陳光輝，吳和靜，田 超，李雪明

(1. 水力發(fā)電設(shè)備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 黑龍江哈爾濱 150040；2. 黑龍江東方學(xué)院, 黑龍江哈爾濱 150086； 3. 吉林省勞動技術(shù)學(xué)校， 長春 130000)

大型水輪發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子熱膨脹變形分析研究

陳光輝1，吳和靜2，田 超1，李雪明3

(1. 水力發(fā)電設(shè)備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 黑龍江哈爾濱 150040；2. 黑龍江東方學(xué)院, 黑龍江哈爾濱 150086； 3. 吉林省勞動技術(shù)學(xué)校， 長春 130000)

指出了我國國內(nèi)大部分在運(yùn)行700 MW及以上的機(jī)組都存在實(shí)測氣隙比設(shè)計(jì)氣隙偏小的問題，它導(dǎo)致機(jī)組振動數(shù)值變大，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。指出了定轉(zhuǎn)子的熱膨脹變形是影響定轉(zhuǎn)子之間動態(tài)氣隙變小的主要因素之一。通過對大型水輪發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子的熱膨脹變形進(jìn)行分析研究，為解決水輪大電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間動態(tài)氣隙偏小問題提供參考依據(jù)。

水輪發(fā)電機(jī)；定子；轉(zhuǎn)子；氣隙；熱膨脹變形

0 引言

目前，我國國內(nèi)大部分水輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行機(jī)組都存在實(shí)測氣隙比設(shè)計(jì)氣隙偏小的問題。氣隙不均勻?qū)е虏黄胶獯爬ψ兇螅瑱C(jī)組的振動數(shù)值變大，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以解決氣隙偏小的問題十分重要。

影響水輪發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間氣隙的因素有很多。其中定、轉(zhuǎn)子熱膨脹變形是影響定轉(zhuǎn)子之間動態(tài)氣隙變小的主要因素之一。

筆者以在運(yùn)行某臺700 MW水輪發(fā)電機(jī)組為例，針對該電站的水輪發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子的熱膨脹進(jìn)行分析，為解決水輪發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間動態(tài)氣隙偏小問題提供參考依據(jù)。

1 轉(zhuǎn)子的熱變形分析

1.1 轉(zhuǎn)子熱打鍵變形分析

轉(zhuǎn)子支架與磁軛用磁軛鍵進(jìn)行連接。磁軛鍵的打入分2次進(jìn)行。先進(jìn)行冷狀態(tài)下打鍵，后進(jìn)行熱狀態(tài)下打鍵。冷狀態(tài)是打入半徑方向偏小的幾個(gè)區(qū)間的磁軛鍵，調(diào)整磁軛圓度之后將全部磁軛鍵打緊。為了保證磁軛與轉(zhuǎn)子支臂之間有足夠的緊量，采取熱打鍵的方法，使轉(zhuǎn)子支臂與磁軛間形成溫差而增大間隙，再將磁軛鍵對稱打入。轉(zhuǎn)子磁軛熱打鍵會產(chǎn)生一定的變形影響。此處的熱打鍵變形是不可恢復(fù)的，對機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)氣隙的變化有直接的影響。真實(shí)地模擬此處的熱打鍵緊量是分析氣隙變化影響因素的一個(gè)重要先提條件。

磁軛鍵打入深度為[1]：

(1)

式中：δ為磁軛單側(cè)緊量，mm；J為磁軛鍵斜率，通常為1/200。

該電站是單機(jī)容量為700 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組。磁軛與轉(zhuǎn)子支架之間所采取的3 mm打鍵緊量的作用下，各部件的徑向變形情況如圖1所示。磁軛與轉(zhuǎn)子支架之間的熱打鍵緊量根據(jù)部件的材料特性進(jìn)行自行分配，各部件的變形結(jié)果如表1所示。

表1 水輪發(fā)電機(jī)3 mm熱打鍵緊量轉(zhuǎn)子各部件

圖1 水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子3 mm熱打鍵緊量各部件徑向變形

1.2 轉(zhuǎn)子的熱膨脹變形分析

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在機(jī)組運(yùn)行過程中存在勵磁電流[2]。轉(zhuǎn)子支架相對于轉(zhuǎn)子磁軛部位溫度變化幅度較小，所以轉(zhuǎn)子的熱膨脹變形主要集中在轉(zhuǎn)子磁軛部位。轉(zhuǎn)子磁軛熱膨脹變形計(jì)算的結(jié)果如表2所示。轉(zhuǎn)子磁軛的溫度載荷分布如圖2所示。圖3為轉(zhuǎn)子磁軛的熱膨脹變形分布。從計(jì)算結(jié)果中我們可以看到，轉(zhuǎn)子磁軛的熱變形主要集中在中間部位，變形值隨著溫度升高而增大。

表2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱膨脹變形計(jì)算結(jié)果 mm

圖2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛溫度載荷分布

圖3 轉(zhuǎn)子磁軛熱膨脹變形分布

2 定子的熱膨脹變形分析

水輪發(fā)電機(jī)定子由機(jī)座和鐵心組成。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，定子會由于溫升產(chǎn)生熱膨脹變形。隨著大容量低轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)定子直徑的增大，定子鐵心與機(jī)座間存在過大的熱應(yīng)力使鐵心產(chǎn)生翹曲變形[3]。定子鐵心與機(jī)座間存在較大溫差。鐵心的熱膨脹對機(jī)座產(chǎn)生壓應(yīng)力，致使鐵心變形，并且熱膨脹力引起的變形隨著機(jī)座直徑的增大而愈顯突出。鐵心熱膨脹引起的熱變形對定轉(zhuǎn)子之間氣隙變化有直接的影響。

根據(jù)該電站現(xiàn)場溫度實(shí)測數(shù)據(jù)，定子鐵心內(nèi)部溫度為58℃，鐵心背部溫度為42℃，機(jī)座內(nèi)部溫度為36℃，機(jī)座外部環(huán)境溫度為22℃。溫度載荷分布情況如圖4所示，表3為發(fā)電機(jī)定子熱膨脹變形計(jì)算結(jié)果，定子各部件熱膨脹變形分布如圖5所示。

表3 發(fā)電機(jī)定子熱膨脹變形計(jì)算結(jié)果 mm

圖4 發(fā)電機(jī)定子溫度載荷分布

圖5 定子各部件熱膨脹變形分布

3 結(jié)語

1) 水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架與磁軛之間是通過磁軛鍵進(jìn)行連接的。熱打鍵變形是不可恢復(fù)的，在機(jī)組安裝以后就已經(jīng)存在了。準(zhǔn)確地計(jì)算出此處的熱打鍵緊量，是進(jìn)行定轉(zhuǎn)子之間動態(tài)氣隙影響因素分析的基礎(chǔ)。

2) 水輪發(fā)電機(jī)定、

轉(zhuǎn)子的熱膨脹變形對氣隙變

化有一定的影響。由于定子的溫升比較大，轉(zhuǎn)子的溫升比較小，定子的熱膨脹變形比較明顯，定轉(zhuǎn)子的熱膨脹變形是影響氣隙變小的主要因素之一。

[1] 哈爾濱大電機(jī)研究所.水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1976：760-761.

[2] 楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析與工程應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社，2007：156-157.

[3] 劉鴻文.材料力學(xué)I[M].北京:高等教育出版社，2004：43-47.

·信息點(diǎn)滴·

美國首個(gè)N型太陽能板制造基地誕生

總裝機(jī)量200 MW

近日，美國Mission太陽能公司在德克薩斯布魯克斯空軍基地的太陽能板制造廠開幕。這個(gè)廠房是德克薩斯州唯一的N型太陽能電池和組件制造廠房，其制造的太陽能板將裝置在本地的太陽能農(nóng)場，產(chǎn)生新能源電力，并為相關(guān)社區(qū)和新能源經(jīng)濟(jì)的發(fā)展服務(wù)。

這個(gè)覆蓋面積達(dá)24萬平方尺的廠房將是美國第一個(gè)N型太陽能板制造基地。據(jù)悉，新技術(shù)制造的先進(jìn)太陽能組件比傳統(tǒng)的P型太陽能組件更為高效。這個(gè)720芯組件每組可產(chǎn)生320 W的電力，且工廠的生產(chǎn)率達(dá)到每小時(shí)50塊太陽能板。其產(chǎn)品總裝機(jī)量將達(dá)到200 MW。

20140402