汽輪發電機集電環機械設計計算

李 德，李志和，蘭 波，劉繼慧，李海龍

(1. 哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040；2. 哈爾濱大電機研究所，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

集電環也稱滑環，是汽輪發電機關鍵部件之一，其與電刷、轉子繞組配合，起到提供電機旋轉磁場的作用。現今汽輪發電機集電環普遍采用通過絕緣套筒整體套裝在軸上的結構方式，集電環、絕緣套筒與轉軸之間為典型過盈配合。發電機運行時，集電環既承受熱套過盈配合力的作用，同時又承受旋轉離心力的作用，受力情形較為復雜，故準確計算集電環機械應力對其結構設計具有重要的指導意義。資料顯示：熊東旭[1]對集電環的內外徑、軸向尺寸與材質，絕緣套筒厚度及配合緊量，集電環螺旋溝尺寸等問題給出設計建議；王迪等[2]基于有限元理論，采用ANSYS Workbench對1 000 MW汽輪發電機集電環裝配應力進行了三維仿真分析；汪耕等[3]就汽輪發電機集電環的材質、套裝工藝、冷卻方式、電腐蝕等問題進行過深刻討論，在進行汽輪發電機集電環設計時還應關注和避免集電環和電刷在發電機運行過程中的各類故障；史德利等[4]曾針對300 MW汽輪發電機集電環與電刷磨損發熱問題改進優化了相關結構；李賢明等[5]對發電機運行中電刷和集電環常見故障和處理方法也進行了系統的介紹。

本文基于經典彈性力學理論對汽輪發電機集電環、絕緣套筒與轉軸過盈配合變形協調方程進行了推導，計算了靜止、額定、超速三種工況下的集電環應力與分離轉速，并與ANSYS Workbench非線性接觸仿真結果進行對比，以驗證本文所推導的集電環機械設計計算方法的有效性。……