大型水轮发电机定转子热膨胀变形分析研究

2014-07-24陈光辉吴和静李雪明

上海大中型电机 2014年4期

关键词：机座水轮铁心

陈光辉，吴和静，田超，李雪明

(1. 水力发电设备国家重点实验室，黑龙江哈尔滨 150040；2. 黑龙江东方学院, 黑龙江哈尔滨 150086； 3. 吉林省劳动技术学校，长春 130000)

大型水轮发电机定转子热膨胀变形分析研究

陈光辉1，吴和静2，田超1，李雪明3

(1. 水力发电设备国家重点实验室，黑龙江哈尔滨 150040；2. 黑龙江东方学院, 黑龙江哈尔滨 150086； 3. 吉林省劳动技术学校，长春 130000)

指出了我国国内大部分在运行700 MW及以上的机组都存在实测气隙比设计气隙偏小的问题，它导致机组振动数值变大，影响机组的安全稳定运行。指出了定转子的热膨胀变形是影响定转子之间动态气隙变小的主要因素之一。通过对大型水轮发电机定转子的热膨胀变形进行分析研究，为解决水轮大电机定转子之间动态气隙偏小问题提供参考依据。

水轮发电机；定子；转子；气隙；热膨胀变形

0 引言

目前，我国国内大部分水轮发电机在运行机组都存在实测气隙比设计气隙偏小的问题。气隙不均匀导致不平衡磁拉力变大，机组的振动数值变大，影响机组的安全稳定运行，所以解决气隙偏小的问题十分重要。

影响水轮发电机定转子之间气隙的因素有很多。其中定、转子热膨胀变形是影响定转子之间动态气隙变小的主要因素之一。

笔者以在运行某台700 MW水轮发电机组为例，针对该电站的水轮发电机定转子的热膨胀进行分析，为解决水轮发电机定转子之间动态气隙偏小问题提供参考依据。

1 转子的热变形分析

1.1 转子热打键变形分析

转子支架与磁轭用磁轭键进行连接。磁轭键的打入分2次进行。先进行冷状态下打键，后进行热状态下打键。冷状态是打入半径方向偏小的几个区间的磁轭键，调整磁轭圆度之后将全部磁轭键打紧。为了保证磁轭与转子支臂之间有足够的紧量，采取热打键的方法，使转子支臂与磁轭间形成温差而增大间隙，再将磁轭键对称打入。转子磁轭热打键会产生一定的变形影响。此处的热打键变形是不可恢复的，对机组在正常运行时气隙的变化有直接的影响。真实地模拟此处的热打键紧量是分析气隙变化影响因素的一个重要先提条件。

磁轭键打入深度为[1]：

(1)

式中：δ为磁轭单侧紧量，mm；J为磁轭键斜率，通常为1/200。

该电站是单机容量为700 MW的混流式水轮发电机机组。磁轭与转子支架之间所采取的3 mm打键紧量的作用下，各部件的径向变形情况如图1所示。磁轭与转子支架之间的热打键紧量根据部件的材料特性进行自行分配，各部件的变形结果如表1所示。

表1 水轮发电机3 mm热打键紧量转子各部件

图1 水轮发电机转子3 mm热打键紧量各部件径向变形

1.2 转子的热膨胀变形分析

水轮发电机转子在机组运行过程中存在励磁电流[2]。转子支架相对于转子磁轭部位温度变化幅度较小，所以转子的热膨胀变形主要集中在转子磁轭部位。转子磁轭热膨胀变形计算的结果如表2所示。转子磁轭的温度载荷分布如图2所示。图3为转子磁轭的热膨胀变形分布。从计算结果中我们可以看到，转子磁轭的热变形主要集中在中间部位，变形值随着温度升高而增大。

表2 发电机转子热膨胀变形计算结果 mm

图2 发电机转子磁轭温度载荷分布

图3 转子磁轭热膨胀变形分布

2 定子的热膨胀变形分析

水轮发电机定子由机座和铁心组成。在机组运行时，定子会由于温升产生热膨胀变形。随着大容量低转速水轮发电机定子直径的增大，定子铁心与机座间存在过大的热应力使铁心产生翘曲变形[3]。定子铁心与机座间存在较大温差。铁心的热膨胀对机座产生压应力，致使铁心变形，并且热膨胀力引起的变形随着机座直径的增大而愈显突出。铁心热膨胀引起的热变形对定转子之间气隙变化有直接的影响。

根据该电站现场温度实测数据，定子铁心内部温度为58℃，铁心背部温度为42℃，机座内部温度为36℃，机座外部环境温度为22℃。温度载荷分布情况如图4所示，表3为发电机定子热膨胀变形计算结果，定子各部件热膨胀变形分布如图5所示。