水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)講義第一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日水輪發(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。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。

第二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日水輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)凸極式轉(zhuǎn)子，極數(shù)多，直徑大，軸向長(zhǎng)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。

第三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日水輪發(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，也稱為電樞。

第四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日立軸水輪發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)

機(jī)座鐵心線圈第五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日機(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。

第六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日鐵芯

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(shì)。

第七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日定子疊片加固第十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日水輪發(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)

第十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日主軸

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。第十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日磁極

磁極是提供勵(lì)磁磁場(chǎng)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)。第十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日磁軛與轉(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。第十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)架

機(jī)架是立軸水輪發(fā)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。第十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日推力軸承

推力軸承的組成和作用

推力軸承是應(yīng)用液體潤(rùn)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。第十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日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—?dú)獯埃?—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—絕緣墊第十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日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。第十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日鏡板

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，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。第二十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日托盤

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)。第二十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日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)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—推力頭第二十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日導(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)。第二十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日發(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)間較長(zhǎng)，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(zhǎng)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。第二十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日通風(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(jiǎn)單，損耗較低。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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%第二十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

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(cè)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。第二十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日機(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。第二十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)組軸系工作內(nèi)容

軸線測(cè)量：檢查機(jī)組軸線在幾個(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(cè)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。第二十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日軸系產(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(cè)得的錐度圓，就是該點(diǎn)的擺度圓，擺度圓直徑Φ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。第二十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日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？？？第三十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日機(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(cè)量