摘 要：本文介紹岷江犍單機容量為55.6MW、定子外徑為9.5m的大型臥式水輪發(fā)電機的結構設計，設計過程比較復雜，需要考慮制造、運輸、安裝、維修等實際可行性，因此在設計過程中反復優(yōu)化。本文就結構設計特點作以簡述。

關鍵詞：臥式；貫流機；水輪發(fā)電機；結構設計

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

1 引言

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

2 發(fā)電機基本參數(shù)

3 結構說明

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

3.1 定子

定子部分由定子機座、定子鐵心、定子線圈等組成。

（1）定子機座。定子機座為兩瓣把合結構。設有上下游法蘭、大齒壓板、中環(huán)等。上下齒壓板的壓指均采用非磁性材料。機座分兩瓣運至工地把合組焊。

（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級絕緣漆，外側開有鴿尾槽。鐵心疊裝采用穿心螺桿結構，防松采用高強度碟簧壓緊，可有效防止長期運行后鐵心松動。

（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，直線段采用先進的換位方法，可減少損耗，降低線圈股間溫差。

3.2 轉子

轉子部分由轉子中心體、磁極、制動環(huán)等部件組成。

（1）轉子中心體。轉子中心體通過有限元分析定為π形結構，磁軛由Q345厚鋼板卷焊而成，并與圓盤焊成一體，相對現(xiàn)場疊片磁軛有安裝工期短、圓度好等優(yōu)點。磁軛圈加工磁極掛裝和徑向散熱通風用孔。

（2）磁極。磁極由線圈、芯棒、沖片、阻尼環(huán)和端板等構成。磁極鐵芯由冷軋薄鋼板沖片，中間用芯棒穿過端板并壓緊焊接。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)場拆裝方便。轉子設縱、橫阻尼繞組。阻尼環(huán)極間連接用銅片連接，簡單可靠，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內(nèi)殼體上，承載組合軸承重量。為了減小主軸撓度同時減輕導軸承負荷，軸承支架結構呈現(xiàn)為碟形，往上游側凸出。

（2）導軸承。導軸承座位于軸承支架內(nèi)側，由導軸承座和導軸瓦組成。發(fā)電機導軸承采用圓筒型剛性支承結構，具有穩(wěn)定性好、強度高的優(yōu)點，其中導軸瓦瓦面采用巴氏合金。相對一般球面軸承支承結構，提高了機組的可靠性和穩(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。正常運行時正向水推力作用在正向推力軸承，非正常時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，此圓盤結構有受力均勻、體形小、結構形式簡單等優(yōu)點。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)場組裝時，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削，可方便地進行拆裝檢修。

3.4 通風冷卻系統(tǒng)

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

通風冷卻系統(tǒng)由空冷器、風道、風機等組成。

通風循環(huán)路徑：風機鼓出的冷風一部分從上游側定子線圈端部及磁軛圈徑向通風孔沿磁極間進入定子鐵心通風溝，另一部分通過轉子支架圓盤通風孔到下游側，沿圓盤下游側的磁軛圈徑向通風孔由極間進入定子鐵心通風溝，以及進入定轉子下游側端部，大部分風通過磁軛圈徑向通風孔沿極間進入定子鐵心。冷卻定、轉子后的熱風，沿定子鐵心軛部后的機座環(huán)板通風孔后經(jīng)導風板冷卻上游側線棒端部后進入空氣冷卻器。冷卻后的空氣經(jīng)風道由風機鼓出進入下一次循環(huán)。

3.5 制動系統(tǒng)

發(fā)電機設機械制動系統(tǒng)。制動器采用氣壓制動和氣壓復位，正常制動氣缸壓力為0.5～0.8MPa，共6只，動作靈活可靠。制動閘板采用耐熱、耐磨的非金屬無石棉材料。

3.6 中間環(huán)、燈泡頭及豎井

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

豎井為圓筒形，設有豎井蓋板，電纜和油氣水管路由此引出，也作為進人通道。

3.7 輔助支撐

中間環(huán)下部設有垂直支撐，兩側設有水平防震支撐。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。定子上游側與下游側兩端均設有滅火環(huán)管，并配置水霧噴頭。發(fā)電機腔內(nèi)配有感溫感煙探頭，發(fā)生警報時，可手動或自動操作進行供水滅火。

（2）防潮排水。預防發(fā)電機在停機狀態(tài)時受潮，機組內(nèi)配有兩臺除濕器，設置于燈泡頭和定轉子腔內(nèi)，并在定轉子腔內(nèi)配置加熱器。燈泡頭內(nèi)壁涂防結露漆，除濕器和加熱器在機組停機時運行，防止燈泡體內(nèi)發(fā)生結露。燈泡體內(nèi)設置排水管，通過泡體外的管路將水引至集水井。

（3）軸電流危害防止。考慮軸電流產(chǎn)生的危害，在軸承蓋上裝有軸電流檢測裝置。為防止軸電流燒瓦，在主軸水導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：

[1]白延年.水輪發(fā)電機設計與計算[M].機械工業(yè)出版社，1982：24-26.

[2]E·維德曼，W·科倫貝克爾.電機結構[M].機械工業(yè)出版社，1976：3.

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