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第5讲水轮发电机的安装本章内容水轮发电机组安装与检修概述发电机转子组装发电机定子组装下机架及推力轴承组装发电机定子安装发电机主轴及下机架安装发电机转子安装上机架组装及安装发电机总装及盘车调整第一节概述水轮发电机组的型式按布置方式分：可分为卧式和立式两种。卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机。一般低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞式两种。推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适用于转速在100r/min以上。推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上导的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适用于转速在150r/min以下。按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种。世界最大的空冷发电机组龙滩机组最核心技术之一是空气冷却技术水轮发电机的主要作用将水轮机旋转的机械能最终转换成电能，其结构与性能的好坏对电站的安全、稳定、高效运行起着致关重要的作用。水轮发电机组成主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等部件组成。三峡水轮发电机组水轮发电机的特点凸极式转子，极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为1～2mm的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。磁极与磁极轭部采用T形或鸽尾形连接。水轮发电机定子结构水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三相绕组线圈等组成。铁芯固定在机座上。三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内。发电机定子机座、铁芯和三相绕组统一体统称为发电机的定子，也称为电枢。立轴水轮发电机定子结构机座铁心线圈机座定子机座一般呈圆形，小容量水轮发电机多数采用铸铁整圆机座，也有采用钢板焊接的箱形结构；容量较大的水轮发电机的机座由钢板制成的壁、环、立筋及合缝板等零件焊接组装而成。机座应有足够的刚度，同时还应能适应铁心的热变形。铁芯定子铁芯是定子的一个重要部件，由扇形冲片、通风槽片、定位筋、齿压板，拉紧螺杆及固定片等零部件装压而成。定子铁芯的作用是：作为磁路的主要组成部分，为发电机提供磁阻很小的磁路，以通过发电机所需要的磁通，并用以固定绕组。绕组三相绕组由绝缘导线绕制而成，均匀地分布于铁芯内圆齿槽中。三相绕组接成Y形，它的作用是当转子磁极旋转时，定子绕组切割磁力线而感应出电势。三峡定子机座焊接三峡右岸电站定子机座组装三峡定子叠片忙三峡右岸电站最后一台定子叠片加固水轮发电机转子结构水轮发电机的转子是转换能量和传递转矩的主要部件，一般由主轴、转子支架、磁轭、磁极等部件组成。立轴水轮发电机转子结构凸极式转子采用同步凸极式发电机，由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，发电机的极数就比较多，做成凸极式结构工艺上较简单。凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈。当励磁线圈中通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替为N极和S极。凸极式转子主轴主轴的作用是用来传递扭矩，应具有一定的强度和刚度。主轴一般由35号、40号、45号或20SiMn等钢整锻而成。小容量水轮发电机一般采用整锻实心轴，也有的采用无缝钢管作为轴；大、中型容量的发电机采用整锻空心轴。磁极磁极是提供励磁磁场的磁感应部件，由磁极铁芯，线圈，上、下托板，极身绝缘，阻尼绕组及钢垫板等零部件组成。磁极铁芯分实心和叠片两种结构。中、小容量高转速水轮发电机的转子，常采用实心磁极结构，整体锻造或铸造而成。转速大于或等于750r／min的小型水轮发电机，常采用磁极铁芯连同转子的磁轭与主轴整体锻造加工。磁极固定方式通常采用螺钉、T尾和鸽尾结构。磁轭与转子支架磁轭的作用是构成磁路并固定磁极。转子支架的作用是固定磁轭。对于定子铁芯外径小于325cm的中小容量的水轮发电机，磁轭可用铸钢或整圆的厚钢板制造，不需要专门的转子支架。对于定子铁芯外径较大的水轮发电机，磁轭通过转子支架和主轴连成一体。磁轭的外缘加工有T尾、鹇尾槽或螺孔，用以固定磁极。机架机架是立轴水轮发电机安置推力轴承、导轴承、制动器及水轮机受油器的支撑部件，是水轮发电机较为重要的结构件。机架由中心体和支臂组成，一般采用钢板焊接结构，中心体为圆盘形式，支臂大多为工字梁形式。机架按其所处的位置分为上、下机架，按承载性质分为负荷机架和非负荷机架。推力轴承推力轴承的组成和作用推力轴承是应用液体润滑承载原理的机械结构部件，主要由轴承座及支承、轴瓦、镜板、推力头、油槽及冷却装置等部件组成。其主要作用是承受立轴水轮发电机组转动部分全部重量及水推力等负荷，并将这些负荷传给负荷机架。推力轴承的分类推力轴承支承结构方式主要有弹性垫支承式、刚性抗重螺栓支承式、弹性油箱支承和平衡块支承式四种。弹性垫支承式只用于小容量的立轴发电机；弹性油箱支承和平衡块支承式用于大中型发电机；中小型水轮发电机的推力轴承一般采用刚性抗重螺栓支承方式。刚性支柱螺钉支承方式的推力轴承刚性抗重螺栓支承方式的推力轴承结构如图：1—上机架；2—冷却器；3—气窗；4—导轴承装配；5—密封盖；6—卡环；7—推力头；8—隔油板；9—镜板；10—挡油管；11—主轴；12—轴承座；13—抗重螺栓；14—托盘；15—推力瓦；16—绝缘垫抗重螺栓推力瓦由头部为球面的抗重螺栓支承，抗重螺栓垂直拧入装有螺纹套筒的轴承座上。调整抗重螺栓的高度，可使瓦块保持在同一水平面上，使瓦块受力均匀。推力瓦推力瓦是推力轴承中的关键部件，它是整个机组转动部分和固定部分的摩擦面，并且承受整个机组转动部分的重量和轴向水推力。推力瓦一般做成扇形块，中小型水轮发电机推力轴承的推力瓦数多为6块～8块。常用的推力瓦有巴式合金推力瓦和弹性金属氟塑料瓦两种。镜板镜板是将推力负荷传递到推力瓦上的部件，技术要求高。要求镜板保证其平面度和水平度，一般为0.02mm／m。镜板多采用45号锻钢，应有足够的刚度。推力头推力头是承受并传递机组轴向负荷及扭矩的部件。多数用平键和卡环固定在主轴上，也有采用热套方法固定于主轴上的。推力头应有足够的刚度和强度，以承受机组轴向推力产生的弯矩作用，不致产生有害的变形和损坏。镜板表面的加工托盘托盘的作用是减小轴瓦的变形。另外，托盘的轴向柔度在运行中有一定的均衡负荷作用。其材质应选用能承受较大弯曲应力的高强度材料。绝缘垫通常在轴承座下面或推力头与镜板结合面之间装设绝缘垫，切断轴电流回路，保护轴瓦工作面，并起到绝缘和调整轴线的双重作用。油的循环冷却轴承的油循环冷却方式有内循环和外循环两种。中小型水轮发电机轴承的油循环冷却方式一般为内循环。弹性垫支承氏的推力轴承轴承瓦由弹性垫支承。依靠垫的弹性变形吸收瓦的不均匀负荷，并使瓦倾斜形成动压承载油楔。弹性垫支承氏推力轴承示意图1—螺钉；2—调整垫，3—镜板；4—弹性垫；5—绝缘垫；6—机架；7—轴承座；8—推力瓦；9—挡油管；l0—主轴；11—推力头导轴承结构1—轴承座；2—密封罩；3—滑转子；4—主轴；5—导轴承瓦；6—套筒；7—支柱螺钉；8—冷却器导轴承导轴承是用来承受水轮发电机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，并约束轴线径向位移和防止轴的摆动，使机组轴线在规定数值范围内旋转的结构。第二节一般安装程序水轮发电机组的安装程序随土建进度，机组型式，设备情况及场地布置的不同有所不同，但基本原则是一致的。一般施工组织中，应尽量考虑到跟土建及水轮机安装进程的平行交叉作业，充分利用现有场地及施工设备进行大件预组装，然后把已组装好的大件按顺序分别吊入机坑进行正式安装，从而加快施工进度。下面介绍半伞式水轮发电机的一般安装程序：定子组装定子机座组装及焊接：①定子机座进场；②定子机座焊缝坡口打磨、探伤；③定子分瓣机座组圆、调整；④定子机座焊接；⑤定子机座焊后消缺、探伤；⑥连接环调整；⑦连接环焊接。定位筋及下压板安装①基准定位筋安装、调整；②14大等分定位筋安装、调整；③定子机座下环板钻孔；④小等分定位筋安装、调整；⑤定位筋托块焊接；⑥定位筋托块焊后消缺、探伤；⑦下压板预装；⑧下压板送外加工；⑨下压板焊接。铁芯叠装①第一次叠压；②第二次叠压；③第三次叠压；④第四次叠压；⑤第五次叠压；⑥第六次叠压；⑦最终叠压。定子吊装调整磁化试验定子组装转子组装转子支架组装及焊接①转子中心体、支臂进场；②转子支架焊缝坡口打磨、探伤；③转子支臂挂装、调整；④转子支架焊接；⑤转子支架焊后消缺、探伤；⑥转子支架移位至安II。转子磁轭叠装①转子键槽板挂装；②转子磁轭第一次压紧；③转子磁轭第二次压紧；④转子磁轭第三次压紧；⑤转子磁轭第四次压紧；⑥转子磁轭第五次压紧；⑦转子磁轭最终压紧；⑧转子键槽板焊接；⑨转子磁轭热套；⑩制动闸板安装。磁极及引线安装（1）转子磁极挂装；（2）转子磁极连接。下机架下机架组装及安装（1）下机架中心体、支臂进场；（2）下机架焊缝坡口打磨、探伤；（3）下机架支臂挂装、调整；（4）下机架焊接；（5）下机架焊后消缺、探伤。下机架预装推力轴承及附件安装（1）油冷器及油、水管路安装；（2）推力轴承清扫、安装；（3）高压油预起系统安装。下机架吊装调整推力轴承受力调整主轴水/发大轴机坑外连轴；水/发大轴镗孔；水/发大轴吊装上机架上机架中心体、支臂进场；上机架焊缝坡口打磨、探伤；上机架支臂挂装、调整；上机架焊接；上机架焊后消缺、探伤总装及轴线调整1．转子吊装；2．转子/发电机轴镗孔；3．上机架吊装；4．上端轴吊装；5．集电环安装；6．轴线调整；7．无水调试；8．机组充水；9．有水调试72小时试运行移交第三节发电机转子组装转子组装工艺流程转子组装中的几个重要步骤磁轭铁片清洗分类保证磁轭片间的密实性和对称重量的平衡。磁轭基础的形成在磁轭基础各个指标通过验收后，保留下压板调整时所叠装的磁轭冲片，继续叠片，形成磁轭基础。磁轭叠装磁轭由上、下压板，磁轭冲片、压紧螺栓等部件组成。磁轭为整段结构，由磁轭冲片以正10层、反10层螺旋方式叠装而成。磁轭压紧键槽板定位焊接在转子支架腹板缺口处用液压千斤顶将键槽板朝磁轭顶靠；在转子支架腹板与键槽板之间均匀加入垫片塞实间隙。拆除液压千斤顶，采用相同方法对称顶紧其余键槽板。键槽板完全定位后检测磁轭各部尺寸，焊接键槽板。轮毂烧嵌（磁轭热套）--把轮毂轴孔加热胀大后，热套发电机主轴。在磁轭叠装压紧工作完成并验收以后，对键槽板进行调整、固定、焊接。然后布置热电耦、加热蓬和加热器对转子磁轭进行加温热套。加温时间大约需要3天。待胀量达到要求，所有的垫片同时插入键槽板与磁轭键之间后，慢慢降低磁轭温度至室温，降温时间也需要3天。磁极挂装第三节发电机定子组装定子的组装采用两种方式：①直径超过4米的中小型发电机定子需分瓣制造（包括机座、铁芯和绕组），运往工地后再将分瓣的定子组装成整体；②大型机组的定子的装配工作全部在工地完成，即先将分瓣的定子机座组焊成整圆，然后进行定子铁芯叠片，再进行定子绕组下线与连接。定子组装的准备工作（以机坑内组装为例）定子组装平台安装可在机坑内组装，也可在机坑外组装（再整体吊装）。在机坑内组装时，必须安装组装平台。定子测圆架安装将定子测圆架吊入机坑内，按图纸将其组合成整体，测圆架的底座与组装平台初步固定。基础检查和水平板埋设检查清理机坑，对定子组装机坑进行高程和X、Y轴线的放点，并在混凝土面上标出调平板安装位置、机座分缝线。定子螺栓拉伸试验试验目的为了确定定子基础螺栓和地脚螺栓最终紧固压力值，在正式安装时按此压力对螺栓进行紧固。定子机座组装与焊接机座结构定子机座外径主要由环板、立筋和机座外壳焊接而成。机座组装在定子支腿上安装基础板，在组合面之间装5mm的垫片，并稍稍润滑垫片表面，安装定位销、双头螺栓、螺帽，然后按试验压力对称拧紧组合螺栓，并在基础