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汽轮发电机

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  • 发布时间:2015/11/24 16:28:01
  • 作者:银河电气
定义
汽轮发电机是指由汽轮机作为原动机拖动转子旋转,将高温蒸汽的热能转换成机械能并最终转换成电能的装置。
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汽轮发电机原理

火力发电系统示意图

图示:火力发电系统示意图

  按照电磁感应定律,导线切割磁力线感应出电动势,这是发电机的基本工作原理。

  由锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机内膨胀做功,使叶片带动发电机转子随着转动。发电机转子绕组内通入直流电流后,便建立一个磁场,这个磁场称主磁极,它随着汽轮发电机转子旋转。其磁通自转子的一个极出来,经过空气隙、定子铁芯、空气隙、进入转子另一个极构成回路。根据电磁感应定律,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,在定子绕组内感应的电动势正好变化一次,亦即感应电动势每秒钟变化的次数,恰好等于磁极每秒钟的旋转次数。

  汽轮发电机转子具有一对磁极(即1个N极、一个S极),转子旋转一周,定子绕组中的感应电动势正好交变一次(假如发电机转子为P对磁极时,转子旋转一周,定子绕组中感应电动势交变P次)。当汽轮机以每分钟3000转旋转时,发电机转子每秒钟要旋转50周,磁极也要变化50次,那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次,这样发电机转子以每秒钟50周的恒速旋转,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50Hz的三相交变电动势。这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端(即中性点)连在一起。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。

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汽轮发电机分类

  按结构分,有单级汽轮机和多级汽轮机;各级装在一个汽缸内的单缸汽轮机,和各级分装在几个汽缸内的多缸汽轮机;各级装在一根轴上的单轴汽轮机,和各级装在两根平行轴上的双轴汽轮机等。

  按工作原理分,有蒸汽的主要在各级喷嘴(或静叶)中单独膨胀的冲动式汽轮机;蒸汽在静叶和动叶中同时膨胀的反动式汽轮机;以及蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能在几列动叶上加以利用的速度级汽轮机。

  按热力特性分,有为凝汽式、供热式、背压式、抽汽式和饱和蒸汽汽轮机等类型。凝汽式汽轮机排出的蒸汽流入凝汽器,排汽压力低于大气压力,因此具有良好的热力性能,是最为常用的一种汽轮机;供热式汽轮机既提供动力驱动发电机或其他机械,又提供生产或生活用热,具有较高的热能利用率;背压式汽轮机的排汽压力大于大气压力的汽轮机;抽汽式汽轮机是能从中间级抽出蒸汽供热的汽轮机;饱和蒸汽轮机是以饱和状态的蒸汽作为新蒸汽的汽轮机。

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汽轮发电机结构

  汽轮发电机是由蒸汽轮机或燃气轮机推动的发电机。发电机主要由转子与定子组成,由于汽轮机的转速很高,故汽轮发电机的转子是两极的,额定转速每分钟3000转,输出50Hz的三相交流电

  为监视发电机定子绕组、铁芯、轴承及冷却器等各重要部位的运行温度,在这些部位埋置了多只测温元件,通过导线连接到温度巡检装置,在运行中进行监控,并通过微机进行显示和打印。

  在发电机本体醒目的位置装设有铭牌,标出发电机的主要技术参数,作为发电机运行的技术指标。

01汽轮发电机定子

  发电机的定子由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖及轴承等部件组成。

  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0.35mm厚,导磁性能良好的冷轧硅钢片叠装而成。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°电角度,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有效边,端接部分起连接作用,把各线棒按一定的规律连接起来,构成发电机的定子绕组。中、小型发电机的定子线棒均为实心线棒。大型发电机由于散热的需要,采用内部冷却的线棒,即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。机座一般用钢板焊接而成,应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电机内部完整的通风系统。

02汽轮发电机转子

  发电机的转子主要由转子铁芯、励磁绕组(转子线圈)、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,转子受到离心力很大,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机组。

  1. 转子铁芯

  发电机转子采用高强度、导磁性能良好的合金钢加工而成。沿转子铁芯表面铣有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。未加工的部分通称大齿,余称小齿。大齿作为磁极的极身,是主要磁通回路。在大齿表面沿横向铣出若干个圆弧形月牙槽,使大齿区域和小齿区域两个方向的刚度相同。

  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接到集电环(滑环)上再经电刷引出。

  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、负两个环,由坚硬耐磨的合金锻钢制成,装于发电机的励磁机端外侧。两个集电环分别通过引线接到励磁绕组的两端,并借电刷装置引至直流电源。

  5. 风扇

  风扇装于发电机转子的两端,用以加快氢气在定子铁芯和转子部分的循环,提高冷却效果。

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汽轮发电机发展

  近几十年汽轮发电机的主要发展特点是:

  1. 增大单机功率。增大单机功率不仅能迅速发展电力生产,还能降低单位功率投资成本,提高机组的热经济性,加快电站建设速度。

  2. 提高蒸汽参数。提高蒸汽参数是提高热效率的重要途径,同时也能提高单机功率。

  3. 普遍采用一次中间再热。采用一次中间再热之后,可有效降低低压缸末级排气湿度,为提高蒸汽出压创造了条件,从而可提高机组内效率,热效率和运行稳定性。

  4. 采用燃气-蒸汽联合循环发电装置,燃气轮机和蒸汽轮机联合工作的装置,大大提高了装置的热效率,节省大量冷却水,令投资相对较低,负荷适应性也较好。

  5. 提高机组的运行水平,现代大型机组增设和改善了保护、报警和状态检测系统,有的还配备了智能化故障检测系统,提高了机组运行、维护和检修水平,增强了机组运行的可靠性,并保证了规定的设备使用寿命。


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