岩滩水电站扩建工程定子铁芯压紧结构技术改进

张增

摘 要：岩滩水电站扩建工程定子铁芯固定及压紧方式在初步设计时采用鸽尾筋外加穿心螺杆结构，由于岩滩水电机组转速低使磁轭径向宽度比较窄，如果在铁心中间布置穿心螺杆，螺杆与定子绕组上端箍的轴向和径向距离太近，很难满足设备安装、维护及安全运行要求。文章详细介绍了穿心螺杆压紧结构和鸽尾筋压紧结构两种方案的对比，总结了定子铁芯压紧采用鸽尾筋压紧结构的优越性及合理性，并在岩滩水电扩建站成功的进行了应用，可为其他同类型机组提供参考。

关键词：水电站扩建工程；定子铁芯；压紧结构技术

1 概述

按照招标书及合同要求，岩滩发电机定子铁芯固定及压紧方式在投标及初步设计时均采用鸽尾筋外加穿心螺杆结构。在上海福伊特水电公司设计过程中发现，由于机组转速低使磁轭径向宽度比较窄，如果在铁心中间布置穿心螺杆，螺杆与定子绕组上端箍的轴向和径向距离太近，很难满足设备安装、维护及安全运行要求。为此，对铁芯固定及压紧结构提出以下改进方案。

2 设计要求

发电机定子铁芯及相关部件系机组的重要部分，为了确保产品安全可靠，避免在长期运行中可能出现松动、翘曲、过热、振动和噪声等影响机组安全运行的不利情况，设计时应采用具有成熟使用运行经验的铁心固定及压紧结构方案。

采用穿心螺杆压紧结合定位筋固定或只使用双鸽尾筋压紧并固定铁芯的结构方案，均能满足设计要求，两者在国内外均有大量成功的运行经验。

合同提出使用铁芯穿心螺杆压紧并配置进口蝶形弹簧，采取防止发电机定子铁芯各部件和压紧部件过热的相关措施等要求。

如果能够改用双鸽尾筋压紧固定方式，不设穿心螺杆，同时继续使用进口蝶形弹簧，既可以满足铁心压紧要求，同时也能彻底避免穿心螺杆结构的绝缘及发热问题。

3 设计方案

3.1 穿心螺杆压紧结构（合同规定的结构）

3.1.1 结构及设计布置

设计压紧力通过穿心螺杆、压板、压指及蝶形弹簧等部件作用并保持在铁芯内部，同时使用定位筋将铁芯与机座连接并承受机组的电磁扭矩和切向力。如图1所示。

图1 穿心螺杆结构方案

3.1.2 岩滩设计方案

就岩滩发电机而言，由于发电机转速低，磁极数量较多，定子磁轭径向宽度小，仅210mm。因此，在布置穿心螺杆、碟形弹簧及其他紧固件时与线圈端箍发生冲突，它们之间的轴向和径向距离都太近，无法满足铁芯及绕组安装、维护及机组安全运行要求。由于根据线圈设计计算的绕组端箍位置已经确定，穿心螺杆也已经布置在接近铁芯外缘侧，无法再向外移动，所以采用穿心螺杆方案很难实施，见图2及图3。

图2 岩滩定子冲片

图3 岩滩穿心螺杆布置三维图

3.1.3 鸽尾筋压紧结构（改进后的方案）

鸽尾筋压紧结构方案见图4。双鸽尾筋同时具有压紧定位及传递扭矩和切向力双重功能。即在双鸽尾筋两端加工出螺纹，在铁芯压紧时双鸽尾筋兼作拉紧螺杆使用。该结构是水轮发电机常用的压紧方案之一，能满足定子铁芯压紧的设计要求。优点是结构简单安装维护方便，不存在螺杆与铁芯之间的绝缘和穿心螺杆发热问题，而且在铁芯内部没有螺杆堵塞通风道，使冷却空气流通更顺畅。因此，该结构既能提高运行的风险也有利于定子绕组和铁芯的安装与维护。

图4 鸽尾筋压紧方案

3.2 方案比较

鸽尾筋压紧方案与穿心螺杆方案的应力计算结果对比如下：

可见，采用两种方案时相关部件的计算应力都在允许范围内，刚强度也均满足设计要求。此外，在采用双鸽尾筋方案时，为了改善双鸽尾筋的受力状况，确保铁心可靠压紧对其他结构件也将进行设计优化：（1）机座下环板厚度从60mm增加到65mm；（2）加宽上齿压板。

4 结束语

岩滩水电站扩建工程定子铁芯压紧结构技术改进的成功应用，可以为同类型情况的电站提供借签。