環(huán)形基礎在高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機中的應用

黃小紅，小野田勉（. 東芝水電設備（杭州）有限公司，杭州 3000；. 株式會社東芝，橫濱 30-0045）

環(huán)形基礎在高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機中的應用

黃小紅1，小野田勉2
（1. 東芝水電設備（杭州）有限公司，杭州 310020；2. 株式會社東芝，橫濱 230-0045）

作為下機架和定子的共用基礎-環(huán)形基礎，既承受傳到下機架上的作用力，也承受傳到定子上的作用力，其中，不平衡磁拉力作為內(nèi)應力可以一部分相互抵消，整體剛性好，對軸系穩(wěn)定有著很好的作用，同時也作為下部風路的回路，優(yōu)化了混凝土結構，適用于高轉(zhuǎn)速機組。

環(huán)形基礎；軸系穩(wěn)定；高速機組

0 引言

對于立軸水輪發(fā)電機，通常發(fā)電機的定子通過定子基礎板固定在混凝土基礎上，下機架通過下機架基礎板固定在混凝土基礎上，幵且基礎板多采用分塊式的結構形式。東芝在高轉(zhuǎn)速機組上，尤其是抽水蓄能機組上大量采用了定子與下機架基礎一體化的環(huán)形基礎結構。本文將重點介紹東芝環(huán)形基礎在高轉(zhuǎn)速機組上的有關應用。

1 環(huán)形基礎的應用

1.1環(huán)形基礎應用背景

在東芝設計的日本九州電力公司的大平2號機組上環(huán)形基礎得到首次應用。大平2號機是265MVA、400r/min的抽水蓄能機組，如圖1所示。在上世紀70年代，東芝開始進入大容量、高轉(zhuǎn)速機組的發(fā)展時代，傳統(tǒng)的自帶轉(zhuǎn)子風扇通風系統(tǒng)已不能滿足通風的需要，從而外置式的電動風扇強迫通風系統(tǒng)得到應用。另外，由于轉(zhuǎn)速比較高，水輪機機坑徑與定子鐵心內(nèi)徑差相對比較小。這樣既作為下部風路的回路，也作為對混凝土結構的優(yōu)化，定子與下機架基礎一體化的環(huán)形基礎結構就形成幵成功地在大平2號機組上得到首次應用。

之后大容量、高轉(zhuǎn)速的抽水蓄能機組中也多采用這種環(huán)形基礎結構。

對于高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機機組，由于水輪機機坑徑與定子鐵心內(nèi)徑差往往存在相對比較小的傾向，因此，定子與下機架基礎一體化的環(huán)形基礎結構在高轉(zhuǎn)速機組中也得到大量的應用。

圖1　大平發(fā)電電動機斷面圖

1.2環(huán)形基礎的特點

定子與下機架基礎一體化的環(huán)形基礎具有以下特點：

（1）混凝土基礎形狀簡單

對于分塊式基礎結構，為了形成風道，通常需要在各分塊定子基礎混凝土之間開設專門的風道。而采用環(huán)形基礎結構后，混凝土基礎的結構相對簡單，在環(huán)形基礎的壁板上直接開孔就可以形成多個必要的風道。另外，將定子基礎和下機架基礎兩個分開的基礎合為一個共用的基礎，基礎的結構得到了進一步優(yōu)化。

（2）定子和下機架基礎一體化，便于安裝

定子和下機架基礎一體化，共用一個基礎，現(xiàn)場定中心和調(diào)水平的工作大大減少。對于有工場試驗要求的機組優(yōu)勢就更加明顯。

（3）基礎上的徑向作用力減小

圖2　基礎受力示意圖

從圖2可以看出，定子基礎處的徑向作用力Pf1大小為

下機架基礎處的徑向作用力Pf2大小為

（4）相對分塊式的基礎，剛性更好

對于不設防振支撐，機架為支臂式的分塊式基礎，基礎的徑向剛性如式（4）所示，

采用分塊式基礎時，單個基礎的徑向剛性是以基礎板對應投影到基礎上的面積來考慮的。以200MVA容量級的發(fā)電機來說，單個基礎的徑向剛性通常為200t/mm左右。當采用環(huán)形基礎時，整周的基礎上埋設有高強度的基礎底板，這種情況下基礎的徑向剛性非常大，以至于導軸承處的徑向綜合剛性計算時可忽略基礎的徑向剛性因素的影響。從式（3）可知，基礎徑向剛性無限大時，可以忽略基礎對于剛性的影響，從而，導軸承處的綜合徑向剛性會更好，軸系更穩(wěn)定。

（4）制作成本高

環(huán)形基礎多方面的優(yōu)點得到廣大業(yè)主的一致好評。但由于環(huán)形基礎結構外形尺寸大，增加了本體的總重，在中、低轉(zhuǎn)速的機組上很少應用。

1.3東芝公司采用環(huán)形基礎的業(yè)績

從大平電站以后，抽水蓄能機組上多采用了環(huán)形基礎結構，表1是東芝公司采用環(huán)形基礎結構的部分典型業(yè)績，除了帶*的有峰和Bogong電站，其余均為抽水蓄能電站。

表1　東芝環(huán)形基礎業(yè)績表

1.4我公司采用環(huán)形基礎的業(yè)績

近年來，我公司也陸續(xù)引進了東芝的環(huán)形基礎設計理念，在高轉(zhuǎn)速機組四川溪古電站（92.2MVA，500r/min）設計時首次采用了該結構。我公司采用環(huán)形基礎的業(yè)績?nèi)绫?。

表2　我公司環(huán)形基礎業(yè)績表

2 結束語

本文通過我公司和東芝公司對于環(huán)形基礎在高速機上獲得成功應用的介紹，為水輪機坑徑與定子鐵心內(nèi)徑差比較小的高轉(zhuǎn)速機的基礎設計提供一種思路，為今后水輪發(fā)電機在高轉(zhuǎn)速機組的基礎設計提供借鑒。

黃小紅（1975-），2000年畢業(yè)于武漢水利電力大學，一直仍事水輪發(fā)電機設計工作，工程師。

審稿人：呂桂萍

Application of Ring Base in High Speed Hydro Generator

HUANG Xiaohong1, ONODA Tsutomu2
(1. Toshiba Hydro Power (Hangzhou) Co., Ltd., Hangzhou310020, China; 2. Toshiba Corporation, Yokohama 230-0045, Japan)

As common base for stator and lower bracket, the ring base is under the action of force from stator and the lower bracket, in which, the unbalance load by magnetic pull force is become of internal force and some of them counteract each other. It has good rigid integrally. It is benefit for shaft stability. At the same time, the ring base is the circuit of the lower ventilation and optimize the concrete structure, especially adjustable for high speed unit.

ring base; shaft stability; high speed unit

TM355

A

1000-3983(2016)03-0013-02

2015-02-03

[1] 白延年水輪發(fā)電機設計與計算[M]. 機械工業(yè)出版社, 1982年.