1發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

汽輪發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承等組成。今天就給我們詳解。

2發(fā)電機(jī)冷卻模式

發(fā)電機(jī)的主要發(fā)熱元件是定子繞組、定子鐵芯(磁滯和渦流損耗)和轉(zhuǎn)子繞組。必須采取有效的冷卻措施來消除這些部件散發(fā)的熱量，以使發(fā)電機(jī)各部分的溫度不超過允許值。

發(fā)電機(jī)采用水-氫-氫冷卻方式，即發(fā)電機(jī)定子繞組和引線內(nèi)部用水冷卻，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部用氫冷卻，轉(zhuǎn)子本體和定子鐵芯內(nèi)部用氫冷卻。因此，發(fā)電機(jī)還配有定子水冷系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)氫氣冷卻系統(tǒng)和密封油系統(tǒng)，以防止氫氣從軸封泄漏。

3發(fā)電機(jī)定子

發(fā)電機(jī)定子主要由機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組和端蓋組成。

1)框架和端蓋

框架是用鋼板焊接而成的殼體結(jié)構(gòu)，其主要功能是支撐和固定定子鐵芯和定子繞組。此外，底座可以防止氫氣泄漏，并承受氫氣的爆炸力。

外殼和定子鐵芯之間的空間是發(fā)電機(jī)通風(fēng)(氫氣)系統(tǒng)的一部分。由于發(fā)電機(jī)定子采用徑向通風(fēng)，外殼與鐵芯背面之間的空間沿軸向分成若干段，每段形成一個(gè)環(huán)形小氣室，每個(gè)小氣室交替分為進(jìn)氣區(qū)和出氣區(qū)。這些室通過管道相互連接，可以交替通風(fēng)。氫氣交替通過鐵芯的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，然后通過冷卻器集中，從而有效地防止熱應(yīng)力和局部過熱。

端蓋是發(fā)電機(jī)密封的組成部分，其結(jié)構(gòu)如圖所示。為了便于安裝、維護(hù)、拆卸和組裝，端蓋由水平分開的上半部和下半部組成，并配有端蓋軸承。端蓋的接合面上還有一個(gè)密封槽，密封槽內(nèi)填充有密封劑，以確保良好的氣密性。

軸瓦采用橢圓形水平分體結(jié)構(gòu)，軸瓦外圓的球形**了軸承的調(diào)心功能。

旋轉(zhuǎn)軸穿過端蓋處的氫密封由油封的油膜**。密封瓦由銅合金制成，內(nèi)圈與軸之間有間隙，安裝在端蓋內(nèi)圈的密封座內(nèi)。密封瓦分為四塊，由夾緊彈簧沿徑向和軸向夾緊。雖然密封瓦可沿徑向隨軸浮動(dòng)，但密封座上下的銷可防止其切向旋轉(zhuǎn)。密封油通過密封座的油腔和密封襯套流入襯套和軸之間的間隙，沿徑向形成油膜，防止氫氣泄漏。

滑環(huán)端的軸承和油封與地面絕緣，以防止軸電流損壞旋轉(zhuǎn)軸。

2)隔振——定子彈性支撐

為了減小轉(zhuǎn)子磁通對定子鐵心的磁拉力引起的雙頻振動(dòng)，以及短路等其他因素引起的定子鐵心振動(dòng)對機(jī)座和基礎(chǔ)的影響，在定子鐵心和機(jī)座之間采用了水平彈性隔振結(jié)構(gòu)。彈性隔振的結(jié)構(gòu)形式如左圖所示：定位筋的背面安裝有彈簧板，彈簧板通過墊塊用螺栓固定在定位筋的背面，彈簧板的中部與框架內(nèi)的隔板連接形成彈性隔振結(jié)構(gòu)。

3)定子鐵芯

定子鐵芯是發(fā)電機(jī)磁路和定子繞組的重要組成部分。為了減小鐵芯的磁滯和渦流損耗，定子鐵芯采用高磁導(dǎo)率、低損耗、厚度為0.5毫米的**冷軋硅鋼片制成，每層硅鋼片由若干個(gè)扇形片圍成一個(gè)圓圈，每個(gè)扇形片涂有耐高溫?zé)o機(jī)絕緣漆。沖片上沖壓有用于嵌入線圈的下線槽和用于放置槽楔的燕尾槽。扇形沖片由定子定位筋定位，由球墨鑄鐵壓環(huán)壓緊，并卡入剛性圓柱形鐵芯中，鐵芯通過定位筋固定在內(nèi)機(jī)座上。齒被壓環(huán)內(nèi)側(cè)的非磁性壓指壓住。邊緣鐵芯涂有粘合膠漆，在鐵芯受壓后加熱，使其粘結(jié)成一個(gè)牢固的整體，鐵芯的剛性進(jìn)一步提高。

為了減少壓環(huán)和側(cè)鐵芯端部漏磁引起的發(fā)熱，以及端部鐵芯的附加電氣損耗，壓環(huán)配有全銅屏蔽；邊緣鐵芯呈階梯狀，增加鐵芯內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子之間的氣隙；牙齒上有小凹槽。

轉(zhuǎn)子繞組端部有大量漏磁通。此外，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子繞組也會在鐵心端部產(chǎn)生大量的漏磁通，漏磁通主要垂直進(jìn)入端部定子鐵心，從而產(chǎn)生垂直于軸向的渦流，造成鐵心端部過熱。當(dāng)發(fā)電機(jī)在勵(lì)磁狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，定子繞組中會產(chǎn)生更多的漏磁通，這將使鐵芯端部過熱現(xiàn)象更加嚴(yán)重。為了減少壓環(huán)和側(cè)鐵芯端部漏磁引起的發(fā)熱和端部鐵芯的附加電氣損耗，上海電機(jī)公司采取了以下措施：

a)鐵芯的端部設(shè)計(jì)成階梯狀

鐵芯孔的兩端逐漸加大，可防止轉(zhuǎn)子漏磁通在定子鐵芯端部積累過多，并可將部分漏磁通轉(zhuǎn)化為垂直于定子軸線的徑向磁通，從而減少端部損耗和過熱。

b)轉(zhuǎn)子線圈末端應(yīng)使用非磁性扣環(huán)。

勵(lì)磁繞組護(hù)環(huán)退磁增加了漏磁通的磁阻，從而降低了轉(zhuǎn)子端漏磁通對定子鐵芯的影響。

c)在鐵芯的端面上，采用銅保護(hù)板，即所謂的電屏蔽環(huán)

采用電屏蔽的目的是防止端部的大部分軸向漏磁通穿過鐵芯。由于鐵芯的端部是階梯形的，壓環(huán)處的漏磁會增加，漏磁通會在銅屏蔽中產(chǎn)生大量的渦流，渦流的方向會阻止漏磁通通過。與用作鐵芯端件的石墨鑄鐵相比，銅的電阻率只有1/5左右，根據(jù)磁滲透深度定律，損耗降低到1/2左右，銅的導(dǎo)熱系數(shù)是石墨鑄鐵的5倍，因此銅護(hù)板不會過熱。d)鐵芯壓端環(huán)和鐵芯端板(壓指)由高電阻率、低磁導(dǎo)率的材料制成

這種材料增加了銅屏蔽和鐵芯之間的磁阻，使得漏磁通難以通過鐵芯。高電阻率降低了這部分的渦流，因此零件不會過熱。

e)在鐵芯末端開槽

由于槽隙形成在鐵芯端部的扇形齒中，渦流流通面積減少了約1/2，因此渦流損耗減少了約3/4。

f)在冷卻空氣系統(tǒng)中，加強(qiáng)末端的冷卻。

4)定子繞組

定子繞組的端部結(jié)構(gòu)如下圖所示。它是由兩端嵌入鐵芯槽中的絕緣棒連接而成的線圈。繞組的末端為籃式結(jié)構(gòu)，通過引線環(huán)連接成固定相位帶。采用連續(xù)F級環(huán)氧云母粉絕緣體系，表面有防電暈處理措施。

在負(fù)載運(yùn)行條件下，定子繞組會產(chǎn)生自感渦流損耗。為了減少這種損耗，定子線棒采用羅貝爾換位。所謂的換位是指，當(dāng)桿被編織時(shí)，每個(gè)桿沿軸向長度被放置在槽中的不同高度處，使得每個(gè)桿的漏抗相等，每個(gè)導(dǎo)體中的電流是均勻的，并且減少了由直線和端部中的橫向漏通量引起的環(huán)流和附加損耗。

定子線棒通過混合矩形空心和實(shí)心股線編織而成，定子繞組由空心股線中的水介質(zhì)冷卻。定子線棒端部的所有股線都焊接到水電接頭上，兩個(gè)線棒的水電接頭用銅帶焊接在一起，形成電連接，形成一圈線圈；所有空心股線中的冷卻水通過水電連接器的水路連接到滑環(huán)端附近的母線，并通過絕緣引水管進(jìn)入線圈。發(fā)電機(jī)集電環(huán)端設(shè)有進(jìn)水管，渦輪的末端有一個(gè)水母出口管。冷卻水流動(dòng)通道是單向的，也就是說，它從集電環(huán)端流向渦輪端。

母線直接接地，從線圈到母線的連接采用單個(gè)加強(qiáng)絕緣管，用于接收發(fā)電機(jī)的工作電壓，從而確保線圈對地絕緣。但是對于這種結(jié)構(gòu)，測量線圈絕緣是不方便的。

1槽底部襯墊2-主絕緣3-實(shí)心導(dǎo)線4-夾層襯墊5-半導(dǎo)體彈性波紋板6-空心導(dǎo)線7-傳輸襯墊8-滑動(dòng)楔9-錐形楔銷

定子線棒固定在上圖所示的槽中，固定得很好：側(cè)面有一個(gè)半導(dǎo)體彈性波紋板，在徑向也用錐形槽楔固定。定子繞組端部有一個(gè)特殊的支撐系統(tǒng)，用浸膠聚酯繩捆綁固定在由玻璃鋼支架和捆綁環(huán)組成的端部固定件上，然后烘烤固化，使整個(gè)端部在徑向和周向剛性固定，**端部的固有頻率遠(yuǎn)離倍頻，避免運(yùn)行中產(chǎn)生共振。軸向可隨負(fù)荷或工況的變化而沿支架的滑銷方向自由移動(dòng)，大大降低了負(fù)荷或工況變化對卷繞支撐系統(tǒng)造成的應(yīng)力，提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性，滿足了機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的要求。5)發(fā)電機(jī)出線

發(fā)電機(jī)各相和中性點(diǎn)的引出線通過集電環(huán)端底座下部的引出線蓋引出底座，引出線蓋與定子外底座之間放置墊片以保持氣密性。出口蓋板由非磁性材料制成，以減少定子電流引起的渦流損耗。出口蓋板下方開有排水孔，以防止油或水積聚在導(dǎo)線周圍。

定子引出線和氫冷卻回路如上圖所示。定子出線通過高壓絕緣套管穿出外殼，套管由整體陶瓷和銅導(dǎo)電棒組成，兩端鍍銀。過渡導(dǎo)線和出口套管由氫氣內(nèi)部冷卻，套管配有電流互感器，用于測量和保護(hù)。

6)溫度測量元件和出口板

a)熱阻

溫度計(jì)埋在定子繞組每相的.熱點(diǎn)，用來測量繞組的溫度。棒的溫度由嵌入每個(gè)槽的上下棒之間的電阻溫度計(jì)測量。鐵芯溫度用嵌入式熱電偶測量。此外，在冷卻器的進(jìn)氣區(qū)域埋設(shè)一個(gè)電阻溫度計(jì)，以測量冷卻器的進(jìn)氣和出氣溫度。

機(jī)器中的所有溫度計(jì)都通過機(jī)器底座下部的端子板引出。

b)熱電偶

因?yàn)楫?dāng)發(fā)電機(jī)欠勵(lì)磁時(shí)，定子端部的溫度將非常高，所以熱電偶埋在這些部件中以測量溫度。

安裝在定子壓環(huán)、銅屏蔽和鐵芯邊緣端齒測量部分的熱電偶為銅康熱電偶，其傳感部分焊接在測量點(diǎn)上。

定子線圈的出口溫度由安裝在出口接頭上的熱電偶測量。

軸瓦溫度由埋在鎢金下的熱電偶測量。

熱電偶股線和保護(hù)套管之間的間隙用陶瓷材料填充，從而使股線與外部空氣隔離，并且可以防止熱電偶在空氣中和高溫下被腐蝕。

熱電偶引線(玻璃纖維包線)被引至溫度測量接線盒的出口板。

4.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

1)轉(zhuǎn)子體

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由整體合金鋼鍛件制成，轉(zhuǎn)子體上徑向開有許多縱向槽，用于安裝轉(zhuǎn)子繞組和用作磁路。轉(zhuǎn)子繞組由鋁合金和鋼槽楔固定在槽中，以抵抗離心力。磁性和非磁性槽楔的應(yīng)用可以**合理的磁通分布。這些槽楔楔楔入轉(zhuǎn)子槽的燕尾槽中。

在轉(zhuǎn)子的大齒上加工橫向凹槽(即月牙形凹槽)，以平衡大齒和小齒的剛度，從而避免由它們之間的較大差異引起的倍頻振動(dòng)。

如上圖所示，為了減少不平衡負(fù)載產(chǎn)生的負(fù)序電流對轉(zhuǎn)子的發(fā)熱，提高發(fā)電機(jī)承受不平衡負(fù)載(負(fù)序電流和異步運(yùn)行)的能力，采用半阻尼繞組，阻尼繞組設(shè)置在轉(zhuǎn)子體兩端(保護(hù)環(huán)下方)。半阻尼繞組在轉(zhuǎn)子兩端只設(shè)有由銅板制成的梳狀阻尼環(huán)，半阻尼繞組的梳齒伸入每個(gè)槽內(nèi)，并位于大齒上阻尼槽的槽楔下方，被槽楔壓住。阻尼電流通路是由保護(hù)環(huán)、槽楔和阻尼銅條組成的阻尼系統(tǒng)。2)轉(zhuǎn)子繞組

轉(zhuǎn)子繞組由高強(qiáng)度含銀銅線制成，具有高抗蠕變性，從而提高了發(fā)電機(jī)承受峰值負(fù)載的能力。

為防止轉(zhuǎn)子繞組端部因離心力而損壞，轉(zhuǎn)子線圈放入槽中后，用鋁合金槽楔和鋼槽楔將槽緊固，以抵抗轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。非磁性槽楔和磁性槽楔的應(yīng)用**了合理的磁通分布。采用高強(qiáng)度非磁性合金鋼鍛件制成的護(hù)環(huán)，熱套懸掛安裝在轉(zhuǎn)子體的兩端，一端與轉(zhuǎn)子體的熱套配合，另一端懸掛安裝。模壓絕緣環(huán)用于轉(zhuǎn)子繞組和擋圈之間的絕緣。為了分離和支撐端部線圈，并限制由溫差和離心力引起的它們之間的位移，在端部繞組間隔塊中放置模制的環(huán)氧玻璃布絕緣塊。

轉(zhuǎn)子槽襯由含云母、玻璃纖維等材料的復(fù)合絕緣材料制成，具有良好的絕緣和機(jī)械性能。

3)轉(zhuǎn)子引線和集電環(huán)

強(qiáng)勵(lì)磁所需的額定輸出和勵(lì)磁電流可通過轉(zhuǎn)子引線、集電環(huán)和電刷裝置提供給發(fā)電機(jī)。

轉(zhuǎn)子電流通過電刷到達(dá)套在轉(zhuǎn)子伸出端的集電環(huán)，然后通過與集電環(huán)連接的徑向和軸向?qū)щ娐葆攤鬏數(shù)睫D(zhuǎn)子繞組。導(dǎo)電螺釘由高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性的銅合金制成。導(dǎo)電螺桿和轉(zhuǎn)軸之間有密封結(jié)構(gòu)，防止氫氣泄漏。

集電環(huán)由耐磨合金鋼制成，是一對帶凹槽的鋼環(huán)，絕緣后熱套在轉(zhuǎn)子軸上。集電環(huán)和轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有絕緣套。

集電環(huán)上加工有軸向和徑向通風(fēng)孔。表面的螺旋結(jié)構(gòu)改善了電刷與集電環(huán)的接觸條件，使電刷之間的電流分布均勻。風(fēng)扇設(shè)置在兩個(gè)集電環(huán)之間，以冷卻滑環(huán)和電刷。

4)碳刷

為了在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)安全快速地更換電刷，采用了箱式刷握結(jié)構(gòu)。一次可以更換一套(4把刷子)。

進(jìn)入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的電刷由天然石材制成。碳刷具有低摩擦系數(shù)和自潤滑效果。每個(gè)碳刷都有兩條柔性銅導(dǎo)線(即編織物)。恒壓螺旋彈簧徑向安裝在電刷盒上，因此在電刷長度達(dá)到磨損極限之前無需調(diào)整彈簧壓力。彈簧的壓力施加在碳刷的中心線上。彈簧是螺旋形的，壓力是恒定的。

電刷架采用左右分體結(jié)構(gòu)，由導(dǎo)電環(huán)、電刷架和風(fēng)罩組成，與地面絕緣。

電刷的更換：在正常運(yùn)行條件下，電刷的磨損量為10-15毫米/1000小時(shí)，當(dāng)電刷長度接近磨損極限時(shí)，電刷的軟線幾乎完全伸出。因此，刷子上有磨損極限標(biāo)記。如果刷子磨損超過這條線，它將不再使用，需要更換。5.發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)使用氫氣作為主要冷卻介質(zhì)，并以徑向多流封閉循環(huán)通風(fēng)模式運(yùn)行。定子繞組采用獨(dú)立的水冷系統(tǒng)，氫氣冷卻系統(tǒng)，包括風(fēng)扇箱氫氣冷卻器，完全置于發(fā)電機(jī)內(nèi)部。

發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)如上圖所示，采用徑向多流封閉循環(huán)通風(fēng)。