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汽轮机发电机组就是将汽轮机获得的机械能再次通过带动发电机的转子旋转转化为电能,所以汽轮发电机是指用汽轮机驱动的发电机。慎德公司精通汽轮机发电机组原理和汽轮机发电机结构图,生产的小型汽轮机发电机组完全符合发电机并网的条件。

     

  汽轮机发电机组原理
  汽轮发电机是由汽轮机作原动机拖动转子旋转,利用电磁感应原理把机械能转换成电能的发电设备。发电机转子绕组内通入直流电流后,便建立转子磁场,这个磁场称主磁场,它随着汽轮发电机转子旋转。其磁通自转子的一个磁极出来,经过空气隙、定子铁芯、空气隙,再进入转子另一个相邻磁极,从而构成主磁通回路。由于发电机转子随着汽轮机转动,发电机磁极旋转一周,主磁极的磁力线被装在定子铁芯内的u、v、w三相绕组(导线)依次切割,根据电磁感应定律,在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势。
     

  假设汽轮发电机转子具有一对磁极(即一个N极、一个S极),当汽轮发电机转子与汽轮机转子同轴高速旋转时,如汽轮机以3000转/分旋转时,这样发电机转子以50周/秒的恒速旋转,磁极极性也要变化50次,那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次,同时在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势,即频率为50赫兹的三相交变电动势。这时若将发电机定子三相绕组末端(即中性点)连在一起接地,而将发电机定子三相绕组的首端引出线与用电设备连接,就会有电流流过,这个过程即为汽轮机转子输入的机械能转换为电能的过程

 

  汽轮机发电机结构图
  汽轮机发电机在本体上主要由定子和转子两大部分组成,在附属系统上主要有励磁系统、冷却系统、密封油系统和氢气系统,如图:
     


  定子

  汽轮发电机的定子如下图2所示,由定子铁芯、定子绕组、机座等部件组成。
    

  1、定子铁芯。定子铁芯是构成磁路并固定定子绕组的重要部件,通常由0.5mm或3.5mm厚、导磁性能良好的冷轧硅钢片叠压而成。大型汽轮发电机的定子铁芯尺寸很大,硅钢片冲成扇形,再用多片拼装成圆形。

  2、定子绕组。定子绕组嵌放在定子铁芯内圆的定子槽中,分三相布置,互成120°角度,以保证转子旋转时在三相定子绕组中产生互成120°相位差的电动势。每个槽内放有上下两组绝缘导体(亦称线棒),每个线棒分为直线部分(置于铁芯槽内)和两个端接部分。直线部分是切割磁力线并产生感应电动势的导体有效边,线棒端接部分则起到连接作用,把相关线棒按照一定的规律连接起来,构成发电机的定子三相绕组。中、小型汽轮发电机的定子线棒均为实心线棒,而大型汽轮发电机由于散热的需要,多采用内部冷却的线棒,譬如由若干实心线棒和可通水的空心线棒并联组成。
  3、机座及端盖。机座的作用是支撑和固定发电机定子铁芯。机座一般用钢板焊接而成,必须有足够的强度和刚度,并能满足通风散热的要求。端盖的作用是将发电机本体的两端封盖起来,并与机座、定子铁芯和转子一起构成发电机内部完整的通风系统。


  转子

  汽轮发电机的转子如下图所示,主要由转子铁芯、励磁绕组(转子绕组)、护环和风扇等组成,是汽轮发电机最重要的部件之一。由于汽轮发电机转速高,转子受的离心力很大,所以转子都呈细长形,且制成隐极式的,以便更好地固定励磁绕组。
    

  1、转子铁芯。发电机转子本体采用高强度、导磁性能良好的合金钢加工而成。沿转子本体表面轴向铣出用于放置励磁绕组的凹槽。槽的排列方式一般为辐射式,槽与槽之间的部分为齿,俗称小齿。未加工的部分通称大齿,大齿作为磁极的极身,是主磁通必经之路。
  2、励磁绕组。励磁绕组为若干个线圈组成的同心式绕组,线圈则用矩形扁铜线绕制而成。励磁绕组放在槽内后,绕组的直线部分用槽楔压紧,端部径向固定采用护环,轴向固定采用云母块和中心环。励磁绕组的引出线经导电杆连接到集电环上,再经过电刷引出。
  3、护环和中心环。汽轮发电机转速很高,励磁绕组端部承受很大的离心力,所以要用护环和中心环来紧固。护环把励磁绕组端部套紧,使绕组端部不发生径向位移和变形;中心环用以支持护环,并防止端部的轴向移动。
  4、集电环。集电环分为正、负两个集电环,由坚硬耐磨的合金锻钢制成,装于发电机转子的励磁端外侧。正、负两个集电环分别通过引线接到励磁绕组的两端,并借电刷装置引至发电机励磁系统上。
  5、风扇。风扇装于发电机转子的两端,用以加快气体在定子铁芯和转子部分的循环,提高冷却效果。

 

  冷却系统
    
  发电机运行时,其内部产生的各种损耗会转化为热能,引起发电机发热。尤其是大型汽轮发电机,因其结构细长,中部热量不易散发,发热问题更显得严重。如果发电机温度过高,会直接影响绝缘的使用寿命,因此冷却对于大型汽轮发电机是非常重要的问题。


  励磁系统:
      

  随着汽轮发电机可以做到的容量不断增大,为其提供直流励磁电流(在较大型机组中达1000A或更高)也越来越困难。一种常用的励磁电源是与发电机同轴驱动的直流发电机,其输出通过电刷和滑环向交流发电机的励磁绕组提供励磁。另外,也可以用传统的同轴驱动交流发电机作为主励磁机来给主发电机提供励磁。该励磁机具有静止的电枢和旋转的励磁绕组,其频率可能是180Hz或者240Hz,其输出送到一个静止的固态整流器,整流器的输出通过(电刷和)滑环给汽轮发电机提供励磁。
  励磁系统的主要作用是:
  1、发电机正常运转时,按主机负荷情况供给和自动调节励磁电流,以维持一定的端电压和无功功率的输出。
  2、发电机并列运行时,使无功功率分配合理。
  3、当系统发生突然短路故障时,能对发电机进行强励,以提高系统运行的稳定性。短路故障切除后,使电压迅速恢复正常。
  4、当发电机负荷突减时,能进行强行减磁,以防止电压过分升高。
  5、发电机发生内部故障,如匝间短路或转子发生两点接地故障时,能够对发电机自动减磁或灭磁。


  慎德公司小型汽轮机发电机组:
     
  慎德公司小型汽轮机发电机组采用先进的制造工艺技术,特别是转子超速采用高速动平衡机,使转子的平衡精度大大提高,振动值减小,从而使汽轮发电机运行可用系数提高,机组寿命可达到35-40年。

2019年01月07日

汽轮机本体结构详解图
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