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1、概 述 水輪發(fā)電機(jī)組的型式 按布置方式分:可分為臥式和立式兩種。 臥式水輪發(fā)電機(jī)適合中小型、貫流及沖擊式水輪機(jī)。 一般低、中速的大、中型機(jī)組多采用立式發(fā)電機(jī)。 按推力軸承位置分:立式發(fā)電機(jī)又分為懸式和 傘式兩種。 推力軸承位于轉(zhuǎn)子上方的發(fā)電機(jī)稱為懸式發(fā)電機(jī), 它適用于轉(zhuǎn)速在 100r/min以上。 推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方的發(fā)電機(jī)稱為傘式發(fā)電機(jī), 無上導(dǎo)的稱為全傘式,有上導(dǎo)的稱為半傘式,它適 用于轉(zhuǎn)速在 150r/min以下。 按冷卻方式分:可分為空氣冷卻和水冷卻兩種 。 水輪發(fā)電機(jī)的主要作用 將水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能最終轉(zhuǎn)換成電能, 其結(jié)構(gòu)與性能的好壞對(duì)電站的安全、穩(wěn)定、 高效運(yùn)行起著致關(guān)重要的作用
2、。 水輪發(fā)電機(jī)組成 主要由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)架、推力軸承、導(dǎo) 軸承、冷卻器、制動(dòng)器等部件組成。 水輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn) 凸極式轉(zhuǎn)子,極數(shù)多,直徑大,軸向長度短, 整個(gè)轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機(jī)大不相同。定 子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的 需要,定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。轉(zhuǎn)子磁極 由厚度為 1 2mm的鋼片疊成;磁極兩端有磁 極壓板,用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。 磁極與磁極軛部采用 T 形或鴿尾形連接。 水輪發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu) 水輪發(fā)電機(jī)定子主要由 機(jī)座、鐵芯和三 相繞組線圈等 組成。 鐵芯固定在機(jī)座上。 三相繞組線圈嵌裝在鐵芯的齒槽內(nèi)。 發(fā)電機(jī)定子機(jī)座、鐵芯和三相繞組統(tǒng)一體 統(tǒng)稱為發(fā)電機(jī)的定子,
3、也稱為電樞。 立軸水輪發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu) 機(jī)座 鐵心 線圈 機(jī)座 定子機(jī)座一般呈圓形 ,小容量水輪發(fā)電 機(jī)多數(shù)采用鑄鐵整圓機(jī)座,也有采用鋼 板焊接的箱形結(jié)構(gòu);容量較大的水輪發(fā) 電機(jī)的機(jī)座由鋼板制成的壁、環(huán)、立筋 及合縫板等零件焊接組裝而成。 機(jī)座應(yīng)有足夠的剛度,同時(shí)還應(yīng)能適應(yīng) 鐵心的熱變形。 鐵芯 定子鐵芯是定子的一個(gè)重要部件,由扇形沖 片、通風(fēng)槽片、定位筋、齒壓板,拉緊螺桿 及固定片等零部件裝壓而成。 定子鐵芯的作用是: 作為磁路的主要組成部 分, 為發(fā)電機(jī)提供磁阻很小的磁路,以通過 發(fā)電機(jī)所需要的磁通, 并用以固定繞組 。 繞組 三相繞組由絕緣導(dǎo)線繞制而成,均勻地分布 于鐵芯內(nèi)圓齒槽中。 三相
4、繞組接成 Y形,它的作用是當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極 旋轉(zhuǎn)時(shí),定子繞組切割磁力線而感應(yīng)出電勢。 定子疊片加固 水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)換能量和傳遞轉(zhuǎn)矩的 主要部件,一般由 主軸、轉(zhuǎn)子支架、磁軛、 磁極等 部件組成。 立軸水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 主軸 主軸的作用是用來傳遞扭矩,應(yīng)具有一 定的強(qiáng)度和剛度。 主軸一般由 35號(hào)、 40號(hào)、 45號(hào)或 20SiMn 等鋼整鍛而成。 小容量水輪發(fā)電機(jī)一般采用整鍛實(shí)心軸, 也有的采用無縫鋼管作為軸;大、中型 容量的發(fā)電機(jī)采用整鍛空心軸。 磁極 磁極是提供勵(lì)磁磁場的磁感應(yīng)部件 ,由磁極鐵 芯,線圈,上、下托板,極身絕緣,阻尼繞組 及鋼墊板等零部件組成。 磁極鐵芯
5、分實(shí)心和疊片兩種結(jié)構(gòu)。 中、小容量高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子,常采用 實(shí)心磁極結(jié)構(gòu),整體鍛造或鑄造而成。轉(zhuǎn)速大 于或等于 750r min的小型水輪發(fā)電機(jī),常采用 磁極鐵芯連同轉(zhuǎn)子的磁軛與主軸整體鍛造加工。 磁極固定方式通常采用螺釘、 T尾和鴿尾結(jié)構(gòu)。 磁軛與轉(zhuǎn)子支架 磁軛的作用是 構(gòu)成磁路并固定磁極 。 轉(zhuǎn)子支架的作用是 固定磁軛 。 對(duì)于定子鐵芯外徑小于 325cm的中小容量的 水輪發(fā)電機(jī),磁軛可用鑄鋼或整圓的厚鋼 板制造,不需要專門的轉(zhuǎn)子支架。 對(duì)于定子鐵芯外徑較大的水輪發(fā)電機(jī),磁 軛通過轉(zhuǎn)子支架和主軸連成一體。 磁軛的外緣加工有 T尾、鷴尾槽或螺孔,用 以固定磁極。 機(jī)架 機(jī)架是立軸水輪發(fā)
6、電機(jī)安置推力軸承、 導(dǎo)軸承、制動(dòng)器及水輪機(jī)受油器的支撐 部件, 是水輪發(fā)電機(jī)較為重要的結(jié)構(gòu)件。 機(jī)架由中心體和支臂組成,一般采用鋼 板焊接結(jié)構(gòu),中心體為圓盤形式,支臂 大多為工字梁形式。 機(jī)架按其所處的位置分為上、下機(jī)架, 按承載性質(zhì)分為負(fù)荷機(jī)架和非負(fù)荷機(jī)架 。 推力軸承 推力軸承的組成和作用 推力軸承是應(yīng)用液體潤滑承載原理的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件, 主要由軸承座及支承、軸瓦、鏡板、推力頭、油槽及 冷卻裝置等部件組成。 其主要作用是 承受立軸水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分全部重 量及水推力等負(fù)荷,并將這些負(fù)荷傳給負(fù)荷機(jī)架 。 推力軸承的分類 推力軸承支承結(jié)構(gòu)方式主要有彈性墊支承式、剛性抗 重螺栓支承式、彈性油箱支
7、承和平衡塊支承式四種。 彈性墊支承式只用于小容量的立軸發(fā)電機(jī);彈性油箱 支承和平衡塊支承式用于大中型發(fā)電機(jī);中小型水輪 發(fā)電機(jī)的推力軸承一般采用剛性抗重螺栓支承方式。 剛性支柱螺釘支承方式的推力軸承 剛性抗重螺栓支承方式的推力軸承結(jié)構(gòu)如圖: 1 上機(jī)架; 2 冷卻器; 3 氣窗; 4 導(dǎo)軸承裝配; 5 密封蓋; 6 卡環(huán); 7 推力頭; 8 隔油板; 9 鏡板; 10 擋油管; 11 主軸; 12 軸承座; 13 抗重螺栓; 14 托盤; 15 推力瓦; 16 絕緣墊 抗重螺栓 推力瓦由頭部為球面的抗重螺栓支承,抗重 螺栓垂直擰入裝有螺紋套筒的軸承座上。調(diào) 整抗重螺栓的高度,可使瓦塊保持在同一
8、水 平面上,使瓦塊受力均勻。 推力瓦 推力瓦是推力軸承中的關(guān)鍵部件,它是整個(gè) 機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分的摩擦面,并且承 受整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量和軸向水推力。 推力瓦一般做成扇形塊,中小型水輪發(fā)電機(jī) 推力軸承的推力瓦數(shù)多為 6塊 8塊。 常用的推力瓦有巴式合金推力瓦和彈性金屬 氟塑料瓦兩種。 鏡板 鏡板是將推力負(fù)荷傳遞到推力瓦上的部件,技術(shù)要 求高。 要求鏡板保證其平面度和水平度,一般為 0.02mm m。 鏡板多采用 45號(hào)鍛鋼,應(yīng)有足夠的剛度。 推力頭 推力頭是承受并傳遞機(jī)組軸向負(fù)荷及扭矩的部件 。 多數(shù)用平鍵和卡環(huán)固定在主軸上,也有采用熱套方 法固定于主軸上的。 推力頭應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度
9、,以承受機(jī)組軸向推 力產(chǎn)生的彎矩作用,不致產(chǎn)生有害的變形和損壞。 托盤 托盤的作用是減小軸瓦的變形。另外,托盤的軸 向柔度在運(yùn)行中有一定的均衡負(fù)荷作用。 其材質(zhì)應(yīng)選用能承受較大彎曲應(yīng)力的高強(qiáng)度材料。 絕緣墊 通常在軸承座下面或推力頭與鏡板結(jié)合面之間裝 設(shè)絕緣墊,切斷軸電流回路,保護(hù)軸瓦工作面, 并起到絕緣和調(diào)整軸線的雙重作用。 油的循環(huán)冷卻 軸承的油循環(huán)冷卻方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。 中小型水輪發(fā)電機(jī)軸承的油循環(huán)冷卻方式一般為 內(nèi)循環(huán)。 彈性墊支承氏的推力軸承 軸承瓦由彈性墊支承。依靠墊的彈性變形吸收瓦 的不均勻負(fù)荷,并使瓦傾斜形成動(dòng)壓承載油楔。 彈性墊支承氏推力軸承示意圖 1 螺釘; 2 調(diào)
10、整墊, 3 鏡板; 4 彈性墊; 5 絕緣墊; 6 機(jī)架; 7 軸承座; 8 推力 瓦; 9 擋油管; l0 主軸; 11 推力頭 導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu) 1 軸承座; 2 密封罩; 3 滑轉(zhuǎn)子; 4 主軸; 5 導(dǎo)軸承瓦; 6 套筒; 7 支柱螺釘; 8 冷卻 器 導(dǎo)軸承 導(dǎo)軸承是 用來承受水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分 的徑向機(jī)械不平衡力和電磁不平衡力,并 約束軸線徑向位移和防止軸的擺動(dòng), 使機(jī) 組軸線在規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。 發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng) 水輪發(fā)電機(jī)制動(dòng)方式 機(jī)械制動(dòng)、電氣制動(dòng)、混合制動(dòng) 水輪發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的組成 制動(dòng)裝置(俗稱 風(fēng)閘)、控制原件、管路系統(tǒng)。 機(jī)械制動(dòng)的作用 為避免機(jī)組停機(jī)減速過程后期時(shí)
11、間較長,引起推力瓦的磨損。一般當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降 低到額定轉(zhuǎn)速 25%35%,自動(dòng)投入制動(dòng)器,加閘停機(jī)。 對(duì)沒有配備高壓油頂起裝置的機(jī)組,當(dāng)經(jīng)歷較長時(shí)間的停機(jī)之后,再次啟動(dòng)前, 用油泵將壓力油打入制動(dòng)器頂起轉(zhuǎn)子,使推力瓦重新建立油膜,為推力瓦創(chuàng)造良 好的工作條件。 機(jī)組檢修期間,進(jìn)行重量轉(zhuǎn)移 。 制動(dòng)器的類型 單向制動(dòng)器、雙向氣壓復(fù)位式。 通風(fēng)系統(tǒng) 通風(fēng)系統(tǒng) 機(jī)組運(yùn)行時(shí),發(fā)電機(jī)繞組以及鐵芯將產(chǎn)生大量的熱量,為了使繞組和鐵芯的溫度 不至于過高而引起繞組絕緣損壞,發(fā)電機(jī)必須設(shè)置通風(fēng)冷卻裝置。 一個(gè)良好通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)具備的基本要求 水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行實(shí)際產(chǎn)生的風(fēng)量應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值并略有余量。 各部位(特別是定子的有效
12、段)的冷卻風(fēng)量應(yīng)合理分配,各部位溫度分布均勻。 風(fēng)路簡單,損耗較低。 結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、運(yùn)行穩(wěn)定。 有時(shí)還能滿足水電廠廠房結(jié)構(gòu)以及利用發(fā)電機(jī)的熱風(fēng)供廠房冬季取暖。 通風(fēng)元件 壓力元件:轉(zhuǎn)子磁極、磁軛、風(fēng)扇。其中磁極、磁軛是主要的壓力元件,在整個(gè) 通風(fēng)系統(tǒng)中占 80%90%的作用。 阻力元件:定子。在整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)中,定子風(fēng)阻占整個(gè)風(fēng)阻的 70% 發(fā)電機(jī)盤車以及軸線調(diào)整 水輪發(fā)電機(jī)總裝及軸線測量調(diào)整,是機(jī)組安裝調(diào)整的一個(gè)重要環(huán)節(jié),機(jī)組 軸線調(diào)整的優(yōu)劣將直接影響到機(jī)組的安全運(yùn)行及使用壽命。 機(jī)組軸線、機(jī)組中心線、機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心線的概念 機(jī)組軸線:貫穿機(jī)組主軸的中心線。 機(jī)組中心線:機(jī)組固定部件的幾何
13、中心連線; 對(duì)于混流機(jī)組而言,發(fā)電機(jī)定子平均中心和水輪機(jī)固定止漏 環(huán)平均中心的連線; 對(duì)于軸流式機(jī)組而言,發(fā)電機(jī)定子平均中心和轉(zhuǎn)輪室中心的 連線。 旋轉(zhuǎn)中心:整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分圍繞著旋轉(zhuǎn)的那根幾何中心線,它是一條貫 穿推力軸承鏡板鏡面中心的垂線。 機(jī)組軸系結(jié)構(gòu) 機(jī)組總體結(jié)構(gòu)形式為立軸半傘式結(jié)構(gòu)。 機(jī)組的全部軸向負(fù)荷由位于發(fā)電機(jī)下機(jī)架上 的推力軸承承擔(dān)。 機(jī)組的徑向負(fù)荷由發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承、發(fā)電機(jī) 下導(dǎo)軸承及水輪機(jī)水導(dǎo)軸承等三部軸承承擔(dān)。 軸線是指機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分各部件,從下至上依 次分別由轉(zhuǎn)輪、水輪機(jī)大軸、發(fā)電機(jī)主軸、 推力頭、轉(zhuǎn)子、上端軸、集電環(huán)等部件組成 。 機(jī)組軸系工作內(nèi)容 軸線測量:檢查機(jī)組軸線
14、在幾個(gè)典型部位的擺度,看是否超 出標(biāo)準(zhǔn) 。 軸線的處理:根據(jù)實(shí)際測量的機(jī)組軸線狀態(tài),是否存在曲折、是否 存在傾斜,曲折和傾斜是單一存在還是同時(shí)存在, 做出有關(guān)的計(jì)算、分析判斷,并做出相應(yīng)的處理。 軸線的調(diào)整:將處理合格的軸線通過移軸和調(diào)整推力瓦的水平,使 機(jī)組的旋轉(zhuǎn)中心和機(jī)組中心線重合。 軸系產(chǎn)生擺度的原因 軸系產(chǎn)生擺度的原因很多,主要原因?yàn)檩S線與鏡板 磨擦面不垂直,或者軸線與旋轉(zhuǎn)中心線發(fā)生中心偏 移所產(chǎn)生。 如果鏡板磨擦面與整根軸線不垂直,當(dāng)軸線回轉(zhuǎn)時(shí) 軸線必然偏離理論回轉(zhuǎn)中心線,而軸線上任意一點(diǎn) 測得的錐度圓,就是該點(diǎn)的擺度圓,擺度圓直徑 即構(gòu)成該點(diǎn)的擺度。 如果鏡板磨擦面與其附近的一段軸
15、是垂直的,而與 下一段軸連接時(shí),由于法蘭面與軸線的不垂直而發(fā) 生軸線曲折,當(dāng)軸線旋轉(zhuǎn)時(shí),便從折彎處形成錐形 擺度圓,從而產(chǎn)生擺度。 如果整體軸線與鏡板磨擦面垂直,而整體軸線偏離 理論旋轉(zhuǎn)中心線,軸線旋轉(zhuǎn)時(shí),依然會(huì)形成擺度圓, 從而形成擺度。 鏡板磨擦面 與 軸線 不垂直所產(chǎn)生的擺度 法蘭組合面與軸線 不垂直所產(chǎn)生的擺度 軸線偏離旋轉(zhuǎn) 中心產(chǎn)生擺度 ? ? ? 機(jī)組擺度及中心計(jì)算方法 主軸擺度計(jì)算方法 在下導(dǎo)軸承處均勻?qū)ΨQ抱 8塊下導(dǎo)瓦,抱瓦間隙 為 0.02mm,并在測量面上標(biāo)出 +X、 +Y、 -X、 - Y四個(gè)測量點(diǎn),架設(shè) 4塊百分表。在需要檢查擺 度的旋轉(zhuǎn)部件上,做出對(duì)應(yīng)的測點(diǎn),并把各測
16、量 斷面百分表小指針調(diào)整到“ 5”,讀取各點(diǎn)讀數(shù)。 啟動(dòng)高壓油減載系統(tǒng),將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 180 ,關(guān)閉 高壓油,讀取各測量斷面百分表讀數(shù)。通過計(jì)算 各測量斷面的位移,計(jì)算其擺度值。 機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心確定 機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心的確定,一般以機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固 定部分的最小間隙處為測量部位,如轉(zhuǎn)輪上下止 漏環(huán),擋油圈等部位。機(jī)組安裝時(shí)旋轉(zhuǎn)中心測量 部位為轉(zhuǎn)輪下止漏環(huán)。同時(shí)兼顧轉(zhuǎn)輪上冠間隙。 機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心垂直度測量計(jì)算 機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心垂直度是指機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分在轉(zhuǎn)動(dòng)過 程中,各轉(zhuǎn)動(dòng)部分旋轉(zhuǎn)中心線的垂直度。 機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心垂直度的獲得,可以通過測量和計(jì) 算大軸任意兩個(gè)斷面在 0 和 180 兩個(gè)方位下的偏 心值來得到。垂直度的
17、調(diào)整可以通過調(diào)整推力軸 承抗重螺栓高差或者調(diào)整承重機(jī)架水平來調(diào)整。 大 軸 旋 轉(zhuǎn) 中 心 示 意 圖 機(jī)組軸系部件安裝及擺度檢查 推力頭擺度檢查調(diào)整 主軸擺度檢查調(diào)整 轉(zhuǎn)子銷套加工及銷套、螺栓安裝 上端軸、集電環(huán)及補(bǔ)氣閥安裝及擺度檢 查 軸系擺度整體檢查 軸系擺度全部安裝調(diào)整完成后,對(duì)整體軸系 進(jìn)行擺度檢查,計(jì)算各部擺度,繪制軸線偏 心分布圖,提交盤車記錄。 機(jī)組中心調(diào)整 機(jī)組中心調(diào)整主要包括轉(zhuǎn)輪與固定止漏環(huán)的間隙調(diào)整、軸系與推力軸 承擋油圈間隙及定、轉(zhuǎn)子空氣間隙的調(diào)整。 軸線中心確定 軸系中心的確定以轉(zhuǎn)輪下止漏環(huán)間隙為準(zhǔn),通過盤車確定轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn) 中心相對(duì)底環(huán)的偏心位置,將轉(zhuǎn)輪調(diào)整到中心,偏差控制在 0.10mm范圍內(nèi)。