汽輪發(fā)電機

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)出電動勢，這是發(fā)電機的基本工作原理。

　　由鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽進入汽輪機內(nèi)膨脹做功，使葉片帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子隨著轉(zhuǎn)動。發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)通入直流電流后，便建立一個磁場，這個磁場稱主磁極，它隨著汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。其磁通自轉(zhuǎn)子的一個極出來，經(jīng)過空氣隙、定子鐵芯、空氣隙、進入轉(zhuǎn)子另一個極構(gòu)成回路。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，發(fā)電機磁極旋轉(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)的電動勢正好變化一次，亦即感應(yīng)電動勢每秒鐘變化的次數(shù)，恰好等于磁極每秒鐘的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。

　　汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子具有一對磁極(即1個N極、一個S極)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中的感應(yīng)電動勢正好交變一次(假如發(fā)電機轉(zhuǎn)子為P對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中感應(yīng)電動勢交變P次)。當汽輪機以每分鐘3000轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子每秒鐘要旋轉(zhuǎn)50周，磁極也要變化50次，那么在發(fā)電機定子繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢也變化50次，這樣發(fā)電機轉(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勢，即頻率為50Hz的三相交變電動勢。這時若將發(fā)電機定子三相繞組引出線的末端(即中性點)連在一起。繞組的首端引出線與用電設(shè)備連接，就會有電流流過，這個過程即為汽輪機轉(zhuǎn)子輸入的機械能轉(zhuǎn)換為電能的過程。

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

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

　　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等類型。凝汽式汽輪機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；供熱式汽輪機既提供動力驅(qū)動發(fā)電機或其他機械，又提供生產(chǎn)或生活用熱，具有較高的熱能利用率；背壓式汽輪機的排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機；抽汽式汽輪機是能從中間級抽出蒸汽供熱的汽輪機；飽和蒸汽輪機是以飽和狀態(tài)的蒸汽作為新蒸汽的汽輪機。

　　汽輪發(fā)電機是由蒸汽輪機或燃氣輪機推動的發(fā)電機。發(fā)電機主要由轉(zhuǎn)子與定子組成，由于汽輪機的轉(zhuǎn)速很高，故汽輪發(fā)電機的轉(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)電機定子繞組、鐵芯、軸承及冷卻器等各重要部位的運行溫度，在這些部位埋置了多只測溫元件，通過導(dǎo)線連接到溫度巡檢裝置，在運行中進行監(jiān)控，并通過微機進行顯示和打印。

　　在發(fā)電機本體醒目的位置裝設(shè)有銘牌，標出發(fā)電機的主要技術(shù)參數(shù)，作為發(fā)電機運行的技術(shù)指標。

01汽輪發(fā)電機定子

　　發(fā)電機的定子由定子鐵芯、定子繞組、機座、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)時在三相定子繞組中產(chǎn)生互成120°相位差的電動勢。每個槽內(nèi)放有上下兩組絕緣導(dǎo)體(亦稱線棒)，每個線棒分為直線部分(置于鐵芯槽內(nèi))和兩個端接部分。直線部分是切割磁力線并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的有效邊，端接部分起連接作用，把各線棒按一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成發(fā)電機的定子繞組。中、小型發(fā)電機的定子線棒均為實心線棒。大型發(fā)電機由于散熱的需要，采用內(nèi)部冷卻的線棒，即由若干實心線棒和可通水的空心線棒并聯(lián)組成。

　　3. 機座及端蓋

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

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

02汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子

　　發(fā)電機的轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵磁繞組(轉(zhuǎn)子線圈)、護環(huán)和風(fēng)扇等組成，是汽輪發(fā)電機最重要的部件之一。由于汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子受到離心力很大，所以轉(zhuǎn)子都呈細長形，且制成隱極式的，以便更好地固定勵磁機組。

　　1. 轉(zhuǎn)子鐵芯

　　發(fā)電機轉(zhuǎn)子采用高強度、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圓弧形月牙槽，使大齒區(qū)域和小齒區(qū)域兩個方向的剛度相同。

　　2. 勵磁繞組

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

　　3. 護環(huán)和中心環(huán)

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

　　4. 集電環(huán)

　　集電環(huán)分為正、負兩個環(huán)，由堅硬耐磨的合金鍛鋼制成，裝于發(fā)電機的勵磁機端外側(cè)。兩個集電環(huán)分別通過引線接到勵磁繞組的兩端，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)電機的主要發(fā)展特點是：

　　1. 增大單機功率。增大單機功率不僅能迅速發(fā)展電力生產(chǎn)，還能降低單位功率投資成本，提高機組的熱經(jīng)濟性，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，同時也能提高單機功率。

　　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排氣濕度，為提高蒸汽出壓創(chuàng)造了條件，從而可提高機組內(nèi)效率，熱效率和運行穩(wěn)定性。

　　4. 采用燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，燃氣輪機和蒸汽輪機聯(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，令投資相對較低，負荷適應(yīng)性也較好。

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