汽轮发电机转子绕组端部支撑垫块设计

陈玄鹏，王　帆，李玉坤

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨　150040)

汽轮发电机转子绕组端部支撑垫块设计

陈玄鹏，王帆，李玉坤

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

摘要：介绍了汽轮发电机转子绕组端部支撑垫块设计，涉及结构布置方式、材料及装配要求。发电机在正常运行、升降负荷及启动盘车工况下，转子线圈均受离心力及温度变化引起的热胀冷缩，为减小和防止线圈串位，引起匝间短路，以及产生的残余形变，仅靠线圈铜线采用含银铜排是不够的，转子线圈在端部的支撑及限位就尤为重要，端部支撑垫块的作用就是保护端部线圈在各种工况下安全稳定的运行。

关键词：汽轮发电机；转子；转子绕组；端部支撑垫块；冷却形式

0引言

端部支撑垫块作为汽轮发电机转子绕组中重要的一部分，其布置形式、结构及位置限制均会影响发电机组的安全稳定运行。其中短路试验发电机及燃汽轮发电机因其频繁启停的特性，端部线圈的限位则更为重要。对于机组频率为60 Hz的线圈端部限位相对于机组频率为50 Hz的线圈端部限位，需考虑额定转速增加对端部支撑垫块的影响。下面就线圈端部支撑垫块布置方式与通风冷却、机组运行特性及机组额定转速作了介绍。

1转子绕组端部支撑垫块布置方式

1.1　端部绝缘垫块材料的选用

发电机转子绕组绝缘系统采用耐热等级130℃或130℃以上的绝缘材料，即绝缘等级为F的绝缘材料。端部支撑垫块常选用的材料牌号有3240环氧板、3242环氧板、3248环氧板，其材料主要性能比较见表1。

表1　材料主要性能比较

由表1可以看出牌号3240环氧板性能较差，3242环氧板性能居中，3248环氧板性能较好，此三种绝缘材料中，各发电机制造厂家采用3242环氧板的居多。

1.2　转子绕组端部支撑垫块的布置方式与线圈的冷却方式有关

现有发电机转子绕组端部线圈冷却方式可分为如下几类:1)端部两路通风冷却；2)端部一路通风冷却；3)端部一路加补风冷却；4)端部表面冷却；5)端部通水冷却(或其他液体冷却)。垫块的布置要考虑转子线圈的冷却形式，与冷却介质无关。

转子线圈端部采用一路通风冷却、一路加补风冷却、端部表面冷却，线圈端部均为高压区，以及线圈端部采用通水冷却，其端部支撑垫块布置方式可分为全支撑形式和分段支撑形式两种。

端部支撑垫块采用全支撑形式，槽口支撑块与顺轴支撑垫块通过撑板固定，使端弧部分线圈限位，对于大号线圈，撑板较长，需要增加撑块，用于防止撑板发生弯曲及颤动，撑块在避开线圈进出风口时，均匀分段布置，间隔距离一般在50~100 mm之间，亦可将撑板分段，在撑板间增加顺轴支撑垫块；横轴支撑垫块与顺轴支撑垫块接触限位。

转子绕组端部支撑垫块全支撑形式布置见图1。

图1　转子绕组端部支撑垫块全支撑形式布置图

全支撑垫块布置方式，优点是垫块之间相互制约(槽口块与顺轴垫块通过撑板限位，横轴垫块与顺轴垫块相交定位)不会发生位移，缺点是因端部支撑垫块装配饱满、结构较复杂、同时导致转子绕组端部质量增大、对护环强度要求较高一些。其中顺轴垫块根据线圈转角部分形状设计。若线圈转角为直角，则顺轴垫块亦设计为直角形式(如图2)。

图2　转子绕组端部支撑垫块分段支撑形式布置图

线圈端部支撑垫块采用分段支撑形式，端部各垫块之间相对孤立，无约束关系，装配时通过尺寸定位约束，使其支撑端部线圈。

转子绕组端部支撑垫块分段支撑形式布置图见图2。

分段支撑垫块布置方式的优点是垫块数量少、减小端部重量、对护环的强度影响减小、垫块布置简单；缺点是垫块之间无限位制约、需采取固定措施防止发生位移、堵塞风口引起端部线圈发热。

垫块装配需首先明确装配位置，即图2中的尺寸限位，限位尽量保证垫块分布均匀，同时避开通风孔。槽口块与护环扇形绝缘瓦的接触长度不得小于20 mm，用以保证槽口块不会产生翻转状况。

顺轴垫块与横轴垫块的常用固定配合如图3所示。

图3　顺轴垫块与横轴垫块的固定配合

垫块上开设沉孔，衬管外壁刷胶后装入沉孔，待胶固化后用拉芯铆钉将固定片与垫块固定。按图2尺寸限位要求装配后，使用粘贴带(现常用粘接带为KAPTON带)将固定片粘贴在线圈铜线外表面上。

转子线圈端部采用两路通风冷却结构。线圈端部风压有高低之分，冷风经过高压风扇，沿轴柄导入后，进入线圈的进风口，此处冷却风为高压。冷却风经线圈内部风道在极中心处的线圈出风口流出(热风)，此处为低压区。高压区与低压区使用风区挡板分隔形成。其中低压区风室由风区挡板、轴柄、扇形风区挡板和转轴本体端面组成，多数线圈装配中的1号线圈匝数比其他线圈少一匝，所以1号线圈弧部与风区挡板接触处需加装挡风块填补空隙。为尽量减小漏风，在风区挡板上侧开槽，加装橡胶条。风区挡板底侧加装弹簧片，支撑风区挡板与线圈接触良好。端部支撑垫块可采用全支撑形式或分段支撑形式。简图分别如下。

端部支撑垫块采用全支撑形式简图(见图4)

图4　端部支撑垫块采用全支撑形式

端部支撑垫块采用分段支撑形式简图(见图5)

图5　端部支撑垫块采用分段支撑形式

线圈端部两路通风形式多用在容量较大的机组上，因其铜线损耗高，两路通风冷却可有效减小冷却风道的长度(约为端部一路通风冷却长度的一半)，端部温升均匀。

端部支撑垫块尺寸设计要在名义尺寸上考虑与其配合部件的公差，如槽口块宽度尺寸要考虑槽衬厚度及转子线圈宽度负差，防止槽口块下沉。端部支撑垫块装配要求紧配，并需要求修配后涂刷防潮漆。

对于燃汽轮发电机、短路试验发电机，因其频繁起停的特性，端部支撑垫块宜设计为全支撑结构，防止机组在反复启停的低转速过程中及盘车过程中(计算表明，当机组转速低于40 r/min左右时，垫块重力将克服离心力)，支撑垫块使其固定部件受力；经频繁受力冲击，固定设施易被破坏，导致支撑垫块发生位移堵塞通风孔以及脱落现象，危及机组安全，影响机组正常运行。

对于机组频率为60 Hz的机组，因其额定转速提高20%(相对50 Hz机组)，在转子绕组端部重量相同时，护环应力将增加1.44倍，因此60 Hz机组转子绕组端部垫块支撑结构宜选择分段支撑形式，可有效降低护环应力。

2结语

通过发电机转子绕组端部冷却形式及机组运行特点，对转子绕组端部支撑垫块的布置结构进行分析，指出其结构的特点，对发电机绕组新设计及改型具有指导性意义。