水轮发电机技术样本.doc

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水轮机部分
1．什么是水力发电?
答: 水力发电是利用水作为传递能量的介质来发电的。依据一定的自然条件, 或拦河筑坝, 抬高上游水位; 或采用引水的方式, 来集中河段中的自然落差, 形成发电所需要的水头。水头表示单位重量的水体所具有的势能。当已经形成水头的水经由压力水管流过安装在水电厂厂房内的水轮机而排至水电厂的下游时, 水流带动水轮机的转轮旋转, 使水能转变为水轮机的旋转机械能。水轮机转轮带动发电机转子旋转, 由于磁场切割导体, 从而在发电机的定子绕组上产生感应电动势。当发电机与外电路接通时, 发电机就向外供电了这样, 水轮机的旋转机械能又经过发电机转变为电能。这就是水力发电的过程。
为了实现这种能量的连续转换而修建的水工建筑物和所安装的发电设备及其附属设备的总体, 就是水电厂(站)。
水电厂(站)安装的设备主要有水轮机、 水轮发电机、 变压器、 开关设备和辅助设备等, 还有为保证各种设备正常运行而设置的测量、 监视、 控制、 保护、 信号等电气设备。
2．检修前应做好的准备工作有哪些?
答: 认真做好检修前的各项准备工作, 是完成检修任务的首要条件。
(1)人员的组织。充分做好动员工作, 组织好各班组的劳动力, 平衡施工进度, 编制班组作业计划, 组织劳动竞赛。将工作任务分解, 落实到人。每一个工作面都应由技术比较全面、 熟悉设备和系统的人担任工作负责人。工作负责人不但应对所担负的工作全面负责, 还应是安全监护人。全体施工人员应在了解全面工作的基础上弄清楚自己应做的工作, 即熟悉图纸, 熟悉设备, 了解自己所检修设备的工作原理、 拆装和修理的方法。
(2)工器具准备。工器具是完成检修工作任务的物质基础。检修前应根据检修项目, 检查专用工具(包括安全用具)是否齐全完好; 检查必须的工具是否足够; 专用机械、 起重设备和其它起重机械有无缺陷, 是否可用。如果有问题应及时处理, 必要时还应对起重设备进行一些试验, 以确保其完好可用。
(3)物资准备。做好物资准备, 包括材料、 备品、 安全用具、 消防器材等。根据检修项目, 编制大修需要材料、 工具、 备件及量具仪表等清单。清点库存备品数量, 若有不足应及时补充。检修所需的材料应在开工前采购回来, 并送到班组。
(4)编制计划。检修前, 根据年度检修计划、 设备缺陷、 运行情况、 上次大修总结、 小修查核结果, 以及决定采用的技术革新项目和先进经验等, 进行现场查对, 深入分析各项资料, 做好必要的设计、 试验和鉴定工作, 落实检修计划项目。根据检修计划和设备缺陷记录, 以及改进工程项目等资料编写检修项目、 计划工时和网络计划, 做到科学合理。根据网络计划安排班组的施工进度, 并在设备拆开后, 根据检查结果进行最后修正。同时绘制必要的图纸, 印好原始记录表格等, 以及编制各施工项目的具体技术措施和安全措施, 特别是技术改进项目的技术措施, 更应认真做好, 并向施工人员进行技术交底。
(5)编制检修设备一览表、 大修项目表、 施工进度表和大修准备工作进度表。准备好检修工作场地, 并绘制场地布置图。工作场地的布置, 特别是大部件的摆放, 要做到井然有序, 不要影响其它机组的运行, 还要考虑放置大设备场地的承载能力, 同时要给检修工作创造一个较好的工作环境。
3．检修施工过程中有哪些管理工作?
答: 在大修施工中应特别注意抓好安全、 进度、 质量等几个方面的管理。
大修工作开始后, 首先要对设备进行拆卸检查, 对设备内部情况做出详细鉴定, 然后根据检查结果, 修正检修设备一览表和大修项目表。对可能影响施工进度或需要进一步落实技术措施的项目, 应提前解体检查。在解体检查时, 有关专业人员应深入现场掌握第一手资料, 指导施工。检修负责人应掌握全面, 抓住关键, 进行重点检查。
在检修工作中, 要开展安全活动, 加强宣传教育, 提高职工安全第一的思想, 自觉遵守安全工作规程, 确保施工中人身和设备的安全。检修工作的负责人是安全生产的第一责任人, 领导人员必须以身作则, 认真贯彻执行安全工作规程, 检查各项安全措施, 及时解决安全作业中存在的问题。
施工中要严格贯彻检修规程、 安全工作规程和有关的技术管理制度, 及时掌握进度, 保证按期竣工。根据具体施工情况, 及时调整网络计划, 做好劳动力、 特殊工种、 修配加工、 施工机具和材料供应等各方面和平衡调度工作。特别要抓好关键项目, 以及设备解体和检修结尾阶段的综合平衡, 确保施工进度。检修工作不能按期竣工时, 应按照调度规程及早向调度部门联系。
严格执行质量标准、 工艺措施和岗位责任制, 正确使用材料、 工具、 仪器, 确保检修质量。检修质量标准应根据设备实际运行隋况及检修经验合理修订, 区别对待。及时做好检修记录, 其主要内容应包括设备技术状况、 系统或结构的改变、 试验和测试的数据等。所有记录均应做到正确完整, 简明实用。经过检修, 还要校核和补充备品、 配件的图纸。
节约工料, 防止浪费。要做好现场整洁、 工具和仪表的管理、 消防和保卫等工作。要严防工具、 工件及其它物件遗落在设备内, 造成事故。检修竣工后, 要认真做好现场清理工作。
4．设备检修后应达到的要求有哪些?
答: 检修工作应贯彻”应修必修、 修必修好”的原则, 检修后的设备应达到以下要求:
(1)检修质量达到规定的质量标准。
(2)消除设备缺陷。
(3)恢复出力, 提高效率。
(4)消除泄漏现象。
(5)安全保护装置和主要自动装置动作可靠, 主要仪表、 信号及标志正确。
(6)设备现场整洁。
(7)检修技术记录正确、 齐全。
5．检修结束后的验收工作要注意哪些方面?
答: 检修的收尾阶段, 主要包括质量验收、 试运行和检修总结, 这是考验检修质量, 评价检修工作成果的重要环节。
(1)加强全员质量管理。质量验收实行班组、 车间(分场)、 厂部三级验收制度。施工工艺比较简单的工序, 一般由检修人员自检, 检修人员在每项检修工作完毕后, 要按质量标准自行检查, 合格后才能交工。班组长应全面掌握检修的质量并帮助重要工序进行自检。对于重要的工序, 由总工程师按检修工艺的复杂性和部件的重要性, 确定分别由班组、 车间、 厂部负责验收。
(2)重要工序的分段验收项目及技术监督的验收项目, 应填写分段验收记录。其内容应有检修项目、 技术记录、 质量评价及检修人员与验收人员的签名。由有关人员验收。
(3)分部试运行(包括分部试验)应由检修或运行负责人主持, 有关检修人员和运行人员参加。在检查检修项目、 检修质量、 技术记录和有关资料后, 进行分部试运行。
(4)主要设备小修后的整体试运行, 一般由检修或运行负责人主持。对大容量单元制机组, 则由总工程师或其指定人员主持。
(5)主要设备大修后的总验收和整体试运行, 由总工程师主持, 指定有关人员参加。根据质量检验、 分段验收和分部试运行及现场检查结果, 由总工程师决定启动和整体试运行。试运行内容包括各项冷态和热态试验, 以及带负荷试验。
(6)试运行前, 检修人员应向运行人员交代设备和系统变动情况, 以及运行中应注意的事项。在试运行期间, 检修人员和运行人员应共同检查设备的技术状况和运行情况。
(7)机组经整体试运行, 并经现场全面检查, 认为情况正常后, 由总工程师批准正式交付电网调度管理。
6．对检修的总结评价有哪些重点?
答: 大修结束后应进行设备的评级, 并作出对检修工作的评价。
(1)主要设备大修后, 应组织有关人员认真总结经验, 肯定成绩, 找出缺点, 及时作出检修工作的工作总结, 以利于不断提高检修质量和工艺水平。
(2)主要设备大修后, 尽快写出大修总结报告。
(3)设备检修技术记录、 试验报告、 材料消耗、 所用工时等技术资料, 应及时整理并作为技术档案保存; 将大修中发现的问题和处理过程、 方法记人设备台账。
(4)主要设备大修后, 应按《电力工业设备评级办法》的规定进行评级。主要设备小修后, 如技术状况有较大变化时, 也应重新评级。
(5)主要设备大修后, 应结合竞赛评比, 对班组及个人的工作进行评价, 树立典型, 表扬和奖励先进。同时, 还应对大修的质量、 进度、 安全、 节约、 管理工作等, 做出评语。
(6)要开展检修小指标评比活动。小指标可按一定的要求, 由各电厂具体规定。如本班组负责检修的设备完好率、 阀门泄漏率、 检修工时、 备品修复率、 保证出力、 临时检修累计次数与时间、 人身事故次数等。
7．对检修人员有哪些要求?
答: (1)凡参加检修的工作人员必须经过安全知识的培训, 学习电业生产的基本法规和有关规程, 并经过安全考试合格和技术培训考核合格后, 才能上岗工作。并应在工作中认真执行电业生产的各项规章制度。
(2)检修工作必须严格遵守《电业安全工作规程》, 认真执行”工作票制度”及其它有关规章制度。
(3)掌握基本的检修工艺和方法, 培养良好的工艺作风, 并在实践中不断提高技术素质。
(4)熟悉所检修设备的图纸, 了解设备的功能和在系统中的作用。平时应加强业务、 技术的学习, 不断地从理论上充实自己。
(5)了解”新工艺、 新材料、 新方法”, 并推广应用到生产实践中去。
(6)设备是安全生产的物质基础; 因此, 检修质量是安全生产的保证, 检修工作必须把质量保证放在首位。
(7)定期巡回检查设备的运行状况, 及时发现和消除其隐患和故障; 按照检修规程的规定, 将水轮发电机设备全部或部分解体, 进行检查、 清洗, 修理其损坏的机械部分或更换有缺陷的零部件; 按照检修工艺要求, 对水轮发电机设备重新组装并调试合格; 填写和整理检修技术记录、 试验资料, 并撰写技术报告。
8．水轮发电机检修的工艺要求一般有哪些?
答: (1)应有适当的检修场地, 并应考虑其承载能力。保持检修场所和厂房整洁、 文明、 卫生, 特别注意不要造成环境污染。检修场地不应妨碍其它机组的运行。
(2)按照《工作票制度》的要求, 做好各种安全措施。切断检修设备与运行设备的联系, 办理检修开工的手续。
(3)进入发电机内部时, 工作人员应按规定着装, 与工作无关的物件不应带人。人员、 工具、 材料应登记, 工作结束后注销。在发电机内使用明火作业时, 要办理”动火工作票”, 并应做好防火的安全措施。在发电机内部进行电焊、 气焊、 气割等作业时, 除了防火措施外, 还应做好防飞溅的措施。作业完毕后应仔细清理焊渣、 溶珠。在转动部件和其它有绝缘要求的部件上进行电焊时, 地线必须可靠地接在施焊的部位上, 这些部位严禁不接地线进行电焊作业。
(4)拆卸机械零部件时先检查各部件结合面标志是否清楚, 不明显的应重新做记号标志, 并做记录。同一部件拆卸的销钉、 螺栓、 螺母、 垫圈需放在同一箱内或袋内, 做好标签注明。螺栓、 螺母要清点数目, 妥善保管, 禁止用肮脏的破布包装零件和多孔部件。
部件分解拆卸时, 应先拆销钉, 后拆螺栓; 装复时先装销钉, 后装螺栓。
在拆卸配合比较紧的零件时, 特别是某些配合精度要求较高的零件, 不能用手锤或大锤直接冲击, 应用木锤或橡皮锤撞击, 或者垫以软金属(如铜、 铝)后再用大锤或手锤打击, 以免损坏部件。
在部件的拆卸、 分解过程中应随时进行检查, 发现异常和缺陷应做好记录。
拆装螺栓时, 应使用专用扳手(或专用的拉伸装置), 尽量减少或不使用活动扳手。
(5)各部件的组合面、 键和键槽、 销钉孑L、 止口应仔细进行修理, 使其光滑, 无高点和毛刺, 但不得改变其配合性质。螺栓和螺孔亦应进行修理。所有组合配合表面在安装前须仔细地清扫干净。
设备组合面应光洁、 无毛刺。合缝间隙用0．05mm塞尺检查, 应不能经过, 允许有局部间隙; 用0．10mm塞尺检查, 深度不应超过组合面宽度的1／3, 总长度不应超过周长的20％; 组合螺栓及销钉周围不应有间隙; 组合缝处的安装面错牙一般不超过0．10mm。
(6)部件分解后, 应及时清洗零部件, 检查零部件完整与否, 如有缺损应进行更换或修复。所拆零部件按系统分门别类, 妥善保管。拆卸的主要部件, 如轴颈、 轴瓦、 镜板等高光洁度部件表面, 以及联轴法兰的销孔面应做好防锈蚀措施, 用白布或塑料布, 包盖防护好并绑牢。管路或基础拆除后露出的孔洞应封堵好, 用白布包住, 或用木塞、 木板封堵, 以防杂物掉人, 严禁用棉纱头或破布等堵塞管口。
(7)拆卸下来的零部件应安放妥当, 对于有精密表面的零部件更应放稳、 垫平, 用毛毡、 胶皮垫好或悬空放置, 以免损坏精密表面, 严禁放在粗糙的垫木上。分解的各零部件, 用木块或其它物件垫好, 以免损坏其加工面或发生变形。
(8)机械加工面清扫后应涂以防锈油, 且不得敲打或碰伤, 如有损坏应立即修好。各零部件除结合面和摩擦面外, 均应刷涂防锈漆, 并按规定颜色及规定的油漆进行刷、 涂、 喷。
(9)制作管路法兰的密封垫时, 其内径应稍比管路内径大, 且不得小于管路内径。严禁在法兰的止口边上轧各种垫片, 以免损坏止口边。若密封垫直径很大, 需要拼接时, 先削制接口, 再粘结。
(10)装复时, 一般是按”先拆后装, 后拆先装”的原则进行。易进水的或潮湿处的螺栓应涂以防锈漆, 各连接螺栓均应按规定拧紧, 发电机内的各种螺栓, 特别是转动部分, 应做好防松动措施, 如点焊、 装保险垫片或其它防松动措施。
回装法兰、 端盖、 管接头时, 应检查封堵物是否拆除, 密封垫是否装好, 止口是否到位, 螺栓应先对称拧紧, 然后均匀拧紧, 最后用适当力臂加固。
(11)起重用的钢丝绳、 绳索、 滑车等应事先检查试验, 钢丝绳的安全系数应按《电业安全工作规程》的要求选用, 不允许使用有缺陷的起重工具和断股或严重损伤的钢丝绳或绳索。
(12)零部件起吊前, 应详细的检查连接件是否拆卸完, 起重工具的承载能力是否足够, 起吊过程中应慢起慢落。
(13)检查和测量应做好详细记录, 检修工作结束后整理归档, 记录应填写工整清楚。
9．什么是水轮发电机的额定转速和飞逸转速?
答: 根据水轮机的水头、 流量、 效率等因素决定出一个最优转速, 然后根据这个最优转速, 选择最接近的同步转速, 即是发电机的额定转速。
水轮发电机组在运行时, 如果由于某种原因突然甩掉负荷, 而此时刚好调速系统失灵, 导水机构事故关闭装置也发生故障, 不能关闭导叶, 这时机组的转速将急骤上升, 直到与随转速上升而增加的损失相平衡时为止, 这种工况称作飞逸工况, 此时机组的最大转速叫飞逸转速。如果在水头最大, 导叶开度最大, 叶片安放角较小时发生飞逸工况, 这时候的飞逸转速称为最大飞逸转速。
10．什么是水轮发电机的飞轮力矩?
答: 绕定轴转动的物体都具有一定的转动惯量, 转动惯量是物体在转动中的惯性大小的量度, 即反映物体维持原有运动状态的能力。转动惯量_, 是指刚体内各质点的质量与其到转轴距离平方的乘积之和。由转动惯量的定义能够看出, 在质量相同的情况下, 转动惯量与质量的分布有关, 另外还与转轴的位置有关。
在一定大小的力矩作用下, 转动惯量越大, 角加速度越小, 也就是角速度越不容易改变。利用转动物体的这种性质, 能够减少机组转速的周期性波动, 而且在机组发生甩负荷时, 机组的转速不至于急剧上升。转动惯量对水轮发电机组的稳定, 以及电力系统的稳定都有着极其重要的作用; 因此, 水轮发电机组的转动部分需要有一定的转动惯量。一些小型机组因为转动部分的质量不够大, 往往需要装设一个飞轮来增加转动惯量。
工程上往往用飞轮力矩GD2来代替转动惯量, 而飞轮力矩并不等于转动陨量, 它们之间的关系近似为GD24gJ。
转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积称为飞轮力矩GD2, 对于给定的刚体和转轴, 它是一个常数。GD2不能简单的看成是转子重量乘以某一直径的平方; 只有在均质圆环的特殊情况下, 才能够近似是这种关系。由于飞轮力矩主要集中在发电机的转子, 转子的飞轮力矩约占整个机组飞轮力矩的90％左右; 因此常见发电机转子的飞轮力矩来代表机组转动部分的飞轮力矩。
如果飞轮力矩过大, 不但使发电机的重量和尺寸加大, 制造成本提高, 而且还会恶化机组的调节性能, 因而对电力系统的暂态过程和动态稳定也有很大的影响。反之, 若飞轮力矩太小, 为限制转速上升率, 则要求导叶加快关闭速度, 这将使水轮机的引水压力管道的水压上升率升高。因此GD2的值与机组的转速上升率、 水压上升率, 以及调节时间等参数相互矛盾又相互制约着。
当发电机的基本尺寸决定以后, GD2的数值能够按经验公式估算
GD2＝KD3.48L
式中 D——定子铁芯内径, m;
L——定子铁芯长度, m;
K——经验系数, 见表1-1。
表1-1 K 值 表
转速( r/min)
54.6～93.8
100～375
>375
K
4.7～5.1
4.9～5.3
5.1～5.5

11．什么是机组的惯性时间常数?

答: 这是一个与转动惯量相联系的量, 表示机组在额定转矩作用下, 把转子从静止状态加速到额定转速所需的时间, 用Tmec表示, 单位为秒(s)。Tmec的大小就表征了机组本身惯性的大小, 可按下式计算

式中 PN--额定功率, 也有用额定容量(kVA)代替, kW;
nN——额定转速, r／min;
GD2——飞轮力矩, tm2。
从式中能够看出, 惯性时间常数与飞轮力矩成正比, 与额定转速的平方成正比, 而与额定容量成反比。
中国水轮发电机组的惯性时间常数取值范围见表1-2。
表1-2 惯性时间常数的取值范围

额定转速(r／min)

750～428.6

375～200

<200
Tmec (s)

3～6

4～8

6～10

12．和其它发电机相比, 水轮发电机有哪些特点?
答: 水轮发电机是由水轮机驱动的, 它的安装形式一般由水轮机来确定。水轮机的转速不高, 因此水轮发电机的磁极对数就比较多, 并采用凸极式发电机。大型水轮机多为立式布置, 因此要采用立式水轮发电机; 小型水轮机多为卧式, 水轮发电机要采用卧式。由贯流式水轮机驱动的发电机为卧式灯泡式水轮发电机。
除了具有一般发电机的结构和形式外, 水轮发电机与其它发电机相比, 具有下列主要特点:
(1)水电厂一般离负荷中心较远, 需要经过长距离高压线路向负荷区供电; 因此电力系统对水轮发电机有较高的动态稳定和静态稳定要求。为满足这种稳定, 要求水轮发电机有较大的飞轮力矩, 因此水轮发电机的转子直径和外形尺寸都比较大。
(2)水轮发电机达到飞逸转速的可能性虽然很小, 但在做结构设计时, 仍必须考虑其转动部件的机械强度在发生飞逸转速时具有必要的可靠性, 而且水轮发电机轴系的临界转速(无论对横向振动还是扭转振动)应高于或等于机组飞逸转速的1.2倍。
13．什么是全伞式和半伞式水轮发电机?
答: 悬式水轮发电机的推力轴承在转子的上方, 转动部分仿佛是悬挂在上机架上, 因此而得名。伞式水轮发电机的推力轴承在转子的下方, 就如同撑着一把伞。如果伞式发电机有下导轴承, 相当于打伞时既要举着伞, 又要将伞抓住, 这就是全伞式水轮发电机。根据具体的条件, 全伞式水轮发电机能够有上导轴承, 也能够没有上导轴承。如果伞式水轮发电机没有下导轴承, 相当于在打伞时只将伞托住, 而没有抓住, 这就是半伞式水轮发电机。半伞式水轮发电机有上导轴承。因此, 区别全伞式还是半伞式水轮发电机就在于是否有下导轴承。
14．立式水轮发电机主要由哪几部分组成?
答: 立式水轮发电机主要由发电机定子、 发电机转子、 上部机架、 下部机架和一些辅助装置组成。转子用来产生磁场, 定子铁芯内嵌有绕组, 转子旋转时, 磁力线切割导体, 绕组中就会产生电流。上、 下机架内装有轴承, 包括推力轴承和导轴承。
辅助装置有:
——制动器, 用于停机时刹车, 以及长期停机后再开机和检修的时候顶转子。
——灭火管路, 当机组发生火灾时用于灭火。
——供排油管路, 向机组轴承供油和检修时排油。
——供排水管路, 向轴承的油冷却器和定子的空气冷却器供水及排水。
——安装在定子外壳上的空气冷却器, 用来降低发电机的温度。
有些大型机组还装有高压油减载装置, 在开机时有利于润滑油膜的形成, 停机时减少发生边界润滑的可能。有些机组还装有粉尘吸收装置和油雾吸收装置。
较老式的水轮发电机配有励磁机和永磁机。励磁机实际上就是一台直流发电机, 向转子磁极供给直流电, 用以产生磁场。现在生产的水轮发电机多采用晶闸管整流的励磁装置, 基本上不再使用励磁机。永磁机是一台同步交流发电机, 向调速器的离心飞摆和转速继电器供电, 用来反映机组转速的变化。由于调速器的技术进步, 机液调速器已经很少使用, 永磁机也就逐渐退出使用, 而改用其它测频方法来反映机组的转速。
15．水轮发电机的定子由哪些部分组成?
答: 水轮发电机的定子由机座、 铁芯、 绕组、 端箍、 铜环及基础螺杆等部件组成。
定子机座主要用来固定铁芯, 多为圆形。小容量的水轮发电机可采用铸铁整圆机座, 也可采用钢板焊接的箱形结构; 中、 大容量的水轮发电机的机座用钢板焊接而成。为便于运输, 大型机组采用分瓣定子, 在安装工地经过合缝板连接成整圆。现在多采用在安装工地叠片的整圆铁芯, 因而定子机座需在施工现场组焊。立式机座要承受机组的轴向负载、 定子的自重及电磁扭矩, 并将这些力传递到基础上, 因此机座应有足够的刚度。机座下环与基础板间有径向销(也有采用”T”形键的), 承受短路时的切向剪力。机座还应能适应铁芯的热变形, 使铁芯在热膨胀时不会对机座产生过大的压应力 引起铁芯产生变形。对于大型机组, 铁芯叠片时在定位筋与铁芯鸽尾槽之间保留一定的间隙, 以适应铁芯的热变形。
定子铁芯用以固定绕组, 而且还是磁路的主要组成部分。定子铁芯由硅钢片冲制的扇形片叠压而成, 为防止涡流, 扇形片的两面均涂有一薄层绝缘漆。为保证定子的通风散热, 每隔40～50mm有一层通风槽片。定位筋由托块固定, 托块焊于机座环上, 扇形片、 通风槽片叠装于定位筋的鸽尾上, 并经过上、 下齿压板及拉紧螺杆将铁芯压紧, 使其成一整体。在发电机运行时, 铁芯要受到机械力、 热应力及电磁力的综合作用。
16．在机组检修时, 对发电机定子有哪些检查项目?
答: 机组检修时, 发电机定子的主要工作内容是对各有关部位进行检查。
(1)检查定子铁芯衬条、 定位筋有无松动、 开焊; 齿压板压指与定子铁芯间有无间隙; 压紧螺栓应紧固, 螺母点焊处无开裂。
(2)测量发电机的空气间隙, 实测间隙的最大值与最小值之差不大于实测平均间隙的10％为合格。
(3)定子铁芯平均中心与转子磁极平均中心的高差应满足设计要求; 若设计无要求时, 可参考下面的标准: 定子平均中心高程与转子磁极平均中心高程一致, 其偏差值不应超过定子铁芯有效长度的±0．4％, 但最大不超过±4mm。
(4)必要时能够挂钢琴线测量定子铁芯的中心与圆度。定子铁芯的圆度为最大半径与最小半径之差, 差值不应大于设计空气间隙值的5％。一般沿铁芯高度方向每隔lm距离选择一个测量断面, 每个断面不少于12个测点。对于分瓣定子, 每瓣的每个断面不少于3点, 接缝处必须有测点。
(5)挡风板(引风板)的连接螺栓应紧固, 防松设施完好, 连接板的连接焊缝无开裂; 挡风板(引风板)本体无裂纹, 无异常变形。
(6)发电机消防水管及其它附件连接牢固, 喷水孔不堵塞。
(7)检查定子基础板螺栓、 销钉和定子合缝处的状况, 应达到以下要求:
1)基础螺栓应紧固, 螺母点焊处无开裂, 销钉无窜位。
2)分瓣定子机座的组合缝间隙用0．05mm塞尺检查, 在螺栓周围不应经过。
17．水轮发电机的冷却方式有哪几种?
答: 当前, 水轮发电机主要还是采用空气冷却的方式, 即利用空气作为冷却介质, 对定、 转子绕组及定子铁芯表面进行冷却。随着单机容量的提高, 对冷却方式提出了更高的要求, 某些大容量水轮发电机采用了水冷的方式, 即定、 转子绕组直接通水冷却(双水内冷); 或者采用定子绕组直接通水冷却, 转子绕组加强空气冷却(单水内冷)的方式, 还有采用蒸发冷却的方式。关于水冷和蒸发冷却参见本书的电气部分。
18．水轮发电机的通风系统有哪几种?
答: 一个良好的通风系统, 应能产生足够的冷却风量, 均匀的冷却效果和最小的通风损耗; 结构简单、 安全可靠及安装检修方便; 有时还应满足电厂厂房的结构及利用发电机的热风供冬季厂房取暖的需要。
水轮发电机的通风系统有开启式通风、 管道式通风和具有空气冷却器的闭路循环空气冷却系统三种。
·开启式通风适用于额定容量小于1000kVA的水轮发电机;
·管道式通风系统适用于额定容量为1000—4000kVA的水轮发电机;
·大多数水轮发电机采用具有空气冷却器的闭路自循环通风系统。
19．什么是闭路自循环通风系统?
答: 水轮发电机主要采用的是封闭双路径向通风系统和双路径向、 轴向通风系统。
封闭双路径向通风系统是一种典型的通风系统, 广泛用于大、 中容量发电机。机组运行时, 空气在转子或装在磁轭两端的风扇作用下向外鼓出, 经过磁轭风沟进入磁极间隙及发电机空气间隙, 再穿过定子铁芯的风沟到达定子背部, 汇集后从定子机座通风窗口进入空气冷却器降温, 从空气冷却器中出来的冷空气经上机架支臂之间的空隙(上路)和基础风道(下路)进入转子支架, 如此往复循环。这种通风系统的主要特点是: 通风阻力较小, 通风路线不长, 散热面积较大及转子、 定子的轴向温度分布比较均匀等。
双路径向、 轴向通风系统也是一种广泛用于大、 中容量水轮发电机的系统, 经空气冷却器冷却了的空气, 依靠转子磁极的离心抽风作用和装于磁轭两端的旋桨风扇, 轴向压入空气间隙并流过定子风沟, 冷却定、 转子绕组和定子铁芯。这种系统的转子无径向风沟, 支臂无轴向风孔, 通风损耗小, 风路简单。
由于大容量低转速发电机的直径较大而铁芯较短, 转子转动时所鼓动的气流足以使定子端部得到充分冷却, 因而在转子两端可不装设风扇。发电机转子的风扇被认为是一个潜在的隐患, 因此在中、 低速大容量水轮发电机的设计中已逐渐取消风扇。
过去也曾用过单路径向通风系统与单路轴向通风系统, 现在已较少采用。
20．对水轮发电机转子有哪些基本要求?
答: 发电机转子是变换能量和传递转矩的主要部件, 由于水轮发电机的特性, 对转子的机械性能、 制造和安装质量等都有一定的要求。
(1)应有足够的刚度和强度, 在飞逸转速时不会发生有害的变形, 并在任何工况下不得失去稳定。
(2)结构合理、 紧凑, 各紧固件连接牢靠, 有良好的电磁性能。
(3)有良好的通风结构。
(4)具有水轮机调节保证计算所要求的飞轮力矩。
21．水轮发电机转子由哪几部分组成?
答: 转子一般由主轴、 转子支架、 磁轭、 磁极及集电装置等部件组成。
(1)水轮发电机主轴用于传递扭矩, 承受机组转动部分的重量和水推力产生的轴向力(卧式机组的转动部分重量则产生径向力), 以及定、 转子气隙不均匀引起的单边磁拉力和转子机械不平衡力等, 而且还要承受事故状态下的非正常力矩; 因此水轮发电机转轴应具有一定的强度和刚度。另外, 轴系的临界转速(无论是横向振动还是扭转振动)应高于或等于机组飞逸转速的1．2倍。
(2)大、 中容量水轮发电机的转子支架, 是连接磁轭和转轴成一体的中间部件。
(3)转子磁轭(也有将其称为轮缘的)是发电机磁路的组成部分, 也是固定磁极的结构部件。发电机的飞轮力矩主要由磁轭产生, 磁轭的飞轮力矩约占整个发电机转子飞轮力矩的55％～65％。
(4)小容量水轮发电机无转子支架, 转子磁轭多为整体铸造, 可用键或热套的方式与转轴连成一个整体。大、 中容量水轮发电机的转子磁轭则用扇形冲片交错叠成, 并用拉紧螺杆紧固。在磁轭的外缘加工T尾、 鸽尾槽或螺孔, 用来安装磁极。
(5)磁极是提供励磁磁场的磁感应部件, 由磁极铁芯、 磁极线圈、 上托板、 下托板、 极身绝缘、 阻尼绕组及钢垫板等零部件组成。
磁极在磁轭上的固定方式是根据发电机容量和飞逸转速时对磁极的强度要求及加工设备条件来确定的。一般采用螺钉、 T尾、 鸽尾或梳齿状结构。
(6)集电装置由集电环和电刷装置组成。集电环固定在转轴上, 经电缆或铜排与励磁绕组(磁极)连接。电刷装置则安装在上机架或励磁机架内集电装置应装设在便于观察和维护及无油雾和灰尘污染的位置。
22．水轮发电机的主轴有哪几种结构?
答: 水轮发电机转轴有一根轴结构和分段轴结构。
一根轴结构是指发电机轴不分段, 轴与轮毂(或称轮辐)之间采用过盈配合连接, 经过轴与轮毂之间的键或与轮毂的过盈配合传递扭矩。这种结构的优点是结构简单、 制造方便, 机组轴线易调整, 适用于中、 小容量水轮发电机和大容量的悬式发电机。机组安装时需要将轮毂加热膨胀后套入主轴。
分段轴结构是指在转子支架中心体的上部装有上端轴, 在转子中心体的下部装有下端轴。由于中间一段是转子支架的中心体, 没有轴, 因此又被称为”无轴结构”。有的机组还将发电机的下端轴与水轮机轴合为一根轴, 可降低机组高度, 又可保证轴的加工同心度, 减少轴线摆度, 从而提高安装和运行质量。这种结构还具有转轴便于锻造、 运输, 以及不需热套轮毂的优点。
中、 低速大容量伞式水轮发电机广泛采用分段轴结构。
转子支架中心体分别用螺栓与上端轴和下端轴连接。下端轴与转子中心体之间多采用销钉或键来传递扭矩。若采用销钉, 应在轴线调整合格后, 下端轴与转子支架中心体连成一体时同钻、 铰孔。销钉多为径向布置, 以承受较大的剪力, 销孔加工也比较方便。由于键的结构简单、 制造方便, 结构尺寸相对于销钉可取得大些, 因此, 在分段轴结构中广泛采用键来传递扭矩。一般, 在直径方向对称安置两根键(称为一字键结构)即可传递所需扭
矩。当转矩较大时, 可在两个互相垂直的直径方向上, 对称地安置四根键(十字键结构)。
小容量水轮发电机多采用整锻实心轴, 大、 中容量水轮发电机多采用整锻空心轴, 空心轴除了能减轻重量外, 还可去除锻造时在转轴中心部分残存的杂质和组织疏松等缺陷, 中心孔还可作为混流式水轮机的补气孔或轴流式水轮机操作油管的通道。
23．水轮发电机的转子支架有哪几种形式?
答: 小容量水轮发电机多采用与磁轭合为一体的转子支架, 大、 中容量的水轮发电机多采用圆盘式转子支架和组合式转子支架。
圆盘式转子支架由轮毂、 上圆盘、 下圆盘、 撑板和立筋等组焊成。圆盘式转子支架具有刚度大、 传递扭矩大及通风损耗小等优点。
组合式转子支架由中心体和支臂组成, 经过合缝板连成一体, 支臂有工字形与盒形两种结构, 大型机组多采用盒形支臂。
24．水轮发电机转子磁轭的结构怎样?如何固定?
答: 一般, 当定子铁芯外径小于3250mm时采用无支架的磁轭结构, 它由轮毂、 幅板和磁轭圈三部分组成, 能够整体铸造, 也可由铸钢磁轭圈、 轮毂与钢板组焊成; 当定子铁芯外径大于3250mm时, 采用扇形叠片磁轭的结构。
扇形叠片磁轭是由扇形磁轭冲片采用交错的方式一层一层叠装而成, 在叠装过程中以销钉定位, 层与层之间相错一定的极距。根据发电机通风系统的要求, 决定磁轭是否需要分段, 如采用径向通风, 则每段的厚度为250～500mm, 段间放置通风槽片, 以形成风沟。在磁轭上、 下端装有压板(也有用制动环代替下压板的), 最后用拉紧螺杆将磁轭压紧。磁轭经过磁轭键、 卡键和锁定板楔固定在转子支架上。
转子旋转时, 特别是机组过速时, 在磁极和磁轭离心力的作用下, 磁轭会径向胀大, 使磁轭与转子支架之间出现间隙。为防止过速时因磁轭与支架分离而产生偏心振动, 必须保证磁轭与支架同心; 因此, 磁轭的固定是非常重要的。常采用以下两种固定结构。
最常见的是径向键结构, 磁轭键是用35号或45号锻钢经热处理加工成的一对斜楔, 其斜度为1: 200。在磁轭叠装完成而且磁轭圆度等技术指标合格后, 将斜键打紧。为了保证在低于分离转速(一般为1．4倍额定转速)时, 磁轭与转子支架间仍有一定的过盈量, 打键时必须将磁轭加热, 这就是常说的热打键。现在也有不采用斜键, 而是用直键, 磁轭加热后, 在磁轭键的背后加垫, 满足过盈量的要求。
切向键结构, 打键时磁轭不需加热, 发电机在正常和过速运行时, 磁轭能够自由膨胀并与支架保持同心(该磁轭结构亦称浮动磁轭)。因此, 对其整体的要求比径向键固定的更高些。而且由于磁轭冲片间的摩擦力大于冲片的离心力, 对螺杆的强度要求较高。
为防止磁轭的轴向移动, 常见卡键将它固定, 卡键被锁定板固定, 锁定板经过磁轭拉紧螺杆固定在磁轭的上压板上。锁定板与卡键之间应有lmm的配合间隙。
立式水轮发电机广泛采用机械制动, 在磁轭下面装有制动环( 也有装设在支臂下面或支臂与磁轭之间的)。小容量水轮发电机采用整圆制动环, 大容量水轮发电机则采用分块制动环。制动环经过磁轭拉紧螺杆固定在磁轭的下面。
25．水轮发电机转子的磁极有哪几种固定方式?
答: 水轮发电机使用凸极式转子, 磁极单独制造, 挂装在磁轭的外圆上。为满足机械强度的要求和改进发电机的特性, 中容量高速水轮发电机转子, 常采用实心铁芯结构。抽水蓄能电厂的高速发电／电动机转子, 也有采用实心磁极的, 以适应频繁起动的要求。实心磁极的铁芯由整体锻钢或铸钢件制成。
多数水轮发电机转子的磁极采用叠片铁芯, 小容量水轮发电机的冲片的面积小, 铁芯短, 可采用铆钉紧固。大、 中容量水轮发电机磁极铁芯均采用在压力机上压紧后用拉紧螺杆紧固。
磁极压板一般采用35号、 45号、 20SiMn锻钢或30号、 35号铸钢。对于水内冷发电机, 因其端部漏磁引起的损耗较大, 需采用无磁性压板(如lcrl8Ni9Ti等), 以减小损耗。
大、 中容量水轮发电机的磁极线圈多采用七边形裸铜排绕制