周旭明

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷的提升，在很大的程度上推進(jìn)了電力行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于電力來(lái)講其最關(guān)鍵的來(lái)源就是依賴于火力及水利。本文分析了大型水輪發(fā)電機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子等相關(guān)方面，并提出了實(shí)用性技術(shù)提升策略。

關(guān)鍵詞：大型水輪發(fā)電機(jī)；定子鐵芯；推力軸承

中圖分類號(hào)：TM312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中國(guó)有著豐富的水資源，是水電行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著諸多大型水利工程的建成，有效的推進(jìn)了我國(guó)水電發(fā)展，對(duì)應(yīng)的水電機(jī)組不斷的朝向大型及超大型發(fā)展。根據(jù)國(guó)內(nèi)水利發(fā)電工程學(xué)會(huì)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，到2020年，國(guó)內(nèi)的700MW水輪發(fā)電機(jī)數(shù)目將會(huì)超出150臺(tái)。大型水輪發(fā)電機(jī)具備非正常停機(jī)損失大、定轉(zhuǎn)子額定電壓較高以及發(fā)電機(jī)定子繞組的中性點(diǎn)引出方法極多等自身特點(diǎn)。

一、大型水輪發(fā)電機(jī)技術(shù)問(wèn)題分析

如圖1所示，定子鐵芯受力簡(jiǎn)示圖。

1 定子鐵芯熱膨脹

隨著國(guó)際科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)應(yīng)技術(shù)較為先進(jìn)的國(guó)家，水輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量逐漸擴(kuò)大，其對(duì)應(yīng)定子鐵芯的直徑也是持續(xù)增加，由最初的幾米持續(xù)發(fā)展至十幾米，或者說(shuō)還有超過(guò)20m的。相對(duì)直徑在成倍的提高，緊接著其鐵芯溫升所產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)徑向尺寸的膨脹量是在飛速提升，鐵芯以及機(jī)座之間的溫差所出現(xiàn)的徑向尺寸過(guò)量也隨之提升。水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯，其鐵芯的溫度升至為50℃時(shí)，那么鐵芯徑向膨脹就會(huì)達(dá)到11mm，鐵芯以及機(jī)座溫差是20℃時(shí)，那么其鐵芯以及機(jī)座的半徑方向過(guò)盈量就大概會(huì)是2mm，進(jìn)而促使定子鐵芯因?yàn)槠涫艿搅藱C(jī)座徑向壓力而存在極大的切向應(yīng)力。

2 定子鐵芯壓緊質(zhì)量

在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，大型水輪發(fā)電機(jī)盡管其機(jī)座能夠自由伸縮膨脹，對(duì)應(yīng)的鐵芯軸向單位相關(guān)面積壓力會(huì)大幅度下降，對(duì)應(yīng)的定子鐵芯就會(huì)出現(xiàn)翹曲的情況。要是其機(jī)座并不是全部膨脹，其對(duì)應(yīng)的單位壓力面積承受壓力會(huì)保持在10kgf/cmZ之下，這時(shí)其對(duì)應(yīng)定子鐵芯也還是會(huì)極有可能存在翹曲情況。

3 定子鐵芯分瓣

定子鐵芯的結(jié)構(gòu)是分瓣?duì)畹?，關(guān)于定子鐵芯的裝配，應(yīng)重視其鐵芯合縫位置會(huì)受到分布不均勻以及很難預(yù)測(cè)的對(duì)應(yīng)擠壓力，該擠壓力對(duì)定子鐵芯會(huì)造成不良的影響，這樣就在很大的程度上加劇了翹曲情況的出現(xiàn)。導(dǎo)致定子鐵芯在受到相關(guān)的力之后出現(xiàn)形變以及振動(dòng)、損壞等。

4 轉(zhuǎn)子支架剛度及圓盤形結(jié)構(gòu)

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)支架的結(jié)構(gòu)形式一般是根據(jù)其發(fā)電機(jī)容量以及轉(zhuǎn)速和尺寸、運(yùn)輸條件等相關(guān)條件來(lái)合理選定。通常在中型及小型或者是高速水輪發(fā)電機(jī)上利用較為簡(jiǎn)單的圓盤式或者是無(wú)支架轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。對(duì)于大型水輪發(fā)電機(jī)來(lái)講，其因?yàn)闀?huì)受到相關(guān)運(yùn)輸條件的制約，一般會(huì)利用中心體以及支臂裝配組合形成支臂式的轉(zhuǎn)子支臂。關(guān)于其對(duì)應(yīng)容量以及尺寸非常大的水輪發(fā)電機(jī)，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)通常使用的發(fā)電站裝配以及拼焊，大多都是多層圓盤式轉(zhuǎn)子支架。

二、大型水輪發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)改善

1 水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計(jì)

水輪機(jī)的最關(guān)鍵部件就是轉(zhuǎn)輪，其相關(guān)性能直接關(guān)系著對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)作經(jīng)濟(jì)性以及安全性、穩(wěn)定性。關(guān)于水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪水力性能設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外的研究差距很大，很多有關(guān)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)輪是使用國(guó)外引進(jìn)的相關(guān)技術(shù)，其自開發(fā)轉(zhuǎn)輪效率大約是95%，國(guó)外所引進(jìn)的轉(zhuǎn)輪效率能夠達(dá)到94%以上。國(guó)內(nèi)很多較大型工程有效的引進(jìn)了三維粘性流體數(shù)據(jù)庫(kù)為其最主要的基礎(chǔ)，再合理運(yùn)用其對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及相關(guān)模型制造水平的不斷提升，國(guó)內(nèi)在很短的時(shí)間內(nèi)關(guān)于模型轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計(jì)，跟上了世界的先進(jìn)水平。

2 大型水輪發(fā)電機(jī)推力軸承技術(shù)

大型發(fā)電機(jī)最關(guān)鍵的構(gòu)成部分就是推力軸承，其對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)以及制造技術(shù)是不是最優(yōu)化會(huì)直接關(guān)聯(lián)到水輪發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)作。想要合理的對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，就應(yīng)該注重其結(jié)構(gòu)以及性能參數(shù)，以便于有效提升運(yùn)作的可靠性。有關(guān)企業(yè)對(duì)其投入了大量的人力物力進(jìn)行全方位的分析研究。自主開發(fā)水輪發(fā)電機(jī)推力軸承的熱彈性流體動(dòng)力的潤(rùn)滑性能相關(guān)計(jì)算分析軟件，構(gòu)建了三萬(wàn)噸的對(duì)應(yīng)推力軸承試驗(yàn)臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)今世界上相關(guān)運(yùn)作中最大推力軸承試驗(yàn)臺(tái)。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果也在很多較大的水電站對(duì)應(yīng)推力軸承運(yùn)作實(shí)測(cè)過(guò)程中展開了一定程度的對(duì)比，以便于有效健全和提升推力軸承設(shè)計(jì)以及制作技術(shù)和測(cè)試技術(shù)。這些相關(guān)的工作也為水輪發(fā)電機(jī)的推力軸承設(shè)計(jì)以及制作工藝積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。

3 大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)方式

大型水輪發(fā)電機(jī)組的額定轉(zhuǎn)子電壓通常是較高的，可以超出500V，在強(qiáng)勵(lì)時(shí)是最高的，并且還伴隨著非常顯著的交流分量，這時(shí)直接性的將其取出的危險(xiǎn)性極高，并且其對(duì)應(yīng)電纜更不好選擇。我國(guó)的很多較大型水電機(jī)組在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)大都是利用轉(zhuǎn)子接地保護(hù)和失磁保護(hù)，并運(yùn)用轉(zhuǎn)子電壓測(cè)量對(duì)應(yīng)附件再就地安裝在相關(guān)的勵(lì)磁體系之內(nèi)，把較大功率的電阻安置在相關(guān)勵(lì)磁體系屏柜之內(nèi)，其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子電阻在分壓之后會(huì)長(zhǎng)距離的接進(jìn)發(fā)電機(jī)的保護(hù)屏柜中，這時(shí)轉(zhuǎn)子的接地保護(hù)功能就會(huì)在發(fā)電機(jī)的屏柜之內(nèi)很好的實(shí)現(xiàn)。

大型水輪發(fā)電機(jī)的機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)應(yīng)該合理的就地安置在對(duì)應(yīng)勵(lì)磁體系室內(nèi)，其失磁保護(hù)需要的相關(guān)電壓最好是通過(guò)變送器之后再接進(jìn)發(fā)電機(jī)的保護(hù)設(shè)備上，這樣能夠合理避免掉其高壓電纜存在長(zhǎng)距離引線，在很大程度上簡(jiǎn)化了勵(lì)磁回路并節(jié)約了長(zhǎng)距離進(jìn)行高壓控制的電纜費(fèi)用。

4 大型水輪發(fā)電機(jī)定子繞組主絕緣技術(shù)

有關(guān)公司關(guān)于定子繞組的地主絕緣是應(yīng)用了F級(jí)的桐馬環(huán)氧玻璃粉云母系統(tǒng)，其電機(jī)的主絕緣結(jié)構(gòu)以及防暈結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)繞組槽部、端部的相關(guān)固定結(jié)構(gòu)與各類絕緣材料，總體上來(lái)講均是都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并且國(guó)產(chǎn)的相關(guān)絕緣材料性能均是達(dá)到了國(guó)際化水平。線棒是多膠帶連接式包扎以及其外包防暈帶絕緣結(jié)構(gòu)，運(yùn)用對(duì)應(yīng)加熱橫壓來(lái)進(jìn)行固化，以致其能夠一次成型，其對(duì)應(yīng)線棒的尺寸應(yīng)該是統(tǒng)一的，且要具備較好的互換性。該F級(jí)桐馬環(huán)氧玻璃粉云母帶的絕緣運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)極為豐富以及對(duì)應(yīng)水電站不同電壓等級(jí)的較大型水輪發(fā)電機(jī)和其相關(guān)的出口機(jī)組之上。

5 大型水電機(jī)組結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度分析技術(shù)

經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外諸多企業(yè)的相關(guān)設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵器件剛強(qiáng)度性能展開大量有限元分析以及比對(duì)，也找出了不同企業(yè)對(duì)于同一個(gè)器件的設(shè)計(jì)差異。關(guān)于其結(jié)構(gòu)拓?fù)湟约皫缀涡螤詈桶搴癯叽绲日归_了系統(tǒng)化的分析，找出其關(guān)聯(lián)機(jī)組器件剛強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，對(duì)部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行的全方位的深刻認(rèn)識(shí)，形成了一定的結(jié)構(gòu)模式，再運(yùn)用其對(duì)應(yīng)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)建模，有效達(dá)到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及分析過(guò)程自動(dòng)化。其對(duì)應(yīng)的運(yùn)用變量分析技術(shù)定量分析出對(duì)應(yīng)主參數(shù)，并給設(shè)計(jì)師所需要的相關(guān)設(shè)計(jì)曲線，進(jìn)而給結(jié)構(gòu)改善及創(chuàng)新提供參考。運(yùn)用尺寸以及形狀充分結(jié)合優(yōu)化技術(shù)，能夠合理的找出板厚的配置以及幾何形狀均是合理化的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)。諸多水電機(jī)組結(jié)構(gòu)器件優(yōu)化設(shè)計(jì)均采用了相關(guān)研究成果，并得到了顯著的效果。

結(jié)語(yǔ)

水輪機(jī)正常的運(yùn)作狀態(tài)下，其對(duì)應(yīng)的定子鐵芯會(huì)承受切向電磁扭矩以及相關(guān)軸向重力，還有在水輪機(jī)快速運(yùn)作時(shí)其對(duì)應(yīng)定子鐵芯會(huì)存在一定程度的發(fā)熱，機(jī)座以及鐵芯均是不一樣的運(yùn)作情況，所以在溫度不一樣的狀態(tài)下就會(huì)存在溫差，對(duì)應(yīng)的高溫鐵芯會(huì)出現(xiàn)膨脹以及其座機(jī)的制約，座機(jī)對(duì)于鐵芯具備一個(gè)徑向壓力，和相關(guān)鐵芯膨脹力剛好是相反的；以及其對(duì)應(yīng)的定子鐵芯會(huì)受到轉(zhuǎn)子所具備的徑向磁拉力，和分瓣定子會(huì)被拼為整圓形態(tài)以配合其鐵芯共同進(jìn)行運(yùn)作。水輪機(jī)在運(yùn)作時(shí)其鐵芯會(huì)受到一定的熱膨脹，致使總體鐵芯對(duì)應(yīng)縫合面會(huì)受到不一樣方向所帶來(lái)的擠壓力，這樣會(huì)導(dǎo)致鐵芯出現(xiàn)損失的情況。因此，對(duì)大型水輪發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析研究是勢(shì)在必行的。

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