某某发电机公司
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第一章同步发电机的工作原理我们懂得，当导线在磁场中作切割磁力运动的时候，在导线中将有感应电势产生，若将导线连成闭合回路，就有电流流通，同步发电机构的工作就是基于这个原理。不过，在实用的同步发电机中不是导线在运动，而是磁场在运动。图4-1是同步发电机的原理图。转子由四块电磁铁构成；定子由开有槽的硅钢片迭成，槽内安放有导线，每个槽中的导线按一定规律连接起来构成定子绕组。当转子励磁（在转子绕组中通以直流电），并在原动机带动下旋转，则在定子绕线中产生交变电势。下面我们研究A槽导线所示位置时，导线A中的电势方向，用右手定则判断为由外向内，用符号表达；2、当转子顺时针转过1/4圆周（一种磁极）时，A中电势的方向由内向外，用符号⊙表达；3、当转子顺时针转过圆周2/4（二个磁极）时，A中电势方向又为由外向内；4、当转子顺时针转过圆周3/4（三个磁极）时，A中的电势方向为⊙；5、当转子转过一周时，A中的电势方向与初始同样，即为。
第一节立式水轮发电机的转子一、主轴水轮发电机主轴用以传递转矩，并承受机组转运部分的重量及轴向推力。主轴应具有一定的强度和刚度，以免运行中因轴的挠度过大使气隙超过容许的偏差（对卧式水轮发电机还应考虑转子重量的影响），此外，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。主轴分一根构造和分段轴两种。一根构造，其长处是构造简朴、制造以便、机组轴线易于调整。合用于中、小容量的水轮发电机和大容量悬式发电机。在这种构造中，借助于轴与轮毂之间的键或轴与轮毂之间的过盈配合来传递转矩。中、小型水轮发电机由于其力矩较小，转轴尺寸小，加工键槽较以便等原因，因此常采用分段构造。分段轴一般由上端轴、转子支架和下端轴构成。这种构造的中间段是转子支架的中心体，没有轴，因此又称无轴构造。若厂房内起吊高程构造布置容许，下端轴可与水轮机轴合为一根轴。这样可以节省材料、缩短机组高度，又可以保证轴的加工同心度，减小轴线摆度，从而提高安装和运行质量。这种构造还具有主轴便于铸造、运送以及不需要热套轮毂等长处。小容量水轮发电机采用整锻实心轴；大、中容量水轮发电机多采用整锻空心轴；大容量水轮发电机主轴可以采用电渣焊工艺，将铸造或铸造的法兰和铸造的轴身连成整体。近来，已经有用钢板卷焊的大型薄壁轴构造。
扇形磁轭冲片用2—4.5mm厚的钢板冲成，冲片外圆有TA尾槽或鸠尾槽两种。在T尾槽（或鸠尾槽）的两侧有弹簧槽（也有无的，取决于磁极的构造），运用槽内弹簧将线圈撑紧，防止磁极线圈在发电机起动、运行和停机过程中径向串动。冲片内圆冲有键槽，以便用键楔将磁轭与支架固定。通风槽牌由一般磁轭冲片、衬口环和导风带构成。磁轭上、下压板的构造尺寸和冲片基本相似，只是压板的外径小，内径稍大，其厚度一般不不不小于20毫米，并提成数块到工地组合成一体。制动环用钢板制成，大容量水轮发电机采用分块制动环，环的厚度一般为60mm，环的宽度至少与制动块的宽度同样。对无下压板的构造，制动环的宽度尺寸应取大些。为了减小摩擦引起的热变形，在环的摩擦面上有辐向沟。此外，在相邻两扇形块之间应有4—8mm的间隙，以防止热胀引起制动环挤紧凸起。
（二）磁极构造1、磁极铁心磁极铁心有实心和迭片两种。为了满足机械强度的规定和改善发电机的特性，中容量高速水轮发电机的转子，常采用实心磁极铁心构造；抽水蓄能电站的高速发电机的转子亦有采用实心磁极铁心的，以便适应频繁起动的规定。实心磁极铁心由整体锻钢或铸钢件制成。迭片磁极铁心由冲片，磁极压板和拉紧螺杆等零件构成。一般水轮发电机的磁极铁心都采用此种。（1）磁极冲片：磁极冲片的形状，它多用1.5mm厚的薄钢板冲压而成。磁极冲牌上有T尾3（一种或二个），在极靴2上有阻尼孔1，以便安放阻尼条。冲片中一般有四个螺杆孔，以便用拉紧螺杆将铁心冲片紧固成整体。（2）磁极压板：一般采用锻钢或铸钢，压板的重要尺寸与冲片相似。（3）螺杆或铆钉：螺杆或铆钉均用A3圆钢或15号冷拉圆钢制成。螺杆两端不得凸出磁极压板表面。
2、磁极线圈（励磁线圈）磁极铁心上套装有磁极线圈，它多用扁铜线立绕而成。匝与匝之间用石棉纸板绝缘，整个磁极线圈与磁极铁心之间用云母板绝缘。线圈绕好后需经浸胶热压处理，使之形成结实的整体。3、阻尼绕组水轮发电机产生振荡时，发电机的转速、电压、电流、功率及转矩等均发生周期性的变动，严重时会导致水轮发电机与电力系统失去同步。因此，在水轮发电机的转子磁极上一般都装有阻尼绕组。它的重要作用是提高电力系统运行的稳定性，减弱过电压的影响，克制转子自由振荡，提高发电机承担不对称负荷的能力。阻尼绕组由阻尼条、阻尼环和阻尼环连接片等构成。阻尼条为裸铜条，放置在极靴的阻尼槽中，然后用银铜焊将阻尼条与阻尼环连接固紧，再用连接片接成整环。
（一）集电环水轮发电机的集电环用钢板制成，有套筒式和支架式两种。套筒式集电环是将集电环直接热套在套筒上，它合用于直径不不小于550mm的集电环；支架式集电环又分为整圆和分瓣的两种，用绝缘螺杆将集电环固定在支架上。（二）电刷装置电刷装置重要由导电环和电刷等构成。导电环采用钢板并通过绝缘螺杆固定在上机架中心体内或励磁机架上。根据电刷的数量和尺寸，导电环可做成半圆形或扇形。“正”、“负”导电环沿周向交错布置，以防碳粉引起短路。电刷的材料为电化石墨，为减少运行中电刷的维护工作量，宜采用恒压弹簧式刷盒。每个导电环上的电刷数和电缆接头数应在两个以上，不容许采用单刷和单接头，这样可以防止因电刷接触不良或接头松脱而导致机组失磁。
第二节立式水轮发电机的定子水轮发电机的定子重要由机座、铁心、绕组等重要部件构成，其经典构造如图5-14所示。一、机座机座用以固定铁心，在悬式机组中它又是支持整个机组转运部分的重要部件。机座为圆形或多边形，小容量水轮发电机的机座多采用铸铁圆形机座，或采用钢板焊接的箱形机座。大、中容量电机的机座（图5-15）用12—60mm厚的钢板制成壁、环、立筋及合缝板等零件焊接组装而成。由于运送条件的限制，机座外径超过4m时，做成分瓣的一般为二、三、四六瓣、瓣间合缝处用螺丝联接，并有径向、轴向定位销定位。伴随机座直径的不停增大，目前我国已经有采用在工地拼装焊成整体的构造。机座应具有一定的刚度，以免定子变形和振动，并应能承受发电机的短路扭矩。机座下环与基础板间有径向销，并用地脚螺栓将其固定在混泥土上；机座上环与上机架相连，机座外缘表面开有一定数量的风口，在风口处安装空气冷却器。
（二）通风槽片对于采用径向通风系统的大、中容量水轮发电机，铁心沿高度提成若干段，每段铁心冲片长度约为30-45mm。轴向通风系统，水冷电机每段铁心冲片长度可大某些。段间有通风沟，它由通风槽片构成。通风槽片由扇形片以及固定于扇形片上的通风槽钢及衬口环构成，如图5-18所示。通风槽片所用扇形片的材料为酸洗钢板，厚度一般为0.5、0.65、0.75mm通风槽钢采用A3钢热轧而成，截面为工字形，高10mm左右。通风槽钢及衬口环一般多用点焊的措施固定于扇形片上。（三）定位筋、托块、拉紧螺栓杆及齿压板冲片通过定位筋和托快固定在机座上。定位筋由方钢加工而成，呈鸠尾形，因此又称鸠尾筋。托快由钢板制成，目前多采用平板托快。拉紧螺栓杆及齿压板用以将铁心轴向压紧。
三、定子绕组（一）定子绕组型式定子绕组由许多线圈（或线棒）构成。它分为跌绕组和波绕组两种型式。1.跌绕组图5-19（a）为跌绕线圈，它是由若干根导体并联，缠绕数匝构成。为使并联导体电流分派均匀，减小附加损失，在线°进行换位。一般在定子槽内放有上、下两层线圈。线圈的两边分别嵌放在相邻两极指定槽内的上层和下层，依次跌装，并按一定规律把线圈联接起来（详见第六章）。2.波绕组波绕线（b）所示。它由多根矩形断面的导体并联构成。线圈（线棒）的直线部分要进行换位，即依次把线圈内的扁铜线进行上、中、下位置互换，一般换位节距不不不小于3cm。图5-20为直线部分换位状况。（二）定子线圈绝缘定子线圈绝缘包括股间、匝间、排间、换位、对地绝缘和防晕层等。圈式和条式高压定子线。（三）线圈的电晕、电腐蚀及其防止
2.槽部绝缘电腐蚀粉云母热弹性绝缘是热固体材料，热态不膨胀，由于电磁振动，使得下线时松动的线圈表面防晕层与槽壁接触不良，从而引起槽内间隙火花放电，至使绝缘表面形成可达1mm以上的麻坑。麻坑的位置伴随振动、接触条件的变化而常常变动，使绝缘表面受到严重腐蚀。这种腐蚀我们称为电腐蚀。电腐蚀又分为内腐蚀和外腐蚀两种。由于线圈槽部防晕层（石棉带）与主绝缘表面粘合不良而产生的电腐蚀为内腐蚀，内腐蚀将使石棉带内侧表面出现白色和黄色粉末；电腐蚀发生在防晕层外表称为外腐蚀，严重的外腐蚀可将防晕层的石棉带所有烧毁；垫条、槽楔被蚕食呈马蜂窝孔状，乃至烧光。防止电腐蚀的措施有：1、槽内喷半导体漆；2、保证线圈尺寸和槽形尺寸紧密配合；3、保证防晕层表面和槽壁有足够的稳定接触点，选择合适的防晕层电阻率；4、在设计、制造及安装方面采用措施，减小机组振动，防止线圈松动。采用半导体弹性波纹垫条、半导体适形以消除槽内间隙火花放电，防止电腐蚀。
机架从不一样的角度进度进行分类。按机架相对转子的位置可分为上机架和下机架。在转子之上，安放于定子机座上的机架称为上机架（图5-23）；转子之下，安放于定子下面基础上的机架称为下机架（图5-24）。按机架承载蛋性质可分为荷重机架和非荷重机架。放置推力轴承的机架称为荷重机架，它承受机组转运部分的所有重量及水的轴向推力。悬式水轮机的上机架（图5-23）、伞式或半伞式水轮机发电机的下机架（图5-26）均属荷重机架；非荷重机架一般只放置导轴承，重要承受转子径向机械不平衡力和因定、转子气隙不均匀而产生的磁拉力。悬式发电机的下机架（图5-24）和伞式发电机的上机架均属非荷重机架。按机架支臂构造可分为辐射型（图5-23）、井字型（图5-25）和桥型等。机架的中心体是由上、下圆板和立板等构成的圆盘形焊接构造。机架的支臂是由上、下翼板和腹板组装成的工字形或盒形截面的焊接构造。中心体与支臂用螺栓固紧，为了保证组合面的紧密度和使中心体与支臂定位良好，采用圆柱销或凸台止口定位构造。
2、弹性油槽箱支承式推力轴承弹性油箱支承式推力轴承又称液压支柱式推力轴承，如图5-29所示。弹性油箱支承式推力轴承是推力瓦下面的支柱螺钉的支持硬座改为弹性油箱支承。各油箱用油管相连并充入一定压力的油。机组运行时瓦的不均匀负荷由弹性油箱均衡，使各瓦受力均匀。这种轴承构造合用于推力负荷大的机组。弹性油箱四波纹、三波纹和单波纹构造。虽然单波纹构造的弹性较多波纹的差，但构造简朴、制造以便、节省材料，正在逐渐推广使用。图5-30为国外简介的一种弹性油箱式构造。此种构造啊下两层油槽，用油箱相连，以平衡负荷。它的长处是减小镜板尺寸和轴承损耗；弹性油箱尺寸和轴瓦面积小；便于制造；瓦的变形小。有助于没循环冷却和形成油膜等。
（三）推力轴承的重要构造部件1、推力轴瓦轴瓦为推力轴承的静止部件，一般做成扇形块。在钢坯的瓦上挂有一层轴承合金，合金厚约5mm，表面光洁度规定到达▽8，每cm有4—5个点接触。进油边刮出楔形斜坡，利于发电机起动时油膜的形成。为减小轴进油和出油区的流体阻力，一般在瓦外径的左上角和内径的右下角切去一块，见图5-32（a），其边长约为30—100mm，若切去的那部分为圆弧形或双曲线（b）则更理想。目前，液压支柱式推力轴承中。普遍采用薄型推力轴瓦构造，它将厚瓦提成薄瓦和托瓦两部分。这样有助于薄瓦的散热，减小温差并使受力均匀，可大大减少轴瓦的热变形和机械变形。近来国外已经有剖面为梯形的轴瓦，这种构造可使进入油楔的气泡减少。此外一种新构造是用绝缘材料将轴瓦的其他五个面都包起来，以减小温度梯度，防止瓦热变形。
5、推力轴承的支承构造（1）刚性支承构造：支柱螺钉装在有螺纹套筒的轴承座上。对轴承进行安装调整后，将固定螺栓拧紧，再用片固定，以防支柱螺钉在运行时松动。（2）弹性油箱支承构造：此种构造（见图5-29）重要由弹性油箱、支铁、支柱螺钉、锁定板和保护套等构成。弹性油箱内充斥润滑油，油箱之间用钢管连接，整个油压系统需牢固密封。运用油箱的轴向变形及没压传递使各瓦受力均匀。支铁放在油箱内，以减小充油量，当油箱出现漏油事故时，支铁还可以承受负荷，起保护作用。油箱外面装有保护套，使油箱不致受机械损伤。轴承的高程由油箱上部的支柱螺钉调整，调整后，用锁定板锁定，以防支柱螺钉松动。（3）平衡块支承构造：平衡块体用一般碳素钢制成，块体两个“肩部”搭接处镶有铬钢志。上、下平衡块搭接处的圆柱面的硬度和光洁度应到达一定的规定。下平衡块的下平面的中间也镶有一种圆柱的铬钢块，它与垫块接触。平衡块支承的稳定条件和支承的初平衡条件（参见图5-31）
6、绝缘垫为防止轴电流对轴瓦和镜面的腐蚀，一般在轴承座下面或推力头与镜板结合面之间装有绝缘垫板。前者起重要绝缘作用。后者仅作为安装时调整机组轴线用。近来，有些发电机的镜板与推力头之间的绝缘已取消，采用研刮推力头的措施来调整轴的摆度，这样克服了由于绝缘垫板的变形和腐蚀而引起轴摆度的变化。但在脉动的轴向力作用下，推力头与镜板之结合面仍会产生接触腐蚀，影响轴的摆度。为此，在镜板的内外缘装设圆形密封橡皮条，以防油流入。绝缘垫板以2mm厚的环氧酚醛玻璃布板为材料，作成娄块扇形板，然后拼成整圆。绝缘垫板应比轴承底座外径长出50mm，它与油槽底面也应有50mm的距离（图5—35），以此提高绝缘性能。为增大螺钉和销钉孔处的爬电距离，除用绝缘套管和绝缘圈之外，还应垫较厚的绝缘圈。
四）推力轴承的循环冷却推力轴承的循环冷却分为内循环和外循环两种。1、内循环油冷却器与推力轴承安顿在同一种油槽内（参见图5—27），依托轴承旋转部件的粘滞作用和冷热油的对流，形成循环油路。为加强循环冷却效果，在推力头的内径进油区域的旋转件上，装设轴流泵叶片（叶轮泵），参见图5-29。内循环的构造型式重要分为如下四种。1）装有立式冷却器的内循环构造油冷却器由两个半圆构成，为扇形布置（图5-36）。冷却器的高比宽敞，在其中部有径向隔油板，使油从冷却器的上半部流向下半部。冷却器的上面装有稳油板。2）装有卧式冷却器的内循环构造此种冷却器的宽比高大，截面为矩形，其高度低于轴承瓦面，如图5-27所示。3）装有抽屉式冷却器的内循环构造此种冷却器由多根同心排列的U形管构成，在油槽内呈辐射型布置并固定在油槽壁上（图5-38）。4）推力轴承与轴承合用油槽的内循环构造此种构造参见图5-27所示。
（五）推力轴承的油密封推力轴承的油密封若不严，不仅要多消耗润滑油，并且将污染绕组，损坏绝缘，影响机组的安全运行，因此一定要密封好。下面简介几种常用的油密封构造。1、油槽盖密封此种密封有迷宫密封、气封迷宫和梳齿密封等三种，见图5-41。2、阻旋装置图5-29中项1即为阻旋装置，它的作用是将润滑油和旋转件隔开，使润滑油不受旋转件粘附作用的影响，保持油面的平稳，从而到达油密封的目的。3、气囱在油槽盖上装有气囱（图5-42），其作用是使油槽与厂房大气静压连通。这不仅可以提高挡油管区的密封效果，并且还可以减少或消除漏洞。4、挡油管密封挡油管密封分为单层挡油管、双层挡油管和多层挡油管等多种型式，其构造如图5-43所示
2、按构造布置分类按构造布置的不一样可分为具有单独油槽的导轴承、与推力轴承合用一种油槽的导轴承和楔子板式导轴承。图5-46为具有单独油槽的导轴承的构造图，这种导轴承一般由滑转子（又称轴领）、轴瓦、托盘、调整螺钉、冷却器、支架、油槽等构成。一般，导轴瓦是扇形分块式的，将滑转子和轴瓦之间的间隙，从而控制轴的摆度。在转子上开有供油孔，润滑油在离心力的作用下经供油孔进入转子和轴瓦之间，以便润滑。冷却器装于油槽中，通过冷却器水管中的循环水将油冷却。与推力轴承合用一种油槽的导轴承的特点是推力兼作导轴承的滑转子，构造紧湊，但导轴瓦直径较大，瓦数较多。楔子板式导轴承的特点是用楔子板替代调整螺钉。由于取消了支柱螺钉和有关零件，使构造和制造工艺简化。
第六节制动系统和灭火系统一、制动系统额定容量为250KVA以上的立式水轮发电机应有制动装置；额定容量为1000KVA及以上的立式水轮发电机一般应用空气制动系统。制动系统由制动器（风闸）及管路系统构成。制动器安放在下机架上，一台发电机一般有8个或12个制动器。1、正常停机时制动机组在低转速下长期运行可使推力瓦与镜板之间的油膜破坏，磨损轴瓦。故当机组的转速下降至额定转速的30—40%时，应对水轮发电机转子进行持续制动。此时，将7个压力的压缩空气通入制动器，使制动器的活塞上移顶起制动块，制动块与转子制动环（抗摩板）接触，依托摩擦阻力使机组迅速制动。2、事故停机时制动当发生故障，需立即停机时，可加闸制动。
（二）制动器的型式和构造1、锁定螺母式制动器锁定螺母式制动器的构造如图5-52所示。制动器顶部是用耐摩材料制成的制动块，制动块下面有制动板，制动板与制动活塞螺钉联接，活塞放在制动器座内，它们之间一般用0型密封圈。制动器座下部有给气（给油）和吹积油孔等，它的外面有一种大螺母，其作用如下：a、在顶转子时，若制动器活塞下面的油压忽然消失，活塞在转子重量的作用下将下移，从而也许导致转子的倾斜，酿成严重事故。为保证安全，必须旋动大螺母，使其上移，顶住定位板，这样，虽然油压消失，活塞也不会下移。顶住定位板，这样虽然油压消失，活塞也不会下移。b、在一定的范围内可调整制动块的高程。在活塞和定位板之间还回有弹簧，运用它在撤去油压后，活塞易于复原。2、锁定板式制动器
其构造如图5-53。它与前一种的区别重要是制动块顶部高程的调整方式。前一种用大螺母来调整制动块顶面高程。而锁定板式构造在制动器座与定位板间加有一种可转动的锁定板，锁定板上等分着若干个方槽和棱齿，对应地在定位板下也开有同样形式的方槽和棱齿。用手柄转动锁定板，当锁定板的棱齿进入定位板的方槽时，制动块顶部处在低位；若锁定板的棱齿顶在定位板的棱齿时，制动块顶部处在高位。这种制动器的切换方式只有两种高程。与前种相比，调整高程的灵活性较差，因此采用得很少。此外，尚有缸式制动器，它有两套活塞，内活塞下部通进高压油，将使转子顶起；外径活塞下部通入压缩空气，用以制动。这种构造由于油气系统分开，排除了顶转子和制动操作上干扰。
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