第一章水轮发电机的结构 第一节水轮发电机的类型 检修任何一台机器,首先必须了解它的基本类型和结构 水轮发电机的基本类型,按照水电站水轮发电机组布置方式的不同,水轮发电机可分 为立式(转轴与地面垂直)与卧式(转轴与地 面平行)两种,见图1-1和图1-2。 立式主要应用于大、中容量的水轮发电 机。卧式一般多用于小容量水轮发电机和高速 冲击式或低速贯流式水轮发电机 立式水轮发电机,根据推力轴承位置又分 为悬型和伞型两种。 悬型水轮发电机特点是推力轴承位于转 子上面的上机架内或上机架上,见图1-3。它把 图11立式布置水轮发电机 整个转动部分悬挂起来,轴向推力通过定子机 l一水磁发电机12-副励磁机 3一主磁机 座传至基础。悬型结构适用于转速较高机组 发电机 (一般在l50r/min以上)它的优点是:由于转 子重心在推力轴承下面,机组运行的稳定性较 好。因推力轴承在发电机层,因此安装维护检修等都较方便。悬型水轮发电机的缺点是:推 力轴承承受机组转动部分的重量及全部水压力,由于定子机座直径较大,上机架势必增高 以便保持一定的强度与刚度,这样,定子机座和上机架所用的钢材增加;另一方面是机组 轴向长度增加,机组和厂房高度也需要相应增加。在悬型水轮发电机中,一般选用两个导 轴承,见图1-3(a)、(b),其中一个装在上机架内,称为上导轴承;另一个装在下机架内 称为下导轴承。如运行稳定性许可,悬型也可取消下导轴承,见图1-3(c)。 伞型水轮发电机结构特点是推力轴 承位于转子下方,布置在下机架内或水 轮机顶盖上,见图1-4。轴向推力通过下 机架或顶盖传至基础。它的优点是结构 紧凑,能充分利用水轮机和发电机之间 的有效空间,使机组和厂房高度相应降 低。由于推力轴承位于承重的下机架上, 且下机架所在机坑直径较小,在满足所 需的强度和刚度情况下,下机架不必设 图1-2卧式布置水轮发电机 计得很高,相应就碱轻了机组重量,降低1-发电机;2卡励磁机;3-副励磁机;4-水磁发电机
图1-3悬型水轮发电机 (a)有两个导轴承,力在⊥导上面;(b)具有两个导轴承,推力 在上导卜面;(c)无F导籼承 图1-4伞型水轮发电机 ()普通伞型;(h)全伞型;(c)半伞型 了造价。伞型水轮发电机的缺点是:由于转子重心在推力轴承上与,使机组运行的稳定性 降低,所以只能用于较低转速(一般在50r/min以下),另外因机组高度降低使推力轴承 的安装、维护、检修变得困难。伞型水轮发电机根据轴承布置不同,又分为普通伞型、半 伞型和全伞型三种。普通伞型具有上、下导轴承,见图1-4(a);半伞型只有上导轴承而没 有下导轴承,见图1-4(c);全伞型只有卜导轴承(布置在推力油槽内)而没有上导轴承, 见图1-4(b)。 第二节水轮发电机的主要结构 水轮发电机普遍采用立式结构。立式水轮发电机主要由定子、转子、上机架、下机架、 推力轴承、导轴承等部件组成 定子 水轮发电机定子由机座、铁芯和线圈等部件组成,见图1-5 .机座
○ 中 图1-6定子机座与铁芯 图1-5定子断面图 一定柁筋利托板;2扇形片;3-齿压板;4·拉紧螺杆;5-固 1一机座;2一铁芯;3线圈 宄片;6·通风槽厅;7-下齿压板:8-机廛上环;9机座屮环 10机座下环 定子机座是…个承重和受力部件,承受上机架荷重并传到基础,支承着铁芯、线閣、冷 却器和盖板等部件,对悬吊型水轮发电机 还承受整个机组转动部分重量(包括水推 力),机座还承受径向力(磁拉力和铁芯热 膨胀力)和切向力(正常和短路时引起的 A 力)因此,机座须具有足够的刚度,防止体, 定子变形和振动 机座一般采用钢板焊接,大型水轮发 电机多采用盒形结构,见图1-6。上环与上 杋架相连,下环与基础板相连,基础板埋 入混凝土內,由基础螺栓固定。为了承受 短路切向力,在下环与基础板间装有径向 销钌,见图17。在中环上安装着定子铁 图1-7定子基础 芯,为保证铁芯的装配质量,在中环垂直!-定子机座下环;2-径向销钊:3-基础板;4-模子板 方向焊有数条定位筋,用托板固定在各中 5-基础垫板;斤·基础爍粹;7-筋板
环上,也有因运辎条件限制或通风需要取消上、下环结构,用简单的连接件与上机架和基 础相连。 近年来,有些大尺寸定子,为了保持机组圆度,避免发电机运行时因机座和定子铁芯 的热膨胀不一致而使定子产生翘曲变形,采用所谓“浮动式机座”,见图1-8。机座放置在 基础板上,取消了基础螺栓,用固定在基础板上的定位销和机座上的径向槽定位,机座膨 胀或收缩时,机座仅需克服机座与基础板间的摩擦力可自由伸缩,而不变动机组中心,保 持了定子圆度,从而避免了定子变成椭圆形而导致铁芯冲片破坏,定子温升过高、定子振 动等现象。 图1-8浮动式机座 1·地脚螺栓;2·基础板(埋入混凝上);3一定子压紧螈栓;4-连接板 5一定∮机座,6一垫圈;7—套管;8-甚础板 2.定子铁芯 定子铁芯是定子的一个重要部件。它是磁路的主要组成部分并用以固定线圈。在发电 机运行时,铁芯要受到机槭力、热应力及电磁力的综合作用。由于铁芯中的磁通量是随着 转子的旋转而交变的,为提高效率、减少铁芯涡流损耗,铁芯一般由0.35~0.5mm厚的两 面涂有绝缘漆的扇形硅钢片叠压而成。空冷式发电机铁芯沿高度方向分成若干段,每段高 40~45mm,段与段间以“工”字形衬条隔成通风沟,供通风散热之用。铁芯上、下端有齿 压板,通过定子拉紧螺杆将叠片压紧。铁芯外圆有鸽尾槽,通过定位筋和托板将整个铁芯 固定在机座的内侧。铁芯内圆有矩形嵌线槽,用以嵌放线圈绕组。 近年来,为了减小机座承受的径向力和减小铁芯的轴向波浪度,有的发电机采用所谓 “浮动式铁芯”,其特点是在冷态时,铁芯与机座定位筋闰预留有一较小间隙,当铁芯受热 膨胀时,此间隙减小或消失,当机座与铁芯温度不一致时,相互之间可以自由膨胀,从而 大大减小机座承受的径向力。为使铁芯相对于机座能自由膨胀和收缩,铁芯上下两端釆用 小齿压板,并在齿压板调整螺栓与机座环板接触处加二硫化钼润滑。 3.定子线圈 定子线圈的主要作用是产生电势和输送电流。定了线圈是用扁铜线绕制而成,然后再 在它的外面包上绝缘材料。 水轮发电机定子线圈主要采用圈式和条式两种。 圈式线圈,见图1-9。圈式线圈由若于匝组成,每一匝又可由多股绝缘铜线组成。圈式 线圈的两个边分别嵌入定子槽内上下层,许多圈式线圈嵌入定子槽内后,按照一定的规律 联接起来组成叠绕组。双层圈式线圈多用于中小型水轮发电机。大型水轮发电机也有采用 单匝叠绕线圈,为『便于制造,工艺上可将线圈分成两半,分别弯曲成杆型线棒,包扎绝
图1-9定子叠绕线圈 图1-10定子波绕线圈 缘并经处理后下线,然后把有关的两个边联起来焊在一起。 条式线圈,见图1-10。水轮发电机普遍釆用条式线圈。在定子铁芯槽中沿高度方向放 两个线棒,嵌线后,用纤焊方式将线棒彼此联接起来,组成双层绕组。每个线棒由小截面 的单根镯股线组成。线棒中的股线沿宽度方向布置两排,高度方向彼此间要进行换位,以 降低涡流损耗和减小股线间温差 二、转子 水轮发电机转子主要由主轴、转子支架、磁轭和磁极等部件组成,见图1-11。 (一)主轴 它是用来传递转矩,并承受转子部分的轴向力。通常用高强度钢整体锻成;或由铸造 图1-11转子纵剖面图 l一主轴;2一轮辐;3一支臂;4…磁轭;5-端压板;6风扇;7磁极;8—制动板