水轮发电机结构制造安装介绍(图文并茂)

水轮发电机转子介绍●水能—机械能—电能

水力发电➢

水的势能—水的动能—推动转轮旋转—带动发电机转子旋转

●化学能—机械能—电能

火力发电➢

煤炭燃烧产生蒸汽—推动汽轮机旋转—带动发电机转子旋转

●风能—机械能—电能

风力发电➢

风的动能—推动风叶旋转—带动发电机转子旋转

●核能—机械能—电能

核能发电➢

核反应堆燃烧产生热量—推动汽轮机旋转—带动发电机转子旋转水轮发电机组外形

法拉第电磁感应定理

只要运动的导体切割磁力线（磁场），在导体两端就会产生感应电势当发电机的转子被原动机带动旋转时，磁极在空间旋转，产生旋转磁场，磁力线切割了在定子铁芯槽中对称放置的三相绕组，在绕组中就会产生感应电动势。电动势（U）在外部用电设备形成的闭合回路中产生电流(I)，就得到了电功率(P)，即将机械能转换成电能：P=UI

电磁设计特点-磁场分布

水轮发电机总体型式

●伞式：发电机推力轴承位于转子下方➢全伞：无上导轴承➢半伞：有上导轴承⏹一般转子为无轴结构

●悬式：发电机推力轴承位于转子上方➢水轮发电机

➢发电电动机：蓄能机组⏹上机架为承重机架

●卧式：发电机轴系为水平布置➢灯泡贯流式发电机

➢轴伸贯流式发电机

➢竖井贯流式发电机水轮发电机结构

转子装配（悬式）

发电机主要构成部件●主要部件➢定子（固定部分，参与电磁转换）⏹利用导体切割磁力线，在导体内感应交变电势，连成回路形成电流，通过变电站将电能送入电网➢转子（旋转部分，参与电磁转换）⏹通过励磁电流形成磁场⏹通过水轮机旋转，在气隙中形成旋转磁场➢轴承包括机架（旋转和固定部件的摩擦界面）⏹承载旋转部件包括水推力的重量

⏹旋转部件轴系的支撑力发电机主要构成部件●辅助部件➢冷却系统⏹铁损、铜损、风损和附加损耗、电气损耗的冷却

⏹轴承润滑、搅拌损耗的冷却➢轴承油润滑系统➢机组制动系统

➢机组运行监测系统

⏹各部件温度监测

⏹各种可能事故的监测、报警、停机➢机组运行保护系统⏹轴电流接地装置

⏹灭火装置

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定子装配

●定子是变换能量和承受扭矩、重量的主要部件●定子结构设计➢定子机座⏹有足够的刚度和强度，能满足运行时额定扭矩产生的切向力和铁芯热膨胀引起的径向力，定子绕组短路时短路扭矩产生的切向力，通过定位筋传递到机座的交变力，转子绕组短路时引起的单边磁拉力⏹分瓣放置、运输及在制造、安装过程中起吊时引起的应力

⏹上机架和机组转动部分（包括水推力）等的重量引起的轴向力（悬式）➢

定子结构特点定子机座•机座分瓣结构•大齿压板结构•整圆刚性好

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定子装配

➢定子铁芯

⏹是磁路的主要组成部分并用以固定绕组

⏹机组运行时，铁芯要受到机械力、热应力、电磁力的综合作用

⏹铁芯由扇形硅钢片、通风槽片、定位筋、齿压板、拉紧螺杆等部件组成➢定子铁芯应采取防振措施⏹振动原因：谐波磁动势和主磁场相互作用；定子和转子不同心；定子或转子不圆；机座及铁芯合缝处松动；铁芯装压不紧；机械共振⏹措施：增加定子刚度，采用工地整圆叠片；加强铁芯整体性，把铁芯两端粘接成一体；保证铁芯装压质量，采用热压和分段压紧，以及穿心螺杆加碟簧的压紧方式；合理选择机座刚度和立筋数量➢

定子冲片制造定子冲片冲压

定子冲片去毛刺机

定子冲片刷漆炉

大齿压板结构

定子装配

➢定子线圈

⏹定子绕组的型式、导线规格及槽形尺寸已在电磁设计时确定

⏹确定线圈的绝缘结构尺寸，线圈的径向、轴向、周向尺寸⏹确定线圈的防晕结构，防电腐蚀，端部固定及防下沉措施➢绕组接线

➢铜环引线连接结构和出线位置布置

➢大电流铜环引线的发热计算

➢端部漏磁在端部金属件中引起的发热●定子由机座、铁芯、线圈、端箍、铜环及基础螺杆等部件组成➢

定子事故

●线圈主绝缘和匝间绝缘损坏、绝缘击穿、接头开焊、紧固件松脱➢原因：振动磨损、绝缘老化、局部缺陷、电腐蚀损坏、油污长期浸蚀使绝缘水平下降

➢措施：采用斜楔或弹性波纹板将槽内线圈紧固，加强端部绑扎；控制运行温度，增设定子接地保护；防止绝缘机械损伤；槽壁与线圈间尽量消去间隙，减少线棒电晕放电量

⏹占全部定子事故的50%以上

●定子铁芯翘曲、振动➢原因：铁芯热膨胀、铁芯压紧力不够⏹

发电机转子装配

转子关键点

●转轴

➢承受额定转矩；机组转动部分的重量和水推力产生的轴向力；定、转子气隙不均匀引起的单边磁拉力；转子机械不平衡力；对于转轴与轮毂采用热套，需承受径向配合力

➢具有一定的强度和刚度

➢轴系的临界转速应高于机组飞逸转速的1.2倍

➢轴与轴之间的扭矩靠键、销钉，或摩擦传递

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上端轴带滑转子

●磁极是提供励磁磁场的感应部件

➢极距t由定子内径Di和极数2p决定

➢磁路和绕组计算确定如下主要尺寸：极弧系数a（极靴宽度bp与极距t之比）、极靴高hp、气隙d、极身高度hm和宽度bm，阻尼系统尺寸

➢励磁绕组的计算温升应满足标书要求和国家标准

➢计算在飞逸转速下极靴、T（鸽）尾的机械强度

➢通过打键方式固定在转子磁轭上

●磁轭是磁路的组成部分，为固定磁极之用➢机组运行时承受扭矩、磁极和磁轭自身的离心力、热打键配合力

➢在离心力作用下磁轭要涨大

➢计算在飞逸转速下磁轭的平均拉应力要满足材料屈服点的74%，即留有1.35倍的安全余量➢满足水轮机调保计算对发电机飞轮力矩GD2的要求

➢通过打键方式固定在转子支架上

●转子支架为固定磁极、磁轭之用➢机组运行时承受扭矩、磁极和磁轭的重力矩、自身的离心力、热打键配合力

➢严格保证轮毂内圆与支架外圆的同心度小于0.05mm

➢支架外圆键槽的弦距公差为±0.5mm，键槽与轮毂轴线平行，其倾斜度不大于0.2mm

磁极铁心结构