大型立式水輪發(fā)電機(jī)可拆卸式磁軛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉宇，李雷

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

大型立式水輪發(fā)電機(jī)可拆卸式磁軛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉宇，李雷

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

介紹了國(guó)外某水電站擴(kuò)機(jī)改造工程廠房?jī)?nèi)橋機(jī)起吊能力受限問(wèn)題，提出了相適應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁軛可拆卸式結(jié)構(gòu)，不但解決了安裝和檢修需要，同時(shí)為后續(xù)電站建設(shè)成本控制問(wèn)題和增容改造機(jī)組提供了更多的參考價(jià)值。

起吊能力；可拆卸式；磁軛結(jié)構(gòu)；增容改造

0 引言

國(guó)外某水電站裝機(jī)容量1500MVA(10×150MVA)，年發(fā)電量80億kWh，1970年12月該水電站開(kāi)工，1976年投入商業(yè)運(yùn)行，至今已運(yùn)行40余年，逐漸出現(xiàn)絕緣老化、效率下降、性能不穩(wěn)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。為解決機(jī)組老化及當(dāng)?shù)仉娏?yīng)緊張的問(wèn)題，2008年該水電站進(jìn)行擴(kuò)機(jī)改造工程，新增2臺(tái)額定容量為200MVA的水輪發(fā)電機(jī)組，原廠房?jī)?nèi)設(shè)置2臺(tái)載荷為100t、跨度為24m的單小車電動(dòng)橋式起重機(jī)，本次擴(kuò)機(jī)改造工程橋機(jī)不進(jìn)行增容改造。

1 發(fā)電機(jī)主要數(shù)據(jù)

額定容量：200MVA；額定電壓：18kV；功率因數(shù)：0.9；額定轉(zhuǎn)速：142.9r/min；轉(zhuǎn)子重量：390t；磁軛重量：210t；轉(zhuǎn)子支架重量：65t。

2 可拆卸式磁軛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

磁軛是水輪發(fā)電機(jī)磁路的組成部分，也是固定磁極的結(jié)構(gòu)部件。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，磁軛需承受轉(zhuǎn)矩、離心力、熱應(yīng)力等的綜合作用，因此要求其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、牢靠；此外磁軛還是水輪發(fā)電機(jī)組飛輪力矩的重要組成部分，其重量非常大，是整個(gè)電站的最重部件。磁軛由磁軛沖片、通風(fēng)槽片、磁軛拉緊螺桿、磁軛壓板、磁軛鍵、制動(dòng)環(huán)等零部件組成，如圖1所示。

圖1 磁軛結(jié)構(gòu)

利用層間交錯(cuò)一定的極距并正、反向疊片的方式，通過(guò)磁軛拉緊螺桿沿軸向拉緊，形成一個(gè)整體。磁軛沿軸向設(shè)有數(shù)道徑向通風(fēng)溝，通風(fēng)溝的高度和數(shù)量需滿足通風(fēng)冷卻的要求；同時(shí)為了增加通風(fēng)的均勻性和風(fēng)量，磁軛沖片片間還留有一定數(shù)量徑向通風(fēng)隙，通風(fēng)隙的數(shù)量與磁軛沖片的大小和疊片方式有關(guān)；磁軛與轉(zhuǎn)子支架采用徑、切向復(fù)合鍵的連接結(jié)構(gòu)，其能保證轉(zhuǎn)子在各種工況下運(yùn)行時(shí)的圓度、同心度及氣隙的均勻度，并保證實(shí)際運(yùn)行氣隙在考慮安裝偏差、過(guò)速等情況后和設(shè)計(jì)值相符。

常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)的磁軛是在安裝間內(nèi)裝配成整體后，掛裝磁極然后轉(zhuǎn)子整體吊入機(jī)坑；本擴(kuò)機(jī)工程水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量約為390t，廠房?jī)?nèi)橋機(jī)最大起吊能力為200t，不能滿足機(jī)組安裝時(shí)的起吊要求；同時(shí)轉(zhuǎn)子下方的推力軸承和水輪機(jī)部件需要吊出機(jī)坑機(jī)檢修，因廠房?jī)?nèi)橋機(jī)不具備起吊整個(gè)轉(zhuǎn)子的能力，無(wú)法形成檢修通道，不滿足檢修要求。經(jīng)復(fù)核，橋機(jī)只具有單獨(dú)起吊轉(zhuǎn)子支架的能力，而水輪發(fā)電機(jī)磁軛疊裝在轉(zhuǎn)子支架立筋腿掛鉤上，磁軛與轉(zhuǎn)子支架不能與拆卸，不能單獨(dú)起吊轉(zhuǎn)子支架。

為了滿足電站起吊及檢修的要求，本擴(kuò)機(jī)工程必須考慮磁軛與轉(zhuǎn)子支架可拆卸的結(jié)構(gòu)。磁軛與轉(zhuǎn)子支架連接結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 磁軛與轉(zhuǎn)子支架連接結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)時(shí)將磁軛沖片鍵槽處局部向內(nèi)徑方向凸出，安裝時(shí)，先將轉(zhuǎn)子支架吊入發(fā)電機(jī)機(jī)坑內(nèi)，并以轉(zhuǎn)子支架為基準(zhǔn)在機(jī)坑內(nèi)疊裝磁軛、掛裝磁極及相關(guān)零部件安裝。機(jī)組檢修時(shí)，先將磁極吊出，然后將磁軛加熱到一定溫度，使之與轉(zhuǎn)子支架分離，將磁軛主鍵、磁軛副鍵、磁軛小鍵拔出，這時(shí)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子支架到一合適的角度，使轉(zhuǎn)子支架立筋腿掛鉤切向避開(kāi)磁軛的凸出部分，單獨(dú)吊出轉(zhuǎn)子支架，此時(shí)磁軛落在制動(dòng)器上，磁軛內(nèi)徑作為推力軸承及水輪機(jī)部件檢修時(shí)吊裝通道。

和常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)一樣，可拆卸式磁軛需與轉(zhuǎn)子支架保持有一定的緊量，使機(jī)組在分離轉(zhuǎn)速下，磁軛與轉(zhuǎn)子支架不分離；同時(shí)也需考慮在機(jī)組檢修需要拆卸轉(zhuǎn)子支架時(shí)，因緊量過(guò)大，每次分離磁軛與轉(zhuǎn)子支架，都需將磁軛加熱到很高溫度才能分離，溫度過(guò)高可能對(duì)機(jī)坑內(nèi)相鄰的定子線棒和鐵心等的絕緣材料造成一定的損傷。常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)采用徑向在磁軛鍵與轉(zhuǎn)子支架立筋之間加墊片的方式調(diào)整緊量，墊片安裝和拆除時(shí)十分不便且極易受到損害，不適合經(jīng)常性拆裝；考慮到多次拆裝轉(zhuǎn)子支架的要求，可拆卸式磁軛與轉(zhuǎn)子支架連接結(jié)構(gòu)將墊片更換為磁軛楔鍵，每次通過(guò)調(diào)整打鍵的軸向深度來(lái)調(diào)整磁軛緊量。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著機(jī)組容量的不斷增大，水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的重量也越來(lái)越大，電站廠房?jī)?nèi)需安裝更大載重量的起吊設(shè)備，增加了電站整體建設(shè)成本；同時(shí)一些增容改造機(jī)組，增容后轉(zhuǎn)子的重量也會(huì)增大，但廠房?jī)?nèi)原有橋機(jī)的載重能力有限，影響了增容后轉(zhuǎn)子的起吊。2013年11月25日該電站首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，2014年2月14日第二臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，可拆卸式磁軛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在該電站兩臺(tái)擴(kuò)機(jī)改造機(jī)組的成功應(yīng)用，為解決以后大型電站增容改造與廠房原有起吊能力限制的矛盾提供了新的解決方案，具有很大的推廣價(jià)值。

[1] 白延年.水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1982.

[2] 陳錫.水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與維修.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.

[3] 于洪波.水輪機(jī)接力器壓緊行程試驗(yàn)與調(diào)整.防爆電機(jī)，2014.3.

[4] 明野.水輪發(fā)電機(jī)磁極線圈溫升偏高研究分析.防爆電機(jī)，2013.4.

Structural Design of Detachable Magnet Yoke of Large Vertical Hydro-Generator

LiuYuandLiLei

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

This paper introduces a lifting capacity limiting problem of bridge crane in a plant of expanding and modification project of a overseas hydropower station, presents a suitable detachable structure of rotor magnet yoke. It not only meets requirements of installation and maintenance, but also provides more references to control the followed construction cost of power station and to expand and modify unit.

Lifting capacity；detachable type；magnet yoke structure；expanding and modification

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.03.04

TM312

A

1008-7281(2017)03-0012-002

劉宇 男 1982年生；畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)工作.

2016-10-18