水轮发电机培训演示文稿

1课程目标Objectives•掌握水轮机发电机的基本知识CommonunderstandingofTurbineandGenerator:–工作原理Howitworks;–主要部套及功能Mainunitsandtheirfunction;–部套结构Structureofunits.2中国水电资源及市场前景•中国是世界上水力资源最为丰富的国家：–理论水力资源蕴藏量为5.9万亿千瓦时，可开发水力资源为：3.97亿千瓦；•随着经济的飞速发展，中国的能源需求逐年增长：–2002年全国总装机容量为7885万千瓦；–2020年计划提高到2.7亿千瓦，占可开发水力资源的68%；3水力发电•原理：–水力发电即开发水力资源，将水能转换为转动的机械能，最终转化为电能的发电方式；•优势：–清洁无污染：不产生温室气体；–运营成本低：不需要燃料供应；–水库和大坝还能有效地预防洪灾、提供灌溉用水并改善通航条件。4水轮机的分类•水轮机分类：水轮机HydroTurbine反击式水轮机贯流式BulbTurbine冲击式PeltonTurbine轴流式KaplanTurbine25m3~80m30~700m300~1800m水头混流式FrancisTurbine*水泵水轮机PumpTurbine5水轮机的分类混流式Francis轴流式Kaplan冲击式Pelton贯流式Bulb6水轮机的分类分类：根据水流通过转轮时能量转换的方式，分为冲击式水轮与反击式水轮机冲击式水轮机：水流以速度水头的开工作用于转轮，将动能转换为旋转机械能的水轮机，转轮是在空气中工作的。反击式水轮机：水流以压力能和动能在转轮流道内被转换为机械能，转轮是全部浸没在水中的。PumpTurbine:水泵水轮机，既可作为水轮机运行又可作为水泵运行，由于两种运行工况下水轮机转动方向不同，水流方向也相反，因而又为可逆式水泵水轮机，应用于抽水蓄能电站。根据使用水头的不同，可分为混流式、斜流式、贯流式。7混流式水轮机结构FrancisStructure部套名称接力器Servomotor控制环Operatingring主轴MainShaft顶盖Headcover导叶Wicketgates座环Stayring涡壳SpiralCase尾水管Drafttube转轮Runner主轴密封Shaftseal水导轴承Guidebearing主要功能推动控制环转动，通过传动机构带动活动导叶Wicketgates转动，从而控制机组流量。与转轮相连，向发电机传递水轮机的机械能。支撑导叶轴颈、水导轴承、主轴伸出部分和控制环；具有封水作用。顶盖固定在座环Stayring上，其中心主轴伸出处安装水导轴承和主轴密封。控制流入转轮的水流量，导叶全关时应有可靠的封水性能。外圆和蜗壳相连，内圆和顶盖、底环、基础环相连。承受机组的重量、涡壳上部混凝土的重量、水轮机水推力及蜗壳内部水压力。使水轮机的进水形成一定环量并沿整个圆周均匀地输送给导水机构将水轮机转轮流出的液流排至下游；能量恢复作用。将水能直接转换为机械能，是水轮机最重要的部件。位于主轴通过顶盖部分，起防止水通过转轮侵入主轴作用。承受水轮机转动部分的径向力，保持转轮和主轴绕旋转中心转动。8混流式水轮机：发电机部分Francis:Generator部套名称集电环上导轴承上机架定子机座转子定子铁芯下机架推力轴承下导轴承主要功能固定在上端轴上，用来向转子传导励磁电流。承受发电机转动部分的径向力并传递给上机架，保持上端轴绕旋转中心转动,安装在上机架内。承受来自上导轴承、集电环罩和发电机上盖板等各方面的力，传递给电机层基础，并具有足够的刚度。固定定子铁芯；承受上机架、上导轴承和机组所有转动部分等的重量以及水轮机水推力等总和的轴向力。发电机的转动部件，用来产生旋转磁场,转换能量。是发电机磁路的主要组成部分，用来固定定子线棒承受水轮发电机组所有转动部分的重量和水轮机最大水推力。安装在下机架内，承受水轮发电机组所有转动部分的重量及水推力的部件。承受发电机转动部分的径向力，保持转子和下端轴绕旋转中心转动。9混流式水轮发电机结构FrancisStructure尾水锥管转轮导水机构蜗壳主轴推力轴承下机架转子(转子支架)定子(定子机座)上机架Powerhouse上导轴承水导轴承与主轴密封上端轴集电环、电刷10安装过程简介ErectionProcess1.尾水管安装2.基础环、座环吊装3.蜗壳挂装、焊接4.导水机构安装5.转轮、水机轴安装6.导轴承安装7.水轮机的调试11安装过程简介ErectionProcess•发电机安装6上机架安装5上端轴安装4转子安装3端轴和下机架安装2子机座与下线1基础安装12水轮发电机的主要参数•水轮机–水头：指单位重量水流通过水轮机时的能量减值，该能量减速值除去部分损耗外，在水轮机内转换成固体机械能向外输出。H(m)–流量：单位时间内通过水轮机的水流体积称为水轮机流量。Q（m3/s）–出力：是水轮机轴上向外输出的机械功率。N(千瓦)–转速：水轮机转子单位时间内旋转的次数。n（转/分）13混流式水轮机结构：进口与出口部份•功能：–进口部份•保证导水叶片进口圆周处均匀进水，使液流呈轴对称状态，提高转轮工作的稳定性；•保证液流在进入导水叶片之前形成一定的旋转(速度环量)；•水轮机主支撑。–出口部份•将水轮机转轮流出的液流排至下游；•能量恢复作用。•重要部件：–蜗壳–座环–基础环、伸缩节–尾水管（尾水锥管、尾水肘管）–排水阀（蜗壳排水阀、尾水管排水阀）14尾水管和基础环Drafttube&Foundationring•功能：使转轮出口处水流压力下降，造成一定的真空，来收回水流离开转轮时的部分动能和收回转出下游水面的那一段位能；将水流排向下游。•结构：–进口锥管：简单的直圆锥形，锥角为14~20度–尾水肘管：为连结锥管和扩散管的过渡段–出口扩散管：矩形或扁圆形断面的扩散管•材料：钢板焊接，工厂成形，分段运至工地焊接•设计：–尾水管高度h和转轮直径D1决定各部件尺寸；–肘管是关键部件：肘管内的水流处于转弯状态，形状复杂，对尾水管的回能系数影响最大。15混流式水轮机结构:导水机构Distributor•功能–形成和改变进入转轮的液流的速度环量；–按电力系统负荷的变化，调节水轮机流量和功率；–防止机组甩负荷时发送飞逸以及使水轮机停止运行。•构成–21顶盖:支承导叶臂、水导轴承、主轴伸出部分和控制环；封水。–22底环–23轴承支架–24导叶装配–25控制环装配16混流式水轮机结构:导水机构Distributor•导水机构的结构要求：–最大开度可靠，其余量不小于5%，以保证水轮机有足够的过水能力；–在关闭状态下，导叶之间及导叶与顶盖、底环之间的缝隙应尽可能的小，以保证水轮机在停机时仅有微小漏水以及当机组作调相运行时，通入转轮的压缩空气很少泄漏。–传动机构中应有保护装置（拉断销、剪断销、弹簧连杆），以使得在导水机构关闭过程中，若导叶之间卡有大块异物时，可不损坏导水机构的主要构件。–导叶轴颈、活动铰节及其它磨擦面，就能灵活运动。–导水机构的结构及其零件的公差，应保证导水机构能正确装配、调整及拆卸。17转动部分•转动部分–功能•主轴–水轮机与电机连接部件–将水轮机需旋转力矩传递到电机•转轮–将水(液体)的压力能和动能转换为旋转机械能。它是水轮机最重要的部件，直接影响水轮机效率/出力/振动。投标最主要任务就是选择合适型号转轮。•主轴空气阀–当水轮机偏离最优工况时(约40-70%额定出力)，尾水管内出现涡带，引起机组振动或负荷摆动。补气的作用就是在出现这种不稳定工况时，补入空气，借以吸收及降低旋涡强度，改善机组的运行状态。–构成•31主轴装配•32转轮装配•33主轴空气阀18转轮Runner•结构：转轮为铸焊结构，大型转轮在厂内分瓣组焊成整体转轮后再运至工地交货。–叶片整体铸造–下环用钢板卷焊或铸造–上冠铸造–泄水锥与止漏环转轮铸钢件应无空洞、凹陷、裂纹与缺陷。•材料：转轮全部采用抗汽蚀、抗磨损并具有良好焊接性能的镊铬不锈钢材料制造•连接：转轮位于基础环上方，通过法兰螺栓与主轴相连19转轮加工流程Machiningflow铆焊车间轻机车间装配车间叶片铲磨称重装配上冠及下环加工车上冠下环划线重机车间叶片加工五座标数控镗铣床铆工割周边及坡口焊接焊工退火热处理钳工16m立车精镗16m立车静平衡偏车12.5m立车铲磨铲磨20水轮机主轴Mainshaft•结构：–中空结构，外法兰形式，利用中心孔补气；–主轴套：主轴贯穿过顶盖上的主轴密封的地方有轴套，该轴套应该用耐腐蚀和磨损的不锈钢制造，经精确加工和抛光牢固地连接到轴上•材料：–主轴采用经热处理的20SiMn钢或30、40、45号碳素钢整锻或锻焊精加工制成。•连接：–用高强度连轴螺栓与发电机下端轴连接，下与转轮连接•安装：–与转轮连接后整体吊入机坑，后安装顶盖等导水机构剩余部件。21水导轴承Guidebearing•作用：承受水轮机转动部分的径向力，保持转轮和主轴绕旋转中心转动。•分类：水润滑橡胶导轴承和稀油润滑导轴承。•位置：水导轴承固定在顶盖上（控制环内），其下部安装主轴密封。•分块瓦导轴承导轴承结构：（黄龙滩项目）–轴承箱：具有足够的刚度的支承元件，能承受机组运行的最大侧向力并将负荷传至水轮机顶盖上。配有密封支架以防止尘埃或杂物进入轴承。轴承箱盖上配有接触式密封以防止油向轴上爬油。–轴瓦表面浇铸有巴氏合金，并牢固地附在瓦基上。轴瓦必须进行全面的超声波检查以确信巴氏合金与瓦基牢固而且全面地结合。巴氏合金与主轴套之间的油膜用以承载径向力。22主轴密封Shaftseal•位置：在导轴承下方，主轴通过顶盖的部位设置工作密封，能在不拆卸主轴、水轮机导轴承、导水机构和管路系统的情况下进行检查、调整和更换密封元件。•主轴密封结构：–主轴工作密封：工作密封元件必须是耐腐蚀材料。密封应采用水润滑和水冷却。工作密封用的压板、螺栓、螺母等均应采用不锈钢材料。并且工作密封应是自补偿型，在整个使用期间，对磨损可以进行自动调整。–主轴检修密封：机组停机时，为防止水进入顶盖，在工作密封下方设置采用压缩空气充气的空气围带。23接力器装配Servomotor功能：推动控制环转动，通过传动机构带动活动导叶转动，从而控制机组流量。原理：由调速器主配压阀控制的压力油进入接力器的油缸推动接力器活塞。接力器安装：在水轮机层浇注混凝土时，于机坑里衬的上游方向预埋接力器机座。连接：通过推拉杆与控制环相连。24调速器GovernmentSystem•定义：调节水轮机的转速和出力的自动装制。•调节对象：通过调整导叶开度控制进入转轮的水流量。•指令来源：接受电站控制系统的指令。•分类：单调节调速器、双调节调速器。•结构：电气柜、油箱、油泵25水轮机结构的三条主线：•水能向机械能的转换过程–涡壳－座环－转轮－主轴－电机轴•水轮机出力的控制过程–控制系统－调速器－接力器－控制环－制动装置－活动导叶•水轮机机组的支撑、密封过程？–支撑：•轴向力（重力）：顶盖－底环－座环－基础环－水机层基础•径向力：涡壳－座环；转轮－主轴－水导轴承－顶盖–密封：•导叶－底环－顶盖；•转轮－主轴－主轴密封。26水轮发电机的分类•水轮发电机分类立式水轮发电机卧式水轮发电机混流式轴流式贯流式冲击式悬式水轮发电机伞式/半伞式水轮发电机27混流式水轮机：发电机部分Francis:Generator推力轴承下机架下导轴承转子定子下端轴上端轴上导轴承集电环上机架28发电机重要参数KeyparameterofGenerator•额定容量SN(kV.A)•额定电压UN(kV)•额定转速nN(r/min)•摆度•振动•温升29发电机结构•10定子装配StatorAssembly–11定子机座StatorFrame–12定子铁芯MagneticCoreLamination–13定子冲片StatorLamination–14定子铜环引线StatorParallelRingconnection–15定子线