水利水电施工组织设计专项方案模块54水轮发电机电动机及附属设备安装Word格式.docx

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（4）按电机的运行工况分为发电机和发电/电动机；

发电/电动机用于抽水蓄能电站。

1.2发电机的型号

发电机的型号由型式、容量、磁极个数和定子铁心外径四部分组成，主要表示方法如下：

SF150—60/1200

定子铁芯外径（cm）

转子磁极个数

发电机容量（MW）

发电机型式（即水轮发电机）

1.3水轮发电机、发电/电动机的结构

水轮发电机结构设计中首先碰到的问题是总体布置形式的选择。

总体布置形式有卧式和立式。

通常小容量水轮发电机多采用卧式，而大中容量的水轮发电机则采用立式。

1.3.1立式发电机结构

推力轴承位于转子上部的发电机称为悬吊式发电机，推力轴承位于转子下部的发电机称为伞式发电机。

无上导轴承的伞式发电机称为全伞式发电机，有上导轴承的伞式发电机称为半伞式发电机。

20世纪60年代以前，国内一般认为伞式发电机的推力轴承位于转子下部，安装维护都不方便，或者担心其运行稳定性差，所以虽然伞式机组具有重量轻、起吊高度小等优点，但在我国早期制造的水轮发电机中却很少采用，特别是转速稍高的机组更是避免选用。

然而随着单机容量的增大，机组尺寸和重量也不断增大，伞式（半伞式）结构的优点越来越显著。

采用伞式（半伞式）结构可以大大减轻上机架的重量，而且便于采用分段轴结构（即所谓“无轴”结构）。

一般由参数K来确定发电机的结构型式。

K=（4-1-1）

式中Di——定子铁芯内径，m；

lt——定子铁芯高度m；

nN——发电机额定转速（r/min）。

当K≤0.025时多采用悬式结构；

当K>

0.025时多采用半伞式结构；

当K≥0.05时采用全伞式结构；

立式水轮发电机通用的结构型式有：

1）三导悬式结构。

机组具有推力轴承、发电机上导轴承、发电机下导轴承和水轮机导轴承（共3个导轴承）的悬式结构。

2）二导悬式结构。

机组具有推力轴承、发电机上导轴承和水轮机导轴承（共2个导轴承）的悬式结构。

3）三导半伞式结构。

机组具有发电机上导轴承、发电机下导轴承、推力轴承（或和下导轴承组合在一油槽中的推导轴承）和水轮机导轴承（共3个导轴承）的半伞式结构。

4）二导半伞式结构。

机组具有上导轴承、推力轴承和水轮机导轴承（共2个导轴承）的半伞式结构。

5）二导全伞式结构。

机组具有推力轴承、发电机下导轴承和水轮机导轴承（共2个导轴承）的全伞式结构。

引入参数ki，Ki＝（4-1-2）

据对多台水轮发电机结构型式的统计：

Ki>

0.35采用三导或二导悬式结构；

0.35>

K>

0.25采用三导或二导半伞式结构；

Ki<

0.25采用二导全伞式结构。

目前国内投运的半伞式发电机的转速已提高到500r/min，例如广州抽水蓄能电站和十三陵抽水蓄能电站的发电/电动机均为转速为500r/min的半伞式结构；

全伞式发电机的转速已超过200r/min。

部分大容量低转速发电机在结构总体布置上采用无下机架的半伞式结构，即将推力轴承布置在水轮机顶盖上或是布置在顶盖上的锥型支架上，更能表现出经济合理性，例如葛洲坝半伞式发电机即将推力轴承布置在水轮机顶盖上。

但是伞式机组的推力轴承究竟是布置在下机架上还是布置在水轮机顶盖上，国内外都存在不同看法。

推力轴承布置在顶盖上的主要优点是，机组总体高度可降低、重量减轻，可以部分抵消不同方向的轴向力，局部改善顶盖受力条件，而省去一个庞大的承重下机架，但推力轴承的运行会受到水力脉动的影响。

推力轴承布置在下机架上的主要优点是，安装、维修空间比前者大，机组稳定性好，运行时不受顶盖振动的影响；

对确保推力轴承的安全运行有好处，且发电机制造厂与水轮机制造厂之间牵涉较少，分界面明确。

选择机组结构形式时要结合电站具体情况，综合考虑厂房高度、机组转速、轴系稳定、水轮机尺寸、运行维护、发电机和土建造价等因素，并尊重制造厂的设计传统和技术特长，经过技术经济比较来确定。

我国近年来生产的大型水轮发电机组，如葛洲坝、天生桥、岩滩、漫湾、五强溪、水口、龙羊峡、李家峡等水电站机组，都采用了半伞式结构，其中多数机组将推力轴承放在下机架上。

大型半伞式水轮发电机的轴承布置情况见表4-1-1。

表4-1-1大型半伞式发电机轴承布置情况

电站名称

发电机容量（MW）

推力轴承位置

导轴承数目

葛洲坝

125

水轮机顶盖上

上导一个

170

龙羊峡

320

下机架上

上导、下导各一个

水口

200

岩滩

302．5

李家峡

400

二滩

550

十三陵

三峡

700

1.3.2卧式发电机结构

卧式发电机的特征是容量小、转速高、外形尺寸小、结构紧凑，部件多从制造厂整体到货。

因此机组在安装时组装工作较少，仅对大件进行必要的清扫、检查和测量后即可总装。

卧式发电机一般有二部导轴承，水轮机有一部导轴承，另有双向受力的推务轴承；

但也有发电机和水轮机各一部导轴承加推力轴承的二导结构卧式机组。

1.3.3发电/电动机的结构

一般均为立式发电机，故其结构与其他常规立式机组相同。

对于可逆式发电/电动机，因为具有双向运行的特点，要求推力轴承及转子结构在正、反两个方向运行时，能够同样建立起可靠的楔形油膜及鼓风量。

2.发电机、发电/电动机安装施工特点

2.1平行交叉作业多

发电机安装工程与水轮机安装、电气设备安装及机坑内建筑物装修工作之间存在着一定的交叉、平行作业。

由于安装工程工艺技术复杂、工种门类繁多，其内部也存在着大量的交叉、平行和流水作业。

因此，编制安装方案应充分研究与其它安装工程或土建的衔接配合关系，充分利用已形成的施工条件，强化进度计划的管理。

2.2机组外形尺寸及重量大

发电机设备一般具有尺寸大、重量大的特点，现场组装工作量大，其中定子、转子现场叠片等组装及定子线圈安装直接制约整个水轮发电机组的进度，需作出科学合理的施工组织设计。

2.3现场加工工作量增加

随着机组容量的增加，机组尺寸也随之增加，发电机安装时的现场加工工作也有所增加，如转子支架组焊后的磁轭键槽铣削或副立筋配刨，联轴法兰销套镗孔，定子、下机架基础板配刨，推力轴承支撑的现场加工等。

2.4发电机结构设计变化大，安装技术革新快

现代发电机在结构设计上的变化日新月异，不同机组结构越来越多，因此各个电站安装工艺也不尽相同，在施工时需针对不同的机型及要求作出合理的施工工艺方案，采用创新的安装技术。

2.5临时工装或工器具要求复杂且数量多

由于机组尺寸不断增大，主要部件分瓣数也相应增多，例如定子机座分瓣数、转子支臂扇形块数量较多（一般300MW～550MW发电机的支臂分瓣4～8件，岩滩电站和三峡左岸电站转子支臂分瓣10件），上、下机架支臂的数量也较多。

因此，组装工序繁杂，所需的临时工装数量越来越多，例如机组中心测圆平衡梁、机坑组装平台、测圆架基础平台、定子下线平台等辅助工装的工程量大，并且其外形尺寸、材料选择、加工制造难度也较大。

在专用工器具中，如定子测圆架、转子测圆架、机架、转子等加工工具；

扭矩扳手、液压扳手、风动扳手、卷线接头专用焊接工具等不但种类多，技术要求复杂，且精度亦愈来愈高。

2.6安装过程对环境的要求更加严格

由于部分机组的部件在工地现场组装，如定子叠片和下线组装时对现场的清洁度、温度、湿度等都有较严格的要求，施工现场必须严格防护，相对封闭。

2.7施工组织和协调的难度增加

对于机组安装台数多、单机容量大、机组尺寸大的电站，现场的施工组织和协调的难度增加更多，施工中应充分利用安装工位、施工场地，合理安排厂房起重设备，将施工干扰减少到最低程度。

3.水轮发电机安装的发展状况

3.1水轮发电机安装的发展历程

我国机电安装的队伍初创于20世纪50年代初，当时水轮发电机组容量一般在10MW以下，定子铁心外径不超过5.5m，分2瓣～3瓣运往工地，现场组合，并嵌装合缝处线棒。

定子绕组大部为叠绕沥青云母浸胶绝缘，下线时采用加温吊拔和嵌线，接头连接为炭弧加温，锡焊接。

转子直径一般不大于5m，大都采用轮幅烧嵌和现场堆叠磁轭，磁轭与转子支架采用径向键冷态或热态下打紧的施工工艺。

丰满水电站和新安江水电站的72.5MW水轮发电机组是20世纪50年代安装投产的最大容量的机组。

20世纪60年代开始安装伞式水轮发电机组，悬式水轮发电机单机容量提高到100MW，定子铁心外径增大到9m，定子分瓣增加到4瓣～6瓣，定子绕组开始采用条式波绕组，转子磁轭与转子支架的连接已全部采用热打键施工工艺。

从20世纪60年代到70年代末十余年间，随着刘家峡水电站225MW水轮发电机的安装投产，一批大型水轮发电机组相继安装投产。

单机容量超过100MW的发电机定子直径均超过10m，无轴结构的伞式发电机应用日趋普遍；

悬吊型水轮发电机已部分取消了下机架和下导轴承，液压支柱式推力轴承得到广泛的应用，其安装调整工艺也日趋成熟；

绕组主绝缘以环氧粉云母代替沥青云母浸胶绝缘，安装时可以不加温吊拔；

励磁方式也由传统的直流励磁机励磁逐步为可控硅整流励磁系统所取代。

在安装程序方面，刘家峡水电站4号机组安装采用定子机坑外下线、整体吊装定子的工艺；

富春江水电站从法国进口的机组首次采用定子铁心无隙整圆叠装的方法；

大电流直流电源在定、转子绕组干燥，电动盘车等方面获得广泛应用。

20世纪80年代，随着葛洲坝水电站170MW和125MW共21台水轮发电机组的安装，我国水轮发电机安装出现了一站多机同时安装和多电站大型机组同时安装的繁荣景象。

其中葛洲坝水电站170MW水轮发电机总重量1640t，定子铁心外径17.6m，推力总负荷达3800t，均接近当时世界水平，为国内之最；

葛洲坝水电站机组安装还创造了年装6台大型机组的国内最高记录（1987年）。

这一阶段的水轮发电机的定子铁心现场整圆叠压已在白山等几个电站实施，圆盘式转子支架组焊已取得初步经验；

推力轴承成功地采用了高压油顶起装置；

大功率可控硅静止整流励磁系统完全取代了旋转直流发电机。

各安装单位在发电机定子组装焊接及控制变形、各种类型推力轴承安装调整等方面都积累了丰富的经验。

进入20世纪90年代以后，国产机组与引进机组的安装相互促进，岩滩水电站302.5MW、隔河岩水电站300MW、漫湾水电站250MW、水口水电站200MW、五强溪水电站240MW机组相继安装投产；

抽水蓄能机组异军突起，潘家口水电站90MW、广州抽水蓄能电站300MW、十三陵抽水蓄能电站200MW、天荒坪抽水畜能电站300MW发电/电动机组的相继安装投产，填补了我国大型抽水蓄能电站的空白；

而李家峡水电站400MW和二滩水电站550MW水轮发电机组的安装投产，标志着我国水轮发电机制造与安装跃上了一个新台阶。

随着科学技术的进步，新技术