1-水轮发电机设计与制造工艺

2020/3/162020/3/16电气工程实践专题讲座-走近水轮发电机范镇南三峡水电站水轮发电机的外观三峡水电站水轮发电机组转子吊装水轮发电机的外观三峡水水轮发电机组水轮发电机的外观溪洛渡水电站水轮发电机的外观溪洛渡水轮发电机组水轮发电机的外观贯流水电站美丽也许曾如此的平凡龙羊峡水电站宏伟也许曾是一片荒滩三峡水电站（山青水秀PS版）环保若不小心，也许是这样的灾难水轮发电机产品介绍总体型式主要结构技术难点立式水轮发电机卧式水轮发电机外观及原理发电机转子发电机定子发电机轴承电磁感应定律电磁、结构绝缘、冷却立式水轮发电机组发电机水轮机水流负责转负责让水轮机转负责跟着水轮机转主轴负责让发电机跟着水轮机转卧式水轮发电机组发电机水轮机主轴水流基本原理三句荡气回肠的话总结发电机：水流一冲尾巴转；尾巴一转脑袋转；脑袋一转就发电。基本原理发电机工作原理电磁感应定律：1.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2.任何封闭电路中感应电动势的大小，等于穿过这一电路磁通量的变化率。（感谢高级中学物理教科书）法拉弟电磁感应定律水轮发电机容量/MW极数定子铁芯外径无：常规立式水轮发电机瀑布沟：SF600-48/14200WG：卧式贯流式水轮发电机巴西杰瑞：SFWG75-84/9600D：发电电动机仙居抽水蓄能：SFD375/413-14/7350Z：蒸发冷却发电机三峡地电：SFZ700-80/19380水轮发电机型号典型大型水轮发电机：三峡单机容量：70万千瓦/700MW典型抽水蓄能发电电动机：仙居抽水蓄能单机容量：37.5万千瓦/375MW典型贯流式水轮发电机：巴西杰瑞：7.5万千瓦/75MW水轮发电机容量感性认识水轮发电机容量感性认识水轮发电机总体型式水轮发电机立式卧式伞式悬式灯泡贯流竖井贯流轴伸贯流水轮发电机总体型式伞式：发电机推力轴承位于转子下方悬式：发电机推力轴承位于转子上方立式：发电机轴系竖直放置撑开的伞一样，支撑点在下面。悬挂放置，旋转部件支撑点在转子上方水轮发电机总体型式-伞式立轴，双导，半伞支撑点水轮发电机总体型式-悬式悬式支撑点水轮发电机总体型式伞式结构：中低速大容量水轮发电机典型电站：三峡700MW、溪洛渡770MW、瀑布沟600MW、糯扎渡650MW、金安桥600MW、二滩550MW、李家峡400MW……正是这些优秀的“伞”为中国电力与能源事业撑起了一片晴朗的天空！水轮发电机总体型式悬式结构：中高速水轮发电机典型抽水蓄能电站：惠州、白莲河、黑麋峰、呼和浩特、仙游等300MW抽水蓄能项目。从当年惠州抽水蓄能开始的技术引进到现在仙游抽水蓄能自主研发，中国抽水蓄能技术将成为又一朵奇葩，标志着一个崭新的开始！抽水蓄能：pumpedstorageunits抽水蓄能水电站发电电动机抽水蓄能技术引进与合作交流惠州抽水蓄能：与Alstom合作，技术转让；白莲河抽水蓄能：与Alstom合作，技术转让。1.作为分包商，与国外公司合作，技术引进黑麋峰抽水蓄能：与Alstom合作，技术转让；呼和浩特抽水蓄能：与Alstom合作，技术转让。2.作为主包方，国外公司技术支持东方电机抽水蓄能技术引进与合作交流仙游抽水蓄能：自主研制；仙居抽水蓄能：自主研制。3.自主研制抽水蓄能机组抽水蓄能：pumpedstorage抽水蓄能电站的作用：其主要作用不在于直接发电，而是在电网中调峰填谷、平衡电能分布，紧急情况下备用、调频、调相等。抽水蓄能电站的运用：配合火电、风电、核电运行。在电力负荷高峰期，将水抽至上水库储存能量，电力负荷低谷时再放水至下水库发电。水库里的水可不依赖外界河流反复使用。抽水蓄能电站的特点：电站不依赖河流；拥有上下两水库；机组可高速正反转，正转用水发电，反转用电抽水。高转速、正反转让抽水蓄能发电机的设计有着很大的难度。这是一个很潮的词语。因为：她很地主，拥有上下两个水库。她很苗条，健美身躯能正反旋转。她很活泼，风火核电全是它的朋友。她很有才，过日子蓄水省钱发电赚钱。她很专一，日复一日月复一月年复一年：多年以后……抽水蓄能：pumpedstorage山还也是那座山，水也还是那湖水抽水蓄能：pumpedstorage水轮发电机总体型式灯泡贯流式水轮发电机经常有人无比自豪地称自己是1kW的大灯泡，但实际上那是井底之蛙，我可以负责地告诉大家，1kW真是弱爆了。这些才是让人无比自豪的大灯泡！水轮发电机总体型式白话卧式：躺着的发电机。卧式：发电机轴系为水平布置灯泡贯流式水轮发电机（隆重推出）水轮发电机总体型式电站名称容量（MW）红岩子3×30桐子壕3×36沙坡头4×29金银台3×40长洲4×42桥巩4×57巴西杰瑞22×75这些都是我国自主研发的灯泡贯流机。以下省略三千字……东方电机部分典型灯泡贯流机：水轮发电机总体型式轴伸贯流式水轮发电机典型电站：小道卡（出口到美国）竖井贯流式水轮发电机典型电站：小龙门13MW、真纳12MW轴伸贯流竖井贯流水轮发电机的主要结构旋转部分：通过励磁电流产生磁场，通过旋转产生旋转磁场固定部分：利用导体切割磁力线，并将导体连成回路，产生电流，最终送入电网。轴系支撑部分：承受转动部件重量和水推力。机架主轴通风系统盖板外罩油水管路扶梯栏杆灭火系统制动系统吸排油雾安装起吊……转子装配：贯流机转子装配立式机转子装配转子支架磁轭磁极这是小人头这是大转子转子装配：转子支架：斜支臂式圆盘式目前较为常用的两种结构：斜支臂式和圆盘式转子支架转子支架：斜支臂式和圆盘式两种转子支架比较：斜支臂式转子支架柔性更好，就像是练的内家功夫，以柔克刚；圆盘式转子支架刚性更好，就像是练的外家功夫，以刚克刚。设计感悟：设计转子支架和作人是一个道理：太刚则易折，太柔则易弯；所以我们设计转子支架刚柔并进，刚中有柔，柔中有刚，刚即是柔，柔即是刚……不知道各位童鞋听懂没有……磁轭：整体焊接磁轭叠片磁轭磁轭有两种结构：整体焊接磁轭和叠片磁轭磁轭磁轭：整体焊接磁轭加工磁轭叠片磁极：巴西杰瑞磁极装配磁极线圈冲片磁极压板阻尼条(环)磁极铁芯磁极由磁极铁芯、磁极线圈、阻尼环、阻尼条等部件组成。磁极线圈固定于磁极铁芯上，磁极铁芯通常是薄冲片叠压而成，由螺杆和压板压制成一个整体。磁极线圈：焊接式和扁绕式焊接式磁极线圈焊接式线圈规整美观，扁绕式线圈制造简单，各有优点。焊接式线圈美观扁绕式线圈通常没这么规整该图片仅供参考……扁绕式磁极线圈转子装配总结转子支架：起支撑作用；磁轭：通过焊接或打键的方式与转子支架连接在一起；磁极：通过打键或把合固定在磁轭上。定子装配：铜环定子机座定子铁芯定子线圈≈22米380平方米可以容纳2个连的兵力停放14辆99式主战坦克定子机座：定子机座定子铁芯：定子铁芯由冲片叠压而成，螺杆+碟形弹簧+压指+压板保证铁芯长期压紧。既用于固定线棒，又是磁路的通道。螺杆碟簧压指压板冲片定子铁芯定子铁芯叠片：鸽尾槽放置鸽尾筋，固定铁芯穿心螺杆孔穿心螺杆由此穿过轭部齿部槽部固定定子线棒定子铁芯装配：浮动式双鸽尾定位筋结构在三峡等大型水轮发电机上普遍采用的典型结构；适应铁芯热膨胀，消除热膨胀内应力，防止铁芯翘曲变形。双鸽尾筋定子铁芯装配：新型复合定子压板结构结合大、小齿压板的优点，既方便工地安装，又能有效保证铁芯压紧，非常适合大型空冷电机的长铁芯压紧。大齿压板小齿压板压指定子铁芯装配：穿心螺杆+碟形弹簧补偿铁芯收缩，保证定子铁芯长期运行而不松动穿心螺杆碟形弹簧定子线圈：定子线圈由由多根定子铜线棒连接而成每一根铜棒是由很多根小股线组成定子线棒固定：定子线圈定子线棒槽内固定定子线棒端部绑扎槽部固定+端部固定水轮发电机的主要结构定子线圈接线图：“接线”是一种平凡的传说。相传，就好像神奇的毛衣一样，你可以用它穿它买它改它，但要织好它却需要高超的技能……水轮发电机的主要结构定子线圈绝缘系统：模压与VPI定子线棒表面有绝缘、防晕等材料。绝缘材料是线圈技术一个关键点。曾有老外生动地说：绝缘技术，就像老婆一样，打死我也不卖，即使只是想想，那也是不对的。电机定子线圈绝缘系统分为模压和VPI。VPI是真空压力浸渍的简称。经常有人会把VPI看成VIP。实际上，模压系统就像成功男士那样比较厚重，VPI系统就像VIP比较时尚，两者都是很重要的，并且都在设计使用当中。具体用哪种系统需要根据电磁方案、生产情况、业主喜好等多个因素确定。水轮发电机的主要结构轴承装配：轴承，顾名思义，就是承受主轴的负荷的部件。主轴和转子、转轮连着的，所以轴承承受了整个转动部件的负荷。轴承分为推力轴承（支撑轴向）和导轴承（支撑径向）。立式机组：推力轴承是用来“顶”的，导轴承是用来“扶”的巴西杰瑞贯流机主轴及轴承水轮发电机的主要结构“瓦”这个东西。轴瓦钨金瓦：又叫巴氏合金瓦一种发电机常用的合金瓦。为什么叫巴氏？因为是巴氏发明的……这个巴氏不是中国古代妇女，而是一位外国人。塑料瓦：弹性金属塑料瓦这种瓦，摩擦系数小，瓦面不需研刮，不需设高压油顶起，对机组“冷态”和“热态”起动不受限制，瓦温低……水轮发电机技术难点电磁设计电磁设计：设计水轮发电机的电磁特征、基本参数和重要尺寸。发电机的设计是矛盾的。经济性高，材料就不能过分好；效率高，材料又不能差；便于运输，就不能太夯实，牢固就不能太小太轻。我们在各种矛盾中取舍，选取一个相对较好的交叉点。电磁设计是长征的第一步，确定设计的方向。如果犯了方向性错误，那么干得越积极，错得越遥远……水轮发电机技术难点电磁设计严谨的计算：发电机、电磁场相关理论体系为支撑；凭一种男人的直觉！×（评：男人的直觉您也信得过……）细致的比较：多种调试方案比较、与类似机组方案比较；丰富的经验：各参数范围选取，计算与现实的差距等等。凭一种无敌的运气！×（评：又不是武侠小说的男猪脚……）两种误区水轮发电机技术难点水轮发电机技术难点水轮发电机技术难点水轮发电机技术难点水轮发电机技术难点结构设计结构设计：设计水轮发电机结构，包括形状、大小、受力、连接等等。水轮发电机块头越大，转速越高，结构方面设计难度越大。结构设计的困扰：算得出来不一定设计得出来，设计得出来不一定焊接得出来，焊接得出来不一定加工得出来，加工得出来不一定好加工，好加工不一定加工得好，加工得好不一定安装得上，安装得上不一定拆得下来，拆得下来不一定装得回去……水轮发电机技术难点绝缘这是每个制造厂自己的秘籍。结构看得到，绝缘材料却是看不到的。比如东方电机的F级绝缘和哈电或者ALSTOM的F级绝缘就肯定不一样。这种不一样，是骨子里的不一样。就像小品《卖拐》里说的那样：同样是一个屋檐下生活的人，差别怎么就这么大捏？这件事情，用两个字就可以形容：“秘密”68电热老化试验控制室电热老化试验设备瞬时工频击穿设备低压电老化试验设备高压电老化试验设备高频和脉冲电老化设备绝缘试验设备水轮发电机技术难点冷却发电机为什么要冷却？仿佛运动一样，发电机运行会发出大量的热量。如果散发的热量不及时排走将导致各种严重后果（可以自己想象……）冷却是评判发电机优劣的一个关键，也是一个难点。通常提到一个水轮发电机运行效果怎么样，第一个会问的是：运行温度有多高？目前水轮发电机冷却方式有：空气冷却水冷却蒸发冷却主要针对各类发电机的通风散热问题，进行实物模拟试验检测。通风冷却试验针对发电机蒸发冷却问题，进行实物模拟测试（类似于冰箱氟利昂制冷试验）。蒸发冷却试验水轮发电机技术难点今天我给大家所介绍的水轮发电机，只是冰山的一角，实际上，发电机比我现在所描绘的要复