汽輪發(fā)電機(jī)

圖示：火力發(fā)電系統(tǒng)示意圖

　　按照電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)線切割磁力線感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，這是發(fā)電機(jī)的基本工作原理。

　　由鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，使葉片帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)通入直流電流后，便建立一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)稱主磁極，它隨著汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。其磁通自轉(zhuǎn)子的一個(gè)極出來(lái)，經(jīng)過(guò)空氣隙、定子鐵芯、空氣隙、進(jìn)入轉(zhuǎn)子另一個(gè)極構(gòu)成回路。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，發(fā)電機(jī)磁極旋轉(zhuǎn)一周，主磁極的磁力線被裝在定子鐵芯內(nèi)的U、V、W三相繞組(導(dǎo)線)依次切割，在定子繞組內(nèi)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)正好變化一次，亦即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒鐘變化的次數(shù)，恰好等于磁極每秒鐘的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。

　　汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有一對(duì)磁極(即1個(gè)N極、一個(gè)S極)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正好交變一次(假如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為P對(duì)磁極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交變P次)。當(dāng)汽輪機(jī)以每分鐘3000轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子每秒鐘要旋轉(zhuǎn)50周，磁極也要變化50次，那么在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也變化50次，這樣發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以每秒鐘50周的恒速旋轉(zhuǎn)，在定子三相繞組內(nèi)感應(yīng)出相位不同的三相交變電動(dòng)勢(shì)，即頻率為50Hz的三相交變電動(dòng)勢(shì)。這時(shí)若將發(fā)電機(jī)定子三相繞組引出線的末端(即中性點(diǎn))連在一起。繞組的首端引出線與用電設(shè)備連接，就會(huì)有電流流過(guò)，這個(gè)過(guò)程即為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程。

　　按結(jié)構(gòu)分，有單級(jí)汽輪機(jī)和多級(jí)汽輪機(jī)；各級(jí)裝在一個(gè)汽缸內(nèi)的單缸汽輪機(jī)，和各級(jí)分裝在幾個(gè)汽缸內(nèi)的多缸汽輪機(jī)；各級(jí)裝在一根軸上的單軸汽輪機(jī)，和各級(jí)裝在兩根平行軸上的雙軸汽輪機(jī)等。

　　按工作原理分，有蒸汽的主要在各級(jí)噴嘴(或靜葉)中單獨(dú)膨脹的沖動(dòng)式汽輪機(jī)；蒸汽在靜葉和動(dòng)葉中同時(shí)膨脹的反動(dòng)式汽輪機(jī)；以及蒸汽在噴嘴中膨脹后的動(dòng)能在幾列動(dòng)葉上加以利用的速度級(jí)汽輪機(jī)。

　　按熱力特性分，有為凝汽式、供熱式、背壓式、抽汽式和飽和蒸汽汽輪機(jī)等類型。凝汽式汽輪機(jī)排出的蒸汽流入凝汽器，排汽壓力低于大氣壓力，因此具有良好的熱力性能，是最為常用的一種汽輪機(jī)；供熱式汽輪機(jī)既提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他機(jī)械，又提供生產(chǎn)或生活用熱，具有較高的熱能利用率；背壓式汽輪機(jī)的排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機(jī)；抽汽式汽輪機(jī)是能從中間級(jí)抽出蒸汽供熱的汽輪機(jī)；飽和蒸汽輪機(jī)是以飽和狀態(tài)的蒸汽作為新蒸汽的汽輪機(jī)。

　　汽輪發(fā)電機(jī)是由蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)推動(dòng)的發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子與定子組成，由于汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，故汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是兩極的，額定轉(zhuǎn)速每分鐘3000轉(zhuǎn)，輸出50Hz的三相交流電。

　　為監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子繞組、鐵芯、軸承及冷卻器等各重要部位的運(yùn)行溫度，在這些部位埋置了多只測(cè)溫元件，通過(guò)導(dǎo)線連接到溫度巡檢裝置，在運(yùn)行中進(jìn)行監(jiān)控，并通過(guò)微機(jī)進(jìn)行顯示和打印。

　　在發(fā)電機(jī)本體醒目的位置裝設(shè)有銘牌，標(biāo)出發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行的技術(shù)指標(biāo)。

01汽輪發(fā)電機(jī)定子

　　發(fā)電機(jī)的定子由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座、端蓋及軸承等部件組成。

　　1. 定子鐵芯

　　定子鐵芯是構(gòu)成磁路并固定定子繞組的重要部件，通常由0.5mm或0.35mm厚，導(dǎo)磁性能良好的冷軋硅鋼片疊裝而成。大型汽輪發(fā)電機(jī)的定子鐵芯尺寸很大，硅鋼片沖成扇形，再用多片拼裝成圓形。

　　2. 定子繞組

　　定子繞組嵌放在定子鐵芯內(nèi)圓的定子槽中，分三相布置，互成120°電角度，以保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)在三相定子繞組中產(chǎn)生互成120°相位差的電動(dòng)勢(shì)。每個(gè)槽內(nèi)放有上下兩組絕緣導(dǎo)體(亦稱線棒)，每個(gè)線棒分為直線部分(置于鐵芯槽內(nèi))和兩個(gè)端接部分。直線部分是切割磁力線并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效邊，端接部分起連接作用，把各線棒按一定的規(guī)律連接起來(lái)，構(gòu)成發(fā)電機(jī)的定子繞組。中、小型發(fā)電機(jī)的定子線棒均為實(shí)心線棒。大型發(fā)電機(jī)由于散熱的需要，采用內(nèi)部冷卻的線棒，即由若干實(shí)心線棒和可通水的空心線棒并聯(lián)組成。

　　3. 機(jī)座及端蓋

　　機(jī)座的作用是支撐和固定發(fā)電機(jī)定子。機(jī)座一般用鋼板焊接而成，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，并能滿足通風(fēng)散熱的要求。

　　端蓋的作用是將發(fā)電機(jī)本體的兩端封蓋起來(lái)，并與機(jī)座、定子鐵芯和轉(zhuǎn)子一起構(gòu)成電機(jī)內(nèi)部完整的通風(fēng)系統(tǒng)。

02汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

　　發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組(轉(zhuǎn)子線圈)、護(hù)環(huán)和風(fēng)扇等組成，是汽輪發(fā)電機(jī)最重要的部件之一。由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子受到離心力很大，所以轉(zhuǎn)子都呈細(xì)長(zhǎng)形，且制成隱極式的，以便更好地固定勵(lì)磁機(jī)組。

　　1. 轉(zhuǎn)子鐵芯

　　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用高強(qiáng)度、導(dǎo)磁性能良好的合金鋼加工而成。沿轉(zhuǎn)子鐵芯表面銑有用于放置勵(lì)磁繞組的凹槽。槽的排列方式一般為輻射式，槽與槽之間的部分為齒。未加工的部分通稱大齒，余稱小齒。大齒作為磁極的極身，是主要磁通回路。在大齒表面沿橫向銑出若干個(gè)圓弧形月牙槽，使大齒區(qū)域和小齒區(qū)域兩個(gè)方向的剛度相同。

　　2. 勵(lì)磁繞組

　　勵(lì)磁繞組為若干個(gè)線圈組成的同心式繞組。線圈用矩形扁銅線繞制而成。勵(lì)磁繞組放在槽內(nèi)后，繞組的直線部分用槽楔壓緊，端部徑向固定采用護(hù)環(huán)，軸向固定采用云母塊和中心環(huán)。勵(lì)磁繞組的引出線經(jīng)導(dǎo)電桿接到集電環(huán)(滑環(huán))上再經(jīng)電刷引出。

　　3. 護(hù)環(huán)和中心環(huán)

　　汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速很高，勵(lì)磁繞組端部承受很大的離心力，所以要用護(hù)環(huán)和中心環(huán)來(lái)緊固。護(hù)環(huán)把勵(lì)磁繞組端部套緊，使繞組端部不發(fā)生徑向位移和變形；中心環(huán)用以支持護(hù)環(huán)并防止端部的軸向移動(dòng)。

　　4. 集電環(huán)

　　集電環(huán)分為正、負(fù)兩個(gè)環(huán)，由堅(jiān)硬耐磨的合金鍛鋼制成，裝于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)端外側(cè)。兩個(gè)集電環(huán)分別通過(guò)引線接到勵(lì)磁繞組的兩端，并借電刷裝置引至直流電源。

　　5. 風(fēng)扇

　　風(fēng)扇裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端，用以加快氫氣在定子鐵芯和轉(zhuǎn)子部分的循環(huán)，提高冷卻效果。

　　近幾十年汽輪發(fā)電機(jī)的主要發(fā)展特點(diǎn)是：

　　1. 增大單機(jī)功率。增大單機(jī)功率不僅能迅速發(fā)展電力生產(chǎn)，還能降低單位功率投資成本，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，加快電站建設(shè)速度。

　　2. 提高蒸汽參數(shù)。提高蒸汽參數(shù)是提高熱效率的重要途徑，同時(shí)也能提高單機(jī)功率。

　　3. 普遍采用一次中間再熱。采用一次中間再熱之后，可有效降低低壓缸末級(jí)排氣濕度，為提高蒸汽出壓創(chuàng)造了條件，從而可提高機(jī)組內(nèi)效率，熱效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。

　　4. 采用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)聯(lián)合工作的裝置，大大提高了裝置的熱效率，節(jié)省大量冷卻水，令投資相對(duì)較低，負(fù)荷適應(yīng)性也較好。

　　5. 提高機(jī)組的運(yùn)行水平，現(xiàn)代大型機(jī)組增設(shè)和改善了保護(hù)、報(bào)警和狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，有的還配備了智能化故障檢測(cè)系統(tǒng)，提高了機(jī)組運(yùn)行、維護(hù)和檢修水平，增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行的可靠性，并保證了規(guī)定的設(shè)備使用壽命。