与基础环标高（见附表三）.4。
5水导轴承分解：4。
5.1拆除水导测温线，油位信号线，油浮子信号器；4。
5。
2拆除水导上盖、挡油板、水导测温线、挡油桶;4.5。
3排除上油箱内的油,在冷却器与轴承体结合部位打上记号；4.5.4拆除冷却器进、排水管,拆除水导冷却器；4。
5.5松开水导轴承体与顶盖固定螺栓，在轴承体与顶盖结合处打上记号，将轴承体吊起一定高度，松开转动油盆盖螺栓，并与转动油盆一起打记号,拆下转动油盆盖,松开轴承体上部合缝螺栓,拆下轴承体下部合缝处挡板，并做好记号,松开轴承体下部合缝螺栓，将两块分半轴承体用吊葫芦落在盖板上，并检查主轴与轴瓦的磨损情况；4。
5。
6将转动油盆内的油排净,松开转动油盆底部固定螺栓，将转动油盆抬起，松开合缝螺栓，并抬走。
4。
5.7松开固定转动油盆的卡环螺栓，记下卡环与主轴的位置,将分半卡环取下.4.6主轴水封拆除：4。
6. 1拆除主轴水封供水管；4.6。
2松开主轴水封盒固定螺栓的螺母，松开主轴水封盒合缝螺栓取出水封体和密封活塞,检查活塞的磨损量及水封盒的锈蚀情况；4.7检修密封的拆除：4.7.1拆除检修密封的供气管路；4.7。
2松开检修密封压环固定螺栓，用顶丝将压环顶起,将检修密封围带取出,并将压环放回原位,等到发电机轴与水轮机轴分解后吊出;4.8主轴分解:先在基础环一均匀放置三块小楔子板,再松开主轴联接螺栓，将水轮机轴同转轮同时落在基础环的楔子板上;4。
9导水机构分解：4。
9.1先将水导轴承体落在放有木方的顶盖技持环上并靠在大轴上，固定好以防掉落,将水机室盖板及其支撑拆下取出；4.9.2在导叶连板上按顺序打好编号，取出连板；4.9.3打出控制环推拉杆销子,放好，抽出推拉杆；4.9.4顶盖拆卸与吊装:松开顶盖与座环固定螺栓,拨出顶盖定位销，放好.标记出顶盖与座环的相对位置,待发电机部分拆卸完毕后,吊出水导轴承体和控制环。
水轮发电机运行规程
第一章设备大体参数第一节水轮机大体参数第二节发电机大体参数第三节温度限额第四节冷却水第五节顶转子时刻规定第六节顶转子要求第七节转速限额第二章总则第1条水轮发电机组是全厂最重要的机电设备，为确保机组的安全经济运行和人身安全，运行和有关人员必需严格遵守本规程。
发觉有人违背本规程，运行人员有权加以制止。
第2条机组开机、停机、蝶阀开启与关闭操作，必需经值长许可。
第3条蜗壳充水前，机组必需处于下列状态：一、蜗壳、尾水管进人孔关闭；二、蜗壳排水阀关闭；3、调速系统正常、油压正常；4、导叶全关、接力器锁锭投入。
第4条事故停机后，必需查明事故原因，消除故障，并手动复归事故停机回路，不然不允许开机，必需开机应经生产厂长批准。
第5条机组主要保护和自动装置必需投入，整定值不得任意变更，必需解除或变更定值时，须经生产厂长批准。
第6条调速器接力器排油或关闭调速器总供油阀1136的时刻超过4小时，恢复前需做接力器全行程实验，实验应严格按典型操作票进行。
第7条机组因故发生低转速加闸或惰性停机，开机前需顶转子一次。
第8条在机组操作或实验进程中，如发生异样情形，应当即停止操作或实验，并及时向值长汇报。
第9条机组转动部份或蜗壳、尾水管内有人工作，应做好防蝶阀开启及导叶动作的防转动安全办法。
第10条操作、巡回检查、按期工作、事故处置等工作完毕后必需向发令人汇报。
第11条油、水、气系统检修后，应做相应的充油、充水、充气实验，检查油、水、气系统完好。
第12条机组发生严峻冲击或全甩负荷等异样工况时，应检查发电机有无异样，并测量一次水导摆度。
第13条水轮机一般应调整到最佳工作状况运行，避免在振动区运行，以避免发生严峻汽蚀和振动。
第14条当机组发生高转速加闸停机后，应对风闸、制动块进行全面检查。
第15条机组不允许在额定转速50%以下长时刻运行。
第16条调速器遇下列情形之一者应切“手动控制”运行：一、自动控制回路发生故障时；二、测频电压互感器及回路发生故障时；3、实验工作需要时。
SF4300-16-2600立式水轮发电机使用说明书
SF4300—16/2600立式水轮发电机目录1、概述2、主要规格，主要数据，参数3、结构特征4、安装使用，维护要求5、其它1、概述1．1本机为立轴悬垂型密闭循环空气冷却三相同步水轮发电机1．2本机由水轮机直接拖动1．3本机的性能符合国家标准GB755—2000《电机基本技术条件》及国家标准GB7894—2001《水轮发电机基本技术条件》的有关规定。
1、主要规格，主要数据，参数2．1主要规格：2．2、主要数据，参数2．2．1、发电机（1）、定子铁心外径：2600mm（2）、定子铁心内径：2200mm（3）、定子铁心长度：670 mm（4）、气隙：10 mm（5）、定子绕组15○C时的电阻: 0.03606Ω（6）、转子绕组15○C时的电阻: 0.2714Ω（7）、定子漏抗Xe: 0.0977 标么值（8）、保梯电抗Xp: 0.182 标么值（9）、纵轴同步电抗Xd: 1.007 标么值（10）、纵轴瞬变电抗Xd ': 0.243 标么值（11）、纵轴超瞬变电抗Xd " : 0.1604 标么值（12）、横轴同步电抗Xq: 0.625 标么值（13）、横轴瞬变电抗Xq': 0.625 标么值（14）、横轴超瞬变电抗Xq": 0.169 标么值（15）、零序电抗X0: 0.0595 标么值（16）、负序电抗X2: 0.165 标么值（17）、定子绕组开路时励磁绕组的时间常数T’d0: 3.346 s （18）、定子绕组短路时励磁绕组的时间常数T’d: 0.807 s （19）、励磁绕组短路时定子绕组的时间常数T a: 0.086 s （20）、短路比： 1.13（21）、效率：96.48%2．2．2 励磁：静止可控硅2、结构特性3．1、发电机：水轮发电机由上机架、定子、转子、下机架、制动器管路，空气冷却器及测温系统等部件组成。
3．1．1上机架：钢板焊接的辐射式荷重机架，总承载量（包括发电机水轮机转动部份重量及轴向水推力）约65t，挠度不超过1mm，可确保机组安全稳定运行，上机架油池内装有导轴承，推力轴承及油冷却器。
水轮发电机 运行维护说明书
水轮水轮发电机发电机发电机发电机发电机发电机运行运行运行维护维护维护说明说明说明书书1. 发电机的运行1.1发电机的运行必须按合同技术条款和有关技术文件执行。
1.2发电机的工作环境应清洁，干净。
1.3发电机上盖板应保持良好的密封性能，以防止灰尘、潮气或其它污物进入发电机层内。
1.4若发电机长时间停机必须投入除湿机和电加热器，以防止发电机结露。
1.5发电机冷却水应清洁。
1.6推力轴承和导轴承的油温低于10℃时，不允许开机运行。
1.7轴承的润滑油性能必须符合GB11120-89标准46号L-TSA 汽轮机油的规定，并确保清洁无异物。
1.8制动器发生故障时，发电机不允许开机运行。
1.9运行中应定期检查润滑油性能，若发现异常应停机，并应监视轴承油槽油面，若发现异常应停机。
1.10运行中应监视各种冷却器进水处水压和冷却水流量，若发现异常应及时处理。
1.11运行中应监视定子线圈、定子铁芯、推力瓦、导轴承瓦、冷却水、润滑油、冷风和热风等温度，若发现异常应及时处理或停机。
1.12运行中应监视各处摆度和振动，若发现异常应停机。
1.13运行中应经常监视集电环和碳刷情况。
若发现异常应停机。
1.14运行中突然出现异常现象和不正常声响应停机。
1.15在运行中必须记录好“运行日记”。
1.16应制定运行守则，经常巡回监视，使机组安全运行。
2. 发电机的维护2.1经常检查油、水、气系统是否有渗漏现象。
2.2经常保持油、水、气系统所有元器件的清洁，并检查是否有锈蚀或出现故障的隐患。
2.3 应及时维护制动器闸板和制动环,当磨损到一定程度必须更换。
2.4若发电机的定子线圈、定子铁芯、推力瓦、冷却水、润滑油和冷风等温度突然升高，应停机检查，查出原因，修复故障部件。
2.5轴承油槽中油面上升或下降到规定的位置以上或以下应停机检查，查出故障部件，并修复。
2.6若定期取出的润滑油经化验不符合标准，应及时对润滑油进行处理。
2.7经常维护集电环,可用清洁的丝绸织物擦净集电环表面的污物,并清除积落的碳粉。
中级-水轮发电机机械检修工技能-复习题
(11-040)电力职业技能鉴定考试《水轮发电机机械检修工》中级工技能复习题一、选择题（请将正确答案的代号填入括号内，每题1分）1. 水轮发电机推力轴承所用油为( )。
(A)透平油； (B)机械油； (C)压缩机油； (D)齿轮箱油。
答案:A2. 透平油在推力油槽及上导油槽中起散热作用，在水电厂其他方面还有( )作用。
(A)润滑； (B)减小水推力； (C)绝缘； (D)节约能源。
答案:A3. 转动惯量影响着水轮发电机组及电力系统的( )性。
(A)速动； (B)扰动； (C)稳定； (D)波动。
答案:C4. 在水轮发电机组扩大性大修中，吊转子是一项十分( ) 的工作。
(A)重要； (B)不重要； (C)简单； (D)一般。
答案:A5. 拉紧螺杆和齿压板，是用来将定子铁芯在( )压紧的部件。
(A)轴向； (B)径向； (C)轴向、径向； (D)周向。
答案:A6. 在"一导"半伞式机组结构中，水轮机的主动力矩传递，是通过主轴与转子轮毂之间的键和借主轴与轮毂间的( )配合来实现的。
(A)过渡； (B)间隙； (C)过盈； (D)连接。
答案:C7. 除轮毂型之外，推力头与主轴均采用( )键连接。
(A)平； (B)换； (C)切向； (D)花。
答案:A8. 推力头与主轴多采用( )制过渡配合并热套主轴。
(A)基孔； (B)基轴； (C)基孔或基轴； (D)公差配合。
答案:B9. 导轴承的瓦温报警值一般在( )左右。
(A)40℃； (B)50℃； (C)60℃； (D)70℃。
答案:B10. 制动器的闸瓦面安装后的高程偏差不应超过( )。
(A)±1mm ； (B)±2mm ； (C)±3mm ； (D)±1.5mm 。
答案:A11. 通过采取某些措施强行阻止油雾外逸的办法，称为推力轴承外甩油的( )处理。
(A)阻挡法； (B)均压法； (C)引放法； (D)排除法。
水轮发电机组大修实施方案
水轮发电站机组大修实施方案四号水轮发电机组大修实施方案根据年度检修计划，并报请局领导同意，今年对4#机组实施改造性大修。
为了推动4#机组大修工作顺利开展，保证大修安全，注重质量，按期完成，经站研究决定，特制定以下检修实施方案：一、计划大修时间：50天二、大修前准备工作：1、应将本次大修实施方案（包含大修计划项目、进度、措施及质量要求）落实到班组或个人。
2、检修项目负责人要在检修前组织全体工作人员学习本岗位安全规程，交待工作中应注意的安全事项，加强安全教育，提高安全意识，杜绝一切不安全隐患存在。
3、对专用工具、安全工具和试验设备进行检查试验，要求达到规定标准。
4、对行车进行一次维修保养，对起吊工具进行检查、和必要试验。
5、要求电站有关部门按照“材料计划表”及时准备好大修中所需的设备材料，备品、备件。
三、组织措施：1、成立大修工作领导小组成立由****等7人组成的大修工作领导小组，****任组长。
2、工作领导小组职责：（1）负责大修工作任务、生产调度，人员组织、协调、安排。
（2）负责大修工作任务组织实施。
（3）负责做好大修人员政治思想工作。
（4）负责协调解决生产中的实际问题及各部门的关系。
3、工作领导小组人员具体分工：（1）***同志负责本次大修的全面工作。
（2）***同志负责大修中安全检查和监督。
（3）***同志负责大修中安全检查和监督。
（4）***同志负责本次大修的安全管理，以及电气检修项目的质量工作。
（5）***同志负责机械检修项目的质量及安全工作，做好盘车记录、间隙记录、气隙记录等各种机械技术数据和整理工作。
（6）***同志负责大修文明卫生，监督、检查劳动考勤。
（7）***同志负责大修人员的协调，负责电气检修安全工作，做好所有电气设备实验数据的收集和整理工作，负责车间劳动考勤。
四、安全措施成立由***等9人组成的安全领导小组，***同志任组长，***同志任副组长，***同志任专职安全员。
负责经常性现场安全检查，并监督各项安全管理措施落实。
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水轮发电机用制动器的最新技术
说明：国内现今水轮发电机用制动器技术已相当做熟，本文就先进的制动器本体结构和合理的管路布置等简单介绍，可供用户和设计参考。
水轮发电机用制动器新标准JB/T3334.1-2021与老标准大体一致，唯一变更是新标准在3,1结构型式的条款中增加了“为了幸免油气混合容易污染工作环境，本部份规定采纳油气分离式制动器”，不是建议而是规定，那么要执行新标准只能生产油气分离式制动器。
咱们明白产品的质量要紧取决于先进技术，合理结构和精准的工艺，结构是产品质量的基础，工艺进程是保证产品能够淋漓尽致发挥其功能。
标准中不予规定的结构型式恰恰决定了制动器的产品质量，以下就哈尔滨银河电机制造近几年为国内大中型水电站水轮发电机和出口国外水轮发电机的制动器所采纳的新技术总结如下：
1，采纳双活塞（油活塞和气活塞）油气分离结构
该项符合新标准的采纳油气分离式制动器，其实新标准如此规定是总结国内油气合一结构制动器，不采取任何方法给机坑内部造成的环境污染不得已而为之。
国外制动器例如德国西门子公司仍然采纳油气合一结构，避免污染的方法是所有管路布置成与水平有3-5度倾斜，制动器排油口高程最高，倾斜的管路布置保证管路内的润滑油大体回流到油箱，残余油在管路结尾由旋风油气分离器将油雾中的油分离回到油箱，如此的方法会增加产品和安装本钱，在国内招标往往重价钱轻质量的治理模式下，没有厂家情愿增加产品本钱，产品越简单，
本钱越低，越能够中标,强制采纳油气分离结构能够幸免取巧投标。
油气分离结构是大体而不是完全解决污染问题，若是油密封破损漏油至气压腔，还会污染环境，因此应该在气管路加装除油器。
另外，制动器气管路中制动器活塞O形密封圈需要油雾润滑，减少密封滑动阻力和增加密封利用寿命，制动器操纵柜里的二位三通或三位五通电磁换向阀的密封一样需要油雾润滑，因此在操纵柜进气管路要加装油雾器，在排气管路结尾加装除油器，以确保可不能污染环境。
2，采纳三腔（高压油腔¸气压制动腔¸气压复位腔）气压复位结构当活塞密封与气缸内壁之间的摩擦阻力大于活塞复位力时，活塞会被憋卡而不能自行复位，需要人工撬动使之复位。
加大复位力是解决活塞不憋卡最有效方式之一，第一由哈尔滨电机厂生产出气压复位制动器，气压复位腔是在气活塞和气缸衬套之间留出的空腔，衬套的壁厚决定了气压复位力大小，气压复位力一样设计成大于采纳弹簧复位力的4倍，活塞将可不能再憋卡。
气压复位耗气量和制动耗气量相当，若是采纳储气罐供气，就要相应增加储气罐的容积，笔者在百度文库发表文章<水轮发电机制动器利用制动气压复位方式》提出能够不增加耗气量的具体方式。
3，活塞外圆镶嵌聚四氟乙烯导向带
这项技术国外已经用了几十年而在国内也有利用快要二十年，只是最近几年才开始推行，其原理是是活塞和气缸内壁金属部份不接触，确保气缸内壁不被刮伤拉毛，橡胶密封能够延长利用寿命。
聚四氟乙烯和金属之间的摩擦系数超级小，活塞导向带滑动时，聚四氟乙烯还会在气缸内壁上留下薄膜，加倍减小摩擦系数。
采纳活塞外圆镶嵌聚四氟乙烯导向带结构，一样用弹簧复位即可，再采纳气压复位可谓锦上添花，可是采纳气压复位结构制动器不能够舍弃聚四氟乙烯导向带，因为没有导向带爱惜，气缸容易被刮伤拉毛，庞大的气压复位力会加速密封破损，因此，活塞外圆镶嵌聚四氟乙烯导向带技术比气压复位更具里程碑意义。
油活塞导向带较窄，只是上下滑动，气活塞的导向带较宽，因为制动时要经受径向力。
4，单向旋转发电机制动器的制动块采纳偏心支撑
制动块的万向节支点在活塞顶端，距摩擦表面有个距离h,确实是制动块厚度加制动托板厚度，制动时产生前倾力矩会使制动块表面摩擦受力不均，磨损程度不同，只要将支点前移一个距离e，使之产生的后倾力矩等于前倾力矩，制动块的表面摩擦受力均匀磨损程度就会相同。
计算方式见笔者百度文库<水轮发动机制动器的问题与方法> 。
偏心距e=h*f,式中f为制动块与制动环的摩擦系数，由于制动块要磨损，摩擦系数为0.35-0.4，因此偏心距只能是个估值，该项技术国外第一采纳，国外制动块是铆接在钢板结构，制动块和托板的固定有方向性，国内制动块非铆接结构，不采纳偏心支撑也能够，只要将制动块与托板固定结构设计成无方向性，在每次机组检修时把制动块调转180度即可。
将上述所有技术全数采纳的制动器需设置三腔四条密封和四段导向带，活塞行程由35-40mm一概加长到45mm,以适应制动块许诺磨损量从10mm提高到15mm，生产厂为了便于结构布置，往往要增加制动器的高度，比行业标准要高100-200mm，关于新建机组加高制动器不存在问题，但关于老机组更新换代改造会带来改动制动器基础的麻烦，哈尔滨银河电机制造通过精心布置，设计出不增加高度的全数采纳新技术的制动器（包括活塞行程为45mm）。
以ZL280为例的制动器布置图，制动器总高维持400mm。