犍為大型臥式水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：本文介紹岷江犍單機(jī)容量為55.6MW、定子外徑為9.5m的大型臥式水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程比較復(fù)雜，需要考慮制造、運(yùn)輸、安裝、維修等實(shí)際可行性，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)優(yōu)化。本文就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)作以簡(jiǎn)述。

關(guān)鍵詞：臥式；貫流機(jī)；水輪發(fā)電機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.040

1 引言

犍為水電站機(jī)組型式[1]為：三相同步燈泡貫流式。勵(lì)磁系統(tǒng)采用微機(jī)型自并激可控硅靜止整流系統(tǒng)。

2 發(fā)電機(jī)基本參數(shù)

3 結(jié)構(gòu)說(shuō)明

發(fā)電機(jī)部分由燈泡頭、中間環(huán)、定轉(zhuǎn)子、軸承、冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)及其它輔助部件組成。

3.1 定子

定子部分由定子機(jī)座、定子鐵心、定子線圈等組成。

（1）定子機(jī)座。定子機(jī)座為兩瓣把合結(jié)構(gòu)。設(shè)有上下游法蘭、大齒壓板、中環(huán)等。上下齒壓板的壓指均采用非磁性材料。機(jī)座分兩瓣運(yùn)至工地把合組焊。

（2）定子鐵心。沖片采用低損、優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片。雙面涂覆F級(jí)絕緣漆，外側(cè)開(kāi)有鴿尾槽。鐵心疊裝采用穿心螺桿結(jié)構(gòu)，防松采用高強(qiáng)度碟簧壓緊，可有效防止長(zhǎng)期運(yùn)行后鐵心松動(dòng)。

（3）定子線圈。定子線圈具有互換性，采用條式波繞組，雙支路Y形聯(lián)接，線棒主絕緣引用VPI工藝。線圈兩端為防止起暈，部分做防暈處理，直線段采用先進(jìn)的換位方法，可減少損耗，降低線圈股間溫差。

3.2 轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子部分由轉(zhuǎn)子中心體、磁極、制動(dòng)環(huán)等部件組成。

（1）轉(zhuǎn)子中心體。轉(zhuǎn)子中心體通過(guò)有限元分析定為π形結(jié)構(gòu)，磁軛由Q345厚鋼板卷焊而成，并與圓盤(pán)焊成一體，相對(duì)現(xiàn)場(chǎng)疊片磁軛有安裝工期短、圓度好等優(yōu)點(diǎn)。磁軛圈加工磁極掛裝和徑向散熱通風(fēng)用孔。

（2）磁極。磁極由線圈、芯棒、沖片、阻尼環(huán)和端板等構(gòu)成。磁極鐵芯由冷軋薄鋼板沖片，中間用芯棒穿過(guò)端板并壓緊焊接。磁極線圈選用多邊形半硬紫銅排，有效增加散熱面積，控制線圈溫升。每層線圈匝層墊絕緣紙，最后與銅排熱壓為一體。極身四周設(shè)有角部絕緣，提高絕緣可靠性。磁極掛裝用徑向拉緊螺桿配合芯棒上的螺紋孔掛于磁軛圈上，現(xiàn)場(chǎng)拆裝方便。轉(zhuǎn)子設(shè)縱、橫阻尼繞組。阻尼環(huán)極間連接用銅片連接，簡(jiǎn)單可靠，檢修裝拆方便。

3.3 組合軸承

組合軸承由軸承支架、導(dǎo)軸承、推力軸承、推力鏡板、推力軸承座等組成。

（1）軸承支架。軸承支架支撐在水輪機(jī)內(nèi)殼體上，承載組合軸承重量。為了減小主軸撓度同時(shí)減輕導(dǎo)軸承負(fù)荷，軸承支架結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為碟形，往上游側(cè)凸出。

（2）導(dǎo)軸承。導(dǎo)軸承座位于軸承支架內(nèi)側(cè)，由導(dǎo)軸承座和導(dǎo)軸瓦組成。發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承采用圓筒型剛性支承結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，其中導(dǎo)軸瓦瓦面采用巴氏合金。相對(duì)一般球面軸承支承結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)組的可靠性和穩(wěn)定性。

（3）推力軸承。正反推力軸承均采用巴氏合金瓦，各由12塊扇形推力瓦組成。推力軸承有正向水推力和反向水推力。正常運(yùn)行時(shí)正向水推力作用在正向推力軸承，非正常時(shí)反向水推力作用在反向推力軸承。 正向水推力作用到正向推力瓦后傳遞到彈性圓盤(pán)，此圓盤(pán)結(jié)構(gòu)有受力均勻、體形小、結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。反向水推力作用到反向推力瓦后傳遞到剛性支柱。兩種支撐在現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)，均不用刮瓦或調(diào)整受力。

（4）推力鏡板。推力鏡板分瓣焊接而成。為保證垂直度和平面度，在工廠與主軸把合車(chē)削，可方便地進(jìn)行拆裝檢修。

3.4 通風(fēng)冷卻系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)采用軸向和徑向通風(fēng)、閉路循環(huán)、流道壁式水水二次冷卻方式。

通風(fēng)冷卻系統(tǒng)由空冷器、風(fēng)道、風(fēng)機(jī)等組成。

通風(fēng)循環(huán)路徑：風(fēng)機(jī)鼓出的冷風(fēng)一部分從上游側(cè)定子線圈端部及磁軛圈徑向通風(fēng)孔沿磁極間進(jìn)入定子鐵心通風(fēng)溝，另一部分通過(guò)轉(zhuǎn)子支架圓盤(pán)通風(fēng)孔到下游側(cè)，沿圓盤(pán)下游側(cè)的磁軛圈徑向通風(fēng)孔由極間進(jìn)入定子鐵心通風(fēng)溝，以及進(jìn)入定轉(zhuǎn)子下游側(cè)端部，大部分風(fēng)通過(guò)磁軛圈徑向通風(fēng)孔沿極間進(jìn)入定子鐵心。冷卻定、轉(zhuǎn)子后的熱風(fēng)，沿定子鐵心軛部后的機(jī)座環(huán)板通風(fēng)孔后經(jīng)導(dǎo)風(fēng)板冷卻上游側(cè)線棒端部后進(jìn)入空氣冷卻器。冷卻后的空氣經(jīng)風(fēng)道由風(fēng)機(jī)鼓出進(jìn)入下一次循環(huán)。

3.5 制動(dòng)系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)設(shè)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)器采用氣壓制動(dòng)和氣壓復(fù)位，正常制動(dòng)氣缸壓力為0.5～0.8MPa，共6只，動(dòng)作靈活可靠。制動(dòng)閘板采用耐熱、耐磨的非金屬無(wú)石棉材料。

3.6 中間環(huán)、燈泡頭及豎井

中間環(huán)兩瓣現(xiàn)場(chǎng)把合組焊后，與定子機(jī)座法蘭把合。燈泡頭中間環(huán)現(xiàn)場(chǎng)把合后封水焊。其內(nèi)部構(gòu)件有檢修平臺(tái)、中性點(diǎn)裝置、受油器等。

豎井為圓筒形，設(shè)有豎井蓋板，電纜和油氣水管路由此引出，也作為進(jìn)人通道。

3.7 輔助支撐

中間環(huán)下部設(shè)有垂直支撐，兩側(cè)設(shè)有水平防震支撐。垂直支撐可輔助支撐燈泡體內(nèi)各部件總重。

3.8 其它輔助裝置

（1）滅火裝置。定子上游側(cè)與下游側(cè)兩端均設(shè)有滅火環(huán)管，并配置水霧噴頭。發(fā)電機(jī)腔內(nèi)配有感溫感煙探頭，發(fā)生警報(bào)時(shí)，可手動(dòng)或自動(dòng)操作進(jìn)行供水滅火。

（2）防潮排水。預(yù)防發(fā)電機(jī)在停機(jī)狀態(tài)時(shí)受潮，機(jī)組內(nèi)配有兩臺(tái)除濕器，設(shè)置于燈泡頭和定轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，并在定轉(zhuǎn)子腔內(nèi)配置加熱器。燈泡頭內(nèi)壁涂防結(jié)露漆，除濕器和加熱器在機(jī)組停機(jī)時(shí)運(yùn)行，防止燈泡體內(nèi)發(fā)生結(jié)露。燈泡體內(nèi)設(shè)置排水管，通過(guò)泡體外的管路將水引至集水井。

（3）軸電流危害防止?？紤]軸電流產(chǎn)生的危害，在軸承蓋上裝有軸電流檢測(cè)裝置。為防止軸電流燒瓦，在主軸水導(dǎo)水封處裝有接地碳刷，將電流經(jīng)電纜引至接地裝置。

參考文獻(xiàn)：

[1]白延年.水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1982：24-26.

[2]E·維德曼，W·科倫貝克爾.電機(jī)結(jié)構(gòu)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1976：3.

作者簡(jiǎn)介：呂威（1991-），男，浙江人，本科，工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)工作。