大型水轮发电机组状态监测与智能故障诊断系统研究
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2. 1 水轮发电机组结构及工作原理
2.1.1 水轮发电机组结构
水轮发电机组主要包括水轮机、发电机及一些辅助设备 。
水轮机是一种以水力为动力的原动机，利用水力推动水轮机旋转，再带动
发电机发电。水轮机可分为冲击型和反击型，冲击型水轮机是把水能全部以动能
形态由转轮转换成机械能工作的，反击型水轮机则主要是把水能以压能形态由
转轮转换成机械能的。按水流流向反击型水轮机有以下几种：混流式水轮机、轴
流式水轮机、斜流式水轮机、贯流式水轮机。不同类型的水轮机，结构上具有不
同的特点，以最常用的混流式水轮机为例介绍水轮机结构。混流式水轮机由蜗壳
座环、导水机构、尾水管、转轮、导轴承等组成，蜗壳是水轮机的引水部件，由它
将水流引入到水轮机导水机构四周；座环主要用来承受整个水轮发电机组的重
量以及水轮机转轮的水推力；导水机构可以调节流 t，使水流形成环流，还可以
切断水源，起到阀门机构的作用；尾水管将水流引向下流；转轮是水轮机最重
要的部件，是用来传动能量的；导轴承用来防止旋转部件的摆动及承受径向负
荷。水轮机的辅助设备有调速器、油压设备、进水阀门和空阀门等设备。
水轮发电机按轴承布置方式的不同可以分为立式和卧式两种，即轴承与地
面平行的称为卧式，国产卧室水轮机发电机组大部分属于中小型机组，卧式结
构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。轴承与地面垂直的称为立式，国产大
型水轮发电机组广泛采用立式结构，立式水轮发电机组通常有混流式或轴流式
水轮机驱动。立式水轮发电机结构如图 2-1 所示，主要包括定子、转子、上机架、
下机架、推力轴承、导轴承、制动器和空气冷却器等。
(1)定子：由机座、铁芯、线圈等部件组成，如图 2-2 所示。机座是用来固定
铁芯的；铁芯是发电机磁路的一部分，同时也是定子绕组的安装和固定部件；
线圈则形成发电机的电路。
(2)转子：由主轴、轮毅、轮臂、磁扼、端压板、风扇、磁极、制动闸板等组成，
如图 2-3 所示。主轴是用来传递转矩，并承受转动部分的轴向力；轮毅是主轴与
轮臂之间的连接件；轮臂是用来固定磁扼并传递扭矩的，大、中型机组的轮臂一
般为焊接结构；磁扼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；磁极是产生磁场的主要部件，由磁极铁芯、励磁线圈和阻尼绕组三部分
组成，并固定在磁扼上。
(3)上、下机架：悬式机组的上机架除了用来支撑整个旋转部分的重量与水
推力外，一般还要支撑励磁机、永磁发电机等的重 t和上导轴承的径向力。伞式
机组由下机架来支撑，下机架还承受下导轴承的径向力。
(4)推力轴承：用来承受整个水轮发电机组旋转部分的重量和沿轴向的水推
力，使整个机组能保持平稳与安全的运行。
(5)导轴承：用来承受转子机械方面的不均衡和由于转子偏心所引起的单边
磁拉力。装在转子上面的称为上导轴承，装在转子下面的称为下导轴承。
(6)制动器：两个作用，用来制动和顶转子。
(7)空气冷却器：用来冷却发电机的冷却空气。
辅机包括供发电机转子绕组用的励磁机和供调速器用的永磁发电机。
1一转速信号器 7 一上导轴承 2 一永磁机 3一受油器 4一受油器支架 5一
上风洞盖板 6 一上机架 8 一转子 9一定子 10 一千斤顶 11 一空气冷却器 12 一定
子基础板 13 一制动器 14 一下风洞盖板 15 一主轴 16 一推力轴承 17 一推力轴承
支架
图2-1 水轮发电机结构示意图
1一机座 2一铁芯 3一线圈
图2-2 定子结构
摘要：
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2.1水轮发电机组结构及工作原理2.1.1水轮发电机组结构水轮发电机组主要包括水轮机、发电机及一些辅助设备。水轮机是一种以水力为动力的原动机，利用水力推动水轮机旋转，再带动发电机发电。水轮机可分为冲击型和反击型，冲击型水轮机是把水能全部以动能形态由转轮转换成机械能工作的，反击型水轮机则主要是把水能以压能形态由转轮转换成机械能的。按水流流向反击型水轮机有以下几种：混流式水轮机、轴流式水轮机、斜流式水轮机、贯流式水轮机。不同类型的水轮机，结构上具有不同的特点，以最常用的混流式水轮机为例介绍水轮机结构。混流式水轮机由蜗壳座环、导水机构、尾水管、转轮、导轴承等组成，蜗壳是水轮机的引水部件，由它将水流引...
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