陳玄鵬，王　帆，李玉坤

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組端部支撐墊塊設(shè)計

陳玄鵬，王帆，李玉坤

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：介紹了汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組端部支撐墊塊設(shè)計，涉及結(jié)構(gòu)布置方式、材料及裝配要求。發(fā)電機在正常運行、升降負荷及啟動盤車工況下，轉(zhuǎn)子線圈均受離心力及溫度變化引起的熱脹冷縮，為減小和防止線圈串位，引起匝間短路，以及產(chǎn)生的殘余形變，僅靠線圈銅線采用含銀銅排是不夠的，轉(zhuǎn)子線圈在端部的支撐及限位就尤為重要，端部支撐墊塊的作用就是保護端部線圈在各種工況下安全穩(wěn)定的運行。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機；轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子繞組；端部支撐墊塊；冷卻形式

0引言

端部支撐墊塊作為汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組中重要的一部分，其布置形式、結(jié)構(gòu)及位置限制均會影響發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。其中短路試驗發(fā)電機及燃汽輪發(fā)電機因其頻繁啟停的特性，端部線圈的限位則更為重要。對于機組頻率為60 Hz的線圈端部限位相對于機組頻率為50 Hz的線圈端部限位，需考慮額定轉(zhuǎn)速增加對端部支撐墊塊的影響。下面就線圈端部支撐墊塊布置方式與通風冷卻、機組運行特性及機組額定轉(zhuǎn)速作了介紹。

1轉(zhuǎn)子繞組端部支撐墊塊布置方式

1.1　端部絕緣墊塊材料的選用

發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組絕緣系統(tǒng)采用耐熱等級130℃或130℃以上的絕緣材料，即絕緣等級為F的絕緣材料。端部支撐墊塊常選用的材料牌號有3240環(huán)氧板、3242環(huán)氧板、3248環(huán)氧板，其材料主要性能比較見表1。

表1　材料主要性能比較

由表1可以看出牌號3240環(huán)氧板性能較差，3242環(huán)氧板性能居中，3248環(huán)氧板性能較好，此三種絕緣材料中，各發(fā)電機制造廠家采用3242環(huán)氧板的居多。

1.2　轉(zhuǎn)子繞組端部支撐墊塊的布置方式與線圈的冷卻方式有關(guān)

現(xiàn)有發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組端部線圈冷卻方式可分為如下幾類:1)端部兩路通風冷卻；2)端部一路通風冷卻；3)端部一路加補風冷卻；4)端部表面冷卻；5)端部通水冷卻(或其他液體冷卻)。墊塊的布置要考慮轉(zhuǎn)子線圈的冷卻形式，與冷卻介質(zhì)無關(guān)。

轉(zhuǎn)子線圈端部采用一路通風冷卻、一路加補風冷卻、端部表面冷卻，線圈端部均為高壓區(qū)，以及線圈端部采用通水冷卻，其端部支撐墊塊布置方式可分為全支撐形式和分段支撐形式兩種。

端部支撐墊塊采用全支撐形式，槽口支撐塊與順軸支撐墊塊通過撐板固定，使端弧部分線圈限位，對于大號線圈，撐板較長，需要增加撐塊，用于防止撐板發(fā)生彎曲及顫動，撐塊在避開線圈進出風口時，均勻分段布置，間隔距離一般在50~100 mm之間，亦可將撐板分段，在撐板間增加順軸支撐墊塊；橫軸支撐墊塊與順軸支撐墊塊接觸限位。

轉(zhuǎn)子繞組端部支撐墊塊全支撐形式布置見圖1。

圖1　轉(zhuǎn)子繞組端部支撐墊塊全支撐形式布置圖

全支撐墊塊布置方式，優(yōu)點是墊塊之間相互制約(槽口塊與順軸墊塊通過撐板限位，橫軸墊塊與順軸墊塊相交定位)不會發(fā)生位移，缺點是因端部支撐墊塊裝配飽滿、結(jié)構(gòu)較復雜、同時導致轉(zhuǎn)子繞組端部質(zhì)量增大、對護環(huán)強度要求較高一些。其中順軸墊塊根據(jù)線圈轉(zhuǎn)角部分形狀設(shè)計。若線圈轉(zhuǎn)角為直角，則順軸墊塊亦設(shè)計為直角形式(如圖2)。

圖2　轉(zhuǎn)子繞組端部支撐墊塊分段支撐形式布置圖

線圈端部支撐墊塊采用分段支撐形式，端部各墊塊之間相對孤立，無約束關(guān)系，裝配時通過尺寸定位約束，使其支撐端部線圈。

轉(zhuǎn)子繞組端部支撐墊塊分段支撐形式布置圖見圖2。

分段支撐墊塊布置方式的優(yōu)點是墊塊數(shù)量少、減小端部重量、對護環(huán)的強度影響減小、墊塊布置簡單；缺點是墊塊之間無限位制約、需采取固定措施防止發(fā)生位移、堵塞風口引起端部線圈發(fā)熱。

墊塊裝配需首先明確裝配位置，即圖2中的尺寸限位，限位盡量保證墊塊分布均勻，同時避開通風孔。槽口塊與護環(huán)扇形絕緣瓦的接觸長度不得小于20 mm，用以保證槽口塊不會產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)狀況。

順軸墊塊與橫軸墊塊的常用固定配合如圖3所示。

圖3　順軸墊塊與橫軸墊塊的固定配合

墊塊上開設(shè)沉孔，襯管外壁刷膠后裝入沉孔，待膠固化后用拉芯鉚釘將固定片與墊塊固定。按圖2尺寸限位要求裝配后，使用粘貼帶(現(xiàn)常用粘接帶為KAPTON帶)將固定片粘貼在線圈銅線外表面上。

轉(zhuǎn)子線圈端部采用兩路通風冷卻結(jié)構(gòu)。線圈端部風壓有高低之分，冷風經(jīng)過高壓風扇，沿軸柄導入后，進入線圈的進風口，此處冷卻風為高壓。冷卻風經(jīng)線圈內(nèi)部風道在極中心處的線圈出風口流出(熱風)，此處為低壓區(qū)。高壓區(qū)與低壓區(qū)使用風區(qū)擋板分隔形成。其中低壓區(qū)風室由風區(qū)擋板、軸柄、扇形風區(qū)擋板和轉(zhuǎn)軸本體端面組成，多數(shù)線圈裝配中的1號線圈匝數(shù)比其他線圈少一匝，所以1號線圈弧部與風區(qū)擋板接觸處需加裝擋風塊填補空隙。為盡量減小漏風，在風區(qū)擋板上側(cè)開槽，加裝橡膠條。風區(qū)擋板底側(cè)加裝彈簧片，支撐風區(qū)擋板與線圈接觸良好。端部支撐墊塊可采用全支撐形式或分段支撐形式。簡圖分別如下。

端部支撐墊塊采用全支撐形式簡圖(見圖4)

圖4　端部支撐墊塊采用全支撐形式

端部支撐墊塊采用分段支撐形式簡圖(見圖5)

圖5　端部支撐墊塊采用分段支撐形式

線圈端部兩路通風形式多用在容量較大的機組上，因其銅線損耗高，兩路通風冷卻可有效減小冷卻風道的長度(約為端部一路通風冷卻長度的一半)，端部溫升均勻。

端部支撐墊塊尺寸設(shè)計要在名義尺寸上考慮與其配合部件的公差，如槽口塊寬度尺寸要考慮槽襯厚度及轉(zhuǎn)子線圈寬度負差，防止槽口塊下沉。端部支撐墊塊裝配要求緊配，并需要求修配后涂刷防潮漆。

對于燃汽輪發(fā)電機、短路試驗發(fā)電機，因其頻繁起停的特性，端部支撐墊塊宜設(shè)計為全支撐結(jié)構(gòu)，防止機組在反復啟停的低轉(zhuǎn)速過程中及盤車過程中(計算表明，當機組轉(zhuǎn)速低于40 r/min左右時，墊塊重力將克服離心力)，支撐墊塊使其固定部件受力；經(jīng)頻繁受力沖擊，固定設(shè)施易被破壞，導致支撐墊塊發(fā)生位移堵塞通風孔以及脫落現(xiàn)象，危及機組安全，影響機組正常運行。

對于機組頻率為60 Hz的機組，因其額定轉(zhuǎn)速提高20%(相對50 Hz機組)，在轉(zhuǎn)子繞組端部重量相同時，護環(huán)應(yīng)力將增加1.44倍，因此60 Hz機組轉(zhuǎn)子繞組端部墊塊支撐結(jié)構(gòu)宜選擇分段支撐形式，可有效降低護環(huán)應(yīng)力。

2結(jié)語

通過發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組端部冷卻形式及機組運行特點，對轉(zhuǎn)子繞組端部支撐墊塊的布置結(jié)構(gòu)進行分析，指出其結(jié)構(gòu)的特點，對發(fā)電機繞組新設(shè)計及改型具有指導性意義。