黃小紅，小野田勉（. 東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，杭州 3000；. 株式會社東芝，橫濱 30-0045）

環(huán)形基礎(chǔ)在高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用

黃小紅1，小野田勉2
（1. 東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，杭州 310020；2. 株式會社東芝，橫濱 230-0045）

作為下機(jī)架和定子的共用基礎(chǔ)-環(huán)形基礎(chǔ)，既承受傳到下機(jī)架上的作用力，也承受傳到定子上的作用力，其中，不平衡磁拉力作為內(nèi)應(yīng)力可以一部分相互抵消，整體剛性好，對軸系穩(wěn)定有著很好的作用，同時也作為下部風(fēng)路的回路，優(yōu)化了混凝土結(jié)構(gòu)，適用于高轉(zhuǎn)速機(jī)組。

環(huán)形基礎(chǔ)；軸系穩(wěn)定；高速機(jī)組

0 引言

對于立軸水輪發(fā)電機(jī)，通常發(fā)電機(jī)的定子通過定子基礎(chǔ)板固定在混凝土基礎(chǔ)上，下機(jī)架通過下機(jī)架基礎(chǔ)板固定在混凝土基礎(chǔ)上，幵且基礎(chǔ)板多采用分塊式的結(jié)構(gòu)形式。東芝在高轉(zhuǎn)速機(jī)組上，尤其是抽水蓄能機(jī)組上大量采用了定子與下機(jī)架基礎(chǔ)一體化的環(huán)形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。本文將重點介紹東芝環(huán)形基礎(chǔ)在高轉(zhuǎn)速機(jī)組上的有關(guān)應(yīng)用。

1 環(huán)形基礎(chǔ)的應(yīng)用

1.1環(huán)形基礎(chǔ)應(yīng)用背景

在東芝設(shè)計的日本九州電力公司的大平2號機(jī)組上環(huán)形基礎(chǔ)得到首次應(yīng)用。大平2號機(jī)是265MVA、400r/min的抽水蓄能機(jī)組，如圖1所示。在上世紀(jì)70年代，東芝開始進(jìn)入大容量、高轉(zhuǎn)速機(jī)組的發(fā)展時代，傳統(tǒng)的自帶轉(zhuǎn)子風(fēng)扇通風(fēng)系統(tǒng)已不能滿足通風(fēng)的需要，從而外置式的電動風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)系統(tǒng)得到應(yīng)用。另外，由于轉(zhuǎn)速比較高，水輪機(jī)機(jī)坑徑與定子鐵心內(nèi)徑差相對比較小。這樣既作為下部風(fēng)路的回路，也作為對混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，定子與下機(jī)架基礎(chǔ)一體化的環(huán)形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)就形成幵成功地在大平2號機(jī)組上得到首次應(yīng)用。

之后大容量、高轉(zhuǎn)速的抽水蓄能機(jī)組中也多采用這種環(huán)形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

對于高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組，由于水輪機(jī)機(jī)坑徑與定子鐵心內(nèi)徑差往往存在相對比較小的傾向，因此，定子與下機(jī)架基礎(chǔ)一體化的環(huán)形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在高轉(zhuǎn)速機(jī)組中也得到大量的應(yīng)用。

圖1　大平發(fā)電電動機(jī)斷面圖

1.2環(huán)形基礎(chǔ)的特點

定子與下機(jī)架基礎(chǔ)一體化的環(huán)形基礎(chǔ)具有以下特點：

（1）混凝土基礎(chǔ)形狀簡單

對于分塊式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，為了形成風(fēng)道，通常需要在各分塊定子基礎(chǔ)混凝土之間開設(shè)專門的風(fēng)道。而采用環(huán)形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)后，混凝土基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)相對簡單，在環(huán)形基礎(chǔ)的壁板上直接開孔就可以形成多個必要的風(fēng)道。另外，將定子基礎(chǔ)和下機(jī)架基礎(chǔ)兩個分開的基礎(chǔ)合為一個共用的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步優(yōu)化。

（2）定子和下機(jī)架基礎(chǔ)一體化，便于安裝

定子和下機(jī)架基礎(chǔ)一體化，共用一個基礎(chǔ)，現(xiàn)場定中心和調(diào)水平的工作大大減少。對于有工場試驗要求的機(jī)組優(yōu)勢就更加明顯。

（3）基礎(chǔ)上的徑向作用力減小

圖2　基礎(chǔ)受力示意圖

從圖2可以看出，定子基礎(chǔ)處的徑向作用力Pf1大小為

下機(jī)架基礎(chǔ)處的徑向作用力Pf2大小為

（4）相對分塊式的基礎(chǔ)，剛性更好

對于不設(shè)防振支撐，機(jī)架為支臂式的分塊式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)的徑向剛性如式（4）所示，

采用分塊式基礎(chǔ)時，單個基礎(chǔ)的徑向剛性是以基礎(chǔ)板對應(yīng)投影到基礎(chǔ)上的面積來考慮的。以200MVA容量級的發(fā)電機(jī)來說，單個基礎(chǔ)的徑向剛性通常為200t/mm左右。當(dāng)采用環(huán)形基礎(chǔ)時，整周的基礎(chǔ)上埋設(shè)有高強(qiáng)度的基礎(chǔ)底板，這種情況下基礎(chǔ)的徑向剛性非常大，以至于導(dǎo)軸承處的徑向綜合剛性計算時可忽略基礎(chǔ)的徑向剛性因素的影響。從式（3）可知，基礎(chǔ)徑向剛性無限大時，可以忽略基礎(chǔ)對于剛性的影響，從而，導(dǎo)軸承處的綜合徑向剛性會更好，軸系更穩(wěn)定。

（4）制作成本高

環(huán)形基礎(chǔ)多方面的優(yōu)點得到廣大業(yè)主的一致好評。但由于環(huán)形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外形尺寸大，增加了本體的總重，在中、低轉(zhuǎn)速的機(jī)組上很少應(yīng)用。

1.3東芝公司采用環(huán)形基礎(chǔ)的業(yè)績

從大平電站以后，抽水蓄能機(jī)組上多采用了環(huán)形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，表1是東芝公司采用環(huán)形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的部分典型業(yè)績，除了帶*的有峰和Bogong電站，其余均為抽水蓄能電站。

表1　東芝環(huán)形基礎(chǔ)業(yè)績表

1.4我公司采用環(huán)形基礎(chǔ)的業(yè)績

近年來，我公司也陸續(xù)引進(jìn)了東芝的環(huán)形基礎(chǔ)設(shè)計理念，在高轉(zhuǎn)速機(jī)組四川溪古電站（92.2MVA，500r/min）設(shè)計時首次采用了該結(jié)構(gòu)。我公司采用環(huán)形基礎(chǔ)的業(yè)績?nèi)绫?。

表2　我公司環(huán)形基礎(chǔ)業(yè)績表

2 結(jié)束語

本文通過我公司和東芝公司對于環(huán)形基礎(chǔ)在高速機(jī)上獲得成功應(yīng)用的介紹，為水輪機(jī)坑徑與定子鐵心內(nèi)徑差比較小的高轉(zhuǎn)速機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計提供一種思路，為今后水輪發(fā)電機(jī)在高轉(zhuǎn)速機(jī)組的基礎(chǔ)設(shè)計提供借鑒。

黃小紅（1975-），2000年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)，一直仍事水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計工作，工程師。

審稿人：呂桂萍

Application of Ring Base in High Speed Hydro Generator

HUANG Xiaohong1, ONODA Tsutomu2
(1. Toshiba Hydro Power (Hangzhou) Co., Ltd., Hangzhou310020, China; 2. Toshiba Corporation, Yokohama 230-0045, Japan)

As common base for stator and lower bracket, the ring base is under the action of force from stator and the lower bracket, in which, the unbalance load by magnetic pull force is become of internal force and some of them counteract each other. It has good rigid integrally. It is benefit for shaft stability. At the same time, the ring base is the circuit of the lower ventilation and optimize the concrete structure, especially adjustable for high speed unit.

ring base; shaft stability; high speed unit

TM355

A

1000-3983(2016)03-0013-02

2015-02-03

[1] 白延年水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計與計算[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 1982年.