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第四节水轮机层和发电机层

水轮机层和发电机层占据了厂房的大部分空间，它们的结构型式和尺寸主要取决于电流系统及电气控制设备的布置。同时布置在这两层中的还有机械控制设备。高水头水电站的各种机电设备中，发电机尺寸相对较大，因此发电机层的尺寸对主厂房的平面尺寸常起控制作用。

一、发电机的类型及励磁方式

大中型水电站一般均采用立式（竖轴）水轮发电机组。发电机的类型及励磁方式会影响到厂房的布置。根据推力轴承设置的位置，竖轴水轮发电机可分为悬式和伞式两种。悬式水轮发电机的推力轴承位于

上机架上，整个水轮发电机组的转动部分是悬挂着的。它的优点是推力轴承损耗较小，装配方便，运行较

稳定；缺点是上机架尺寸大，机组较高，消耗钢材多。转速在150r/min以上的水轮发电机一般为悬式。伞式水轮发电机的推力轴承设在下机架上，推力轴承好似伞把支撑着机组的转动部分。它的优点是上机架轻便，可降低机组高度（及厂房高度），节省钢材，检修发电机时可不拆除推力轴承，从而缩短检修时间；缺点是推力轴承直径较大，易磨损，设计制造较复杂。有时还把推力轴承设于水轮机顶盖支架上，称为低支承伞式水轮发电机。转速150r/min以下的大容量机组常为伞式。

目前水轮发电机的励磁方式主要有直流电机励磁及可控硅整流励磁两种。前一种情况下，发电机的励磁电流来自于同轴连接在发电机上方（指竖轴机组）的直流电机，即励磁机。后一种情况下，发电机输出电流的一部分经可控硅整流、降压后送回发电机作为励磁电流。从励磁系统的组成上看，采用可控硅励磁后，可省去励磁机，有利于降低厂房高度，但要增加几块励磁盘及励磁变压器。

二、发电机支承结构

发电机支承结构通常称为机座或机墩，其作用是将发电机支承在预定的位置上，并给机组的运行、维护、安装、检修创造有利条件。机组作用在机座上的力主要有垂直荷载（转动及非转动部分的重量、水推力等）及扭矩（正常及短路扭矩）。机座必须有足够的强度和刚度保证弹性稳定，动力作用下振幅小，自振频率高（以免与机组共振)。常见的机座有以下几种。

圆筒式机座。这种机座广泛应用于中型机组，见图16-10。它的内部为圆形的水轮机井，外部呈圆形或八角形，圆筒壁厚在1.5m以上。水轮机井下部的内径决定于水轮机顶盖处各种设备的布置、安装、维护、检修条件及结构传力条件。为了使机座荷载的一部分经水轮机座环传至下部块体结构，该内径要略小于座环的外径，一般取转轮直径的1.3～1.4倍左右。水轮机井下部常设一段钢板里衬，由水轮机厂家制造。

水轮机井上部的内径与形状主要取决于发电机的结构。安装机组时，水轮机转轮、顶盖、发电机下支架、转子等依次吊入，所以水轮机井上部直径必须大于转轮外径（最好能大于顶盖的外径，以便整体吊装）而小于下支架的直径。采用伞式发电机（推力轴承设在下支架处）时，尽量减小下支架的跨度对结构有利，因此常令水轮机井上部内径仅比水轮机转轮直径大0.5～0.7m。

圆筒式机座的优点是受压及受扭性能均较好，刚性大，一般为少筋混凝土，用钢较省。其缺点是水轮机井内狭小，水轮机的安装、检修、维护较为不便。

框架式机座。对于中小型机组，可将发电机安置在由环形梁（圈梁）和4～6根立柱组成的框架式结构上，荷载通过立柱传给下部块体结构（因此也称为立柱式机座）。框架式机座水轮机井尺寸的决定与圆筒式机座原则上相同。这种机座的优点是混凝土方量少，水轮机顶盖处比较宽敞，设备的布置、安装、维护、检修比较方便；缺点是受扭和抗振的性能比圆筒式差，刚性也较小。

图16-3～图16-8给出了这种机座的例子。该机座由圈梁及4根粗壮的立柱组成，水轮机井内径3.70m，为转轮直径的1.48倍，比发电机转子直径小0.88m，比发电机下支架直径小0.4m。发电机型号为TS520/182-24，容量为42500kW，计算及模型试验表明，该立柱式机座的强度可以保证，但刚度偏小，因而振动的最大振幅偏大。

(3）块体机座。装置大型机组的厂房，发电机层以下除留有水轮机井及必要的通道以外，全部为块体混凝土，机组直接支承在块体混凝土上，如图11-2所示。这种机座的强度及刚度很大，但混凝土方量大。

平行墙式机座。这也是一种适用于大型机组的机座，由两平行承重钢筋混凝土墙

及其间的两横梁组成，机组支承于平行墙及其间的横梁上。当发电机荷载大时，横梁的梁深可达数米。两平行墙之净距大于水轮机顶盖，平行墙跨过蜗壳，将荷载传至下部块体结构，墙厚可达数米，见图16-12。这种机座的优点是水轮机顶盖处宽敞，工作方便，而且可以在不拆除发电机的情况下，将水轮机转轮从平行墙之间吊出。

钢机座。采用钢结构支承发电机并将荷载传至水轮机顶盖、座环或蜗壳上。这种机座的优点是发电机与水轮机直接配套，结构紧凑，安装方便迅速，减