犍为大型卧式水轮发电机结构设计

摘 要：本文介绍岷江犍单机容量为55.6MW、定子外径为9.5m的大型卧式水轮发电机的结构设计，设计过程比较复杂，需要考虑制造、运输、安装、维修等实际可行性，因此在设计过程中反复优化。本文就结构设计特点作以简述。

关键词：卧式；贯流机；水轮发电机；结构设计

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

1 引言

犍为水电站机组型式[1]为：三相同步灯泡贯流式。励磁系统采用微机型自并激可控硅静止整流系统。

2 发电机基本参数

3 结构说明

发电机部分由灯泡头、中间环、定转子、轴承、冷却系统、自动化系统及其它辅助部件组成。

3.1 定子

定子部分由定子机座、定子铁心、定子线圈等组成。

（1）定子机座。定子机座为两瓣把合结构。设有上下游法兰、大齿压板、中环等。上下齿压板的压指均采用非磁性材料。机座分两瓣运至工地把合组焊。

（2）定子铁心。冲片采用低损、优质冷轧硅钢片。双面涂覆F级绝缘漆，外侧开有鸽尾槽。铁心叠装采用穿心螺杆结构，防松采用高强度碟簧压紧，可有效防止长期运行后铁心松动。

（3）定子线圈。定子线圈具有互换性，采用条式波绕组，双支路Y形联接，线棒主绝缘引用VPI工艺。线圈两端为防止起晕，部分做防晕处理，直线段采用先进的换位方法，可减少损耗，降低线圈股间温差。

3.2 转子

转子部分由转子中心体、磁极、制动环等部件组成。

（1）转子中心体。转子中心体通过有限元分析定为π形结构，磁轭由Q345厚钢板卷焊而成，并与圆盘焊成一体，相对现场叠片磁轭有安装工期短、圆度好等优点。磁轭圈加工磁极挂装和径向散热通风用孔。

（2）磁极。磁极由线圈、芯棒、冲片、阻尼环和端板等构成。磁极铁芯由冷轧薄钢板冲片，中间用芯棒穿过端板并压紧焊接。磁极线圈选用多边形半硬紫铜排，有效增加散热面积，控制线圈温升。每层线圈匝层垫绝缘纸，最后与铜排热压为一体。极身四周设有角部绝缘，提高绝缘可靠性。磁极挂装用径向拉紧螺杆配合芯棒上的螺纹孔挂于磁轭圈上，现场拆装方便。转子设纵、横阻尼绕组。阻尼环极间连接用铜片连接，简单可靠，检修装拆方便。

3.3 组合轴承

组合轴承由轴承支架、导轴承、推力轴承、推力镜板、推力轴承座等组成。

（1）轴承支架。轴承支架支撑在水轮机内壳体上，承载组合轴承重量。为了减小主轴挠度同时减轻导轴承负荷，轴承支架结构呈现为碟形，往上游侧凸出。

（2）导轴承。导轴承座位于轴承支架内侧，由导轴承座和导轴瓦组成。发电机导轴承采用圆筒型刚性支承结构，具有稳定性好、强度高的优点，其中导轴瓦瓦面采用巴氏合金。相对一般球面轴承支承结构，提高了机组的可靠性和稳定性。

（3）推力轴承。正反推力轴承均采用巴氏合金瓦，各由12块扇形推力瓦组成。推力轴承有正向水推力和反向水推力。正常运行时正向水推力作用在正向推力轴承，非正常时反向水推力作用在反向推力轴承。 正向水推力作用到正向推力瓦后传递到弹性圆盘，此圆盘结构有受力均匀、体形小、结构形式简单等优点。反向水推力作用到反向推力瓦后传递到刚性支柱。两种支撑在现场组装时，均不用刮瓦或调整受力。

（4）推力镜板。推力镜板分瓣焊接而成。为保证垂直度和平面度，在工厂与主轴把合车削，可方便地进行拆装检修。

3.4 通风冷却系统

发电机采用轴向和径向通风、闭路循环、流道壁式水水二次冷却方式。

通风冷却系统由空冷器、风道、风机等组成。

通风循环路径：风机鼓出的冷风一部分从上游侧定子线圈端部及磁轭圈径向通风孔沿磁极间进入定子铁心通风沟，另一部分通过转子支架圆盘通风孔到下游侧，沿圆盘下游侧的磁轭圈径向通风孔由极间进入定子铁心通风沟，以及进入定转子下游侧端部，大部分风通过磁轭圈径向通风孔沿极间进入定子铁心。冷却定、转子后的热风，沿定子铁心轭部后的机座环板通风孔后经导风板冷却上游侧线棒端部后进入空气冷却器。冷却后的空气经风道由风机鼓出进入下一次循环。

3.5 制动系统

发电机设机械制动系统。制动器采用气压制动和气压复位，正常制动气缸压力为0.5～0.8MPa，共6只，动作灵活可靠。制动闸板采用耐热、耐磨的非金属无石棉材料。

3.6 中间环、灯泡头及竖井

中间环两瓣现场把合组焊后，与定子机座法兰把合。灯泡头中间环现场把合后封水焊。其内部构件有检修平台、中性点装置、受油器等。

竖井为圆筒形，设有竖井盖板，电缆和油气水管路由此引出，也作为进人通道。

3.7 辅助支撑

中间环下部设有垂直支撑，两侧设有水平防震支撑。垂直支撑可辅助支撑灯泡体内各部件总重。

3.8 其它辅助装置

（1）灭火装置。定子上游侧与下游侧两端均设有灭火环管，并配置水雾喷头。发电机腔内配有感温感烟探头，发生警报时，可手动或自动操作进行供水灭火。

（2）防潮排水。预防发电机在停机状态时受潮，机组内配有两台除湿器，设置于灯泡头和定转子腔内，并在定转子腔内配置加热器。灯泡头内壁涂防结露漆，除湿器和加热器在机组停机时运行，防止灯泡体内发生结露。灯泡体内设置排水管，通过泡体外的管路将水引至集水井。

（3）轴电流危害防止。考虑轴电流产生的危害，在轴承盖上裝有轴电流检测装置。为防止轴电流烧瓦，在主轴水导水封处装有接地碳刷，将电流经电缆引至接地装置。

参考文献：

[1]白延年.水轮发电机设计与计算[M].机械工业出版社，1982：24-26.

[2]E·维德曼，W·科伦贝克尔.电机结构[M].机械工业出版社，1976：3.

作者简介：吕威（1991-），男，浙江人，本科，工程师，从事水轮发电机工作。