高职高专《电力生产概论(第三版)》课件水电篇 第9章 水轮发电机组

水轮发电机（一）
❖ 水轮发电机备等构成。
❖ 发电机工作的基本原理：定子中嵌有线圈，转子周围装 有磁极。当转子在水轮机带动下旋转时，其磁极产生的 磁力线切割定子线圈就会感应生成电流。水轮发电机的 转速比汽轮发电机小许多,一般为125 r/min。
❖ 水轮发电机的类型：按照水轮发电机主轴布置的方式分 类，有立式水轮发电机和卧式水轮发电机。立式布置的 水轮发电机根据推力轴承的位置不同又分为悬吊式和伞 式两大类。
水轮发电机（二）
❖ 水轮发电机的部件和作用： （1）定子：由机座、铁芯、线圈等组成。 （2）转子是产生旋转磁场的部件，由磁极、磁轭、轮臂、轮毂、 主轴等构成。 （3）机架是安装发电机轴承的部件，分为承重机架和非承重机 架。 （4）推力轴承：借助推力轴承可以把机组转动部分悬吊起(立式 悬吊式)或托起(伞式)。 （5）冷却系统：大、中型水轮发电机采用密闭自循环空气冷却， 巨型机组运行时发热量大，需要提高冷却效果，常采用水内冷直 接冷却铁芯和线圈。
电力生产概论
水轮发电机组
一
水轮机
二
水轮发电机
三
水轮发电机组调节
水 轮 机（一）
❖ 水轮发电机组是把水能转变成电能的机械，由水轮机和 发电机组成。水流流过水轮机时，把能量转变成水轮机 转动的机械能，通过水轮机主轴传给与之联接的发电机 主轴带动了发电机转动而发出电能。
❖ 水轮机是把水流的能量转变成旋转机械能的机器。 ❖ 水轮机的类型：主要有两大类，一类是利用水流的动能
和势能工作，称为反击式水轮机，另一类是只利用水流 的动能工作，称为冲击式水轮机。根据水流在转轮中流 动的方向不同，反击式和冲击式水轮机又可以分成混流 式、轴流式和水斗式三种。
水 轮 机（二）

水轮发电机
发电机结构 形式： 按布置方式的不同水轮发电机可分卧式和立式两种。 按推力轴承位置的不同来分,立式发电机又分为悬式和伞式
两种。 推力轴承位于装置上方的发电机称为悬式发电机，它适用
于转速在100r/min以上。其优点是推力轴承耗损小，装配方 便，运转较稳定；缺点是机组高度较大，消费钢材较多。
部件。在运行中要承受扭矩、重力、离心
力等的综合作用。大型水轮发电机的转子 支架有组合式（辐射型）和圆盘式两种。
主轴是用来传递转矩，并承受转动部分的轴向 力，通常用高强度钢整体锻成，或由铸造的法 兰与锻造的轴筒拼焊而成；
轮毂是主轴与轮臂之间的连接件；轮臂是用来 固定磁轭并传递扭矩的，大、中型机组的轮臂 一般为焊接结构；
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
一条边放在某一槽的上层，另一条边则放在相隔一个 线圈节距的下层，整个绕组的线圈数恰好等于槽数。
双层绕组的主要优点为: 1）可以选择最有利的节 距。并同时采用分布绕组，来改善电动势和磁动势的 波形；2）所有线圈具有同样的尺寸，便于制造； 3） 端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。分 叠绕组和波绕组。 叠绕组 ： 绕组嵌线时，相邻的两个串联线圈中。后一
磁轭的主要作用是产生转动惯量和挂装磁极， 同时也是磁路的一部分，直径小于4m的磁轭可 用铸钢或整圆的厚钢板组成，大于4m时则由3～ 5mm的钢板冲片叠成一整圆，用键固定在轮臂 外端；
（二）转子结构
发电机转子由主轴、轮毂、磁轭、端压板、风扇、 磁极、制动闸板等组成，

节），H、N变化时，水轮机具有较高的效率。
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2. 转轮构造
➢ 轴流式水轮机除转轮外，其它部件与混流式相似 ➢ 组成：叶片、轮毂、主轴、泄水锥、转动机构
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2. 转轮构造
➢ 叶片 ：表面为曲面，断面为翼形，根部厚，边缘薄，以承受水流作用的抟矩。 ➢ 叶片数目：与H大小有关，一般为4~8片； ➢ 叶片转角Φ：最优工况时Φ=0°，Φ>0，叶片开始启动，Φ<0向关闭方向转动。
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• 当水头较低而机组容量又较大时，若水轮机与发电机的主轴直接联接，则发电机将 因转速较低而直径较大，这会导致灯泡体尺寸过大而使流道水力损失增加。为此常 在水轮机与发电机之间设置齿轮增速传动机构，使发电机转速比水轮机转速大310倍，从而缩小发电机尺寸，减小灯泡体尺寸，改善流道的过流条件。但这种增 速机构结构复杂，加工工艺要求较高，传动效率一般较低，因此目前仅应用于小型 贯流式机组。
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混流式水轮机转轮
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转轮的组成
• 在法兰盘四周开有几个减压孔，以便将经过上冠外缘渗入冠体上侧的积水排入尾 水管。
• 大型机组在与上冠连接的主轴端常装有补气装置，以便向泄水锥下侧的水流低压 区补气。
• 泄水锥的作用是引导径向水流平顺地过渡成轴向流动，以消除径向水流的撞击及 漩涡。
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1. 混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。 ➢ 适用范围：H=30-450 m , 最高水头已接近700米，单机容量：几万kW-几
十万kW ➢ 特点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。 ➢ 三峡水电站即采用了这种水轮机，单机容量70万kW。是世界上单机容量最

2.1水轮机类型和型号
水轮机类型
• 水轮机是将水能转换为机械能的水力机械，利用水能机带
•
动发电机将旋转机械能变为电能的设备，称为水能发电机 组。按水流能量转换特征，可将水轮机分为：反击式和冲 击式。 （1）反击式水轮机利用水的压能型式为主，动能型式为 辅，通过转轮转换为机械能，转轮中的水流具有压力且充 满流道。反击式水轮机按水流流经转轮的方向不同，又分 为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种类型。 ①混流式水轮机。水流流经转轮时是辐向流进而轴向流 出。其结构简单，运行可靠，效率较高，是现代应用最广 泛的水轮机。适用水头范围一般为20～450米，目前最高 已达800米。 ②轴流式水轮机。水流流经转轮时是轴向流进而又轴向 流出。按其叶片在运行时能否转动又分为定浆式和转浆式 两种。
–水轮机型号
– 水轮机的型号由三部分组成，第一部分之间用短横线 隔开。第一部分由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成， 前者表示水轮机型式，后者表示转轮型号（入型谱者 采用该转轮的比转速作为代号）。第二部分由两个汉 语拼音字母组成，前一字母表示主轴装置方式，后一 个表示引水室特征。第三部分是以厘米为单位的转轮 标称直径D1。对冲击式水轮机，第三部分表示为：水 轮机转轮标称直径/（作用在每一个转轮上的喷嘴数× 射流直径）。 – 各种类型水轮机转轮的标称直径D1规定如下： – ①混流式水轮机是指转轮叶片进口边的最大直径。 – ②轴流式水轮机是指转轮室的最大内径。 – ③斜流式水轮机是指与转轮叶片轴线相交处的转轮室 内径。 – ④冲击式水轮机是指转轮与射流中心线相切处的节圆 直径。 – 各型水轮机第一、二部分的代表符号见下表：
• 各型水轮机第一、二部分的代表符号
水轮机型式 主轴装置方式
立轴L 卧轴W 斜轴X
引水室特征