大型汽轮发电机转子窜动量问题分析

吕慧聪

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

在大型汽轮发电机设计中，热态额定负荷转子磁中心需与定子磁中心重合，发电机转子由于本身热膨胀，和汽轮机转子的推力或者拉力的影响，本体结构需预位移相应的位置余量，避免结构件的磕碰，以及密封设备的合理范围，保证发电机设备的正常运行。本文结合运行数量众多且设计成熟的汽轮发电机功率350MW机组（图1），冷却方式水氢氢，即定子线棒水冷、定子铁芯和转子氢气冷却，此机型由于需要氢气密封，端轴油系统复杂，以点带面，深度剖析，希望对大家在转子窜动量和相应预位移问题上有所帮助。

图1 功率350MW水氢氢机组电厂照片

1 情况介绍

火力发电厂汽轮发电机类型众多，根据冷却方式的不同可分为空冷、双水内冷、全氢冷、水氢氢机组等，其中水氢氢机组结构尤为复杂，冷却介质包括了水和氢气两种导热介质，具有代表性。广西某电厂功率350MW机组，正是采用此种方式冷却，在设计过程中由于汽轮机采用新机型，向发电机端的膨胀量较大，以此为例说明发电机在极端膨胀量的情况下结构设计应注意哪些问题。此项目汽轮机向发电机侧热膨胀，额定绝对膨胀量为11.46mm，最大值为20.56mm（极端情况下膨胀量），发电机外形安装图中要求为了在额定工况下使定子转子磁中心对齐，安装时须将发电机定子磁中心相对其转子磁中心向非传动端预移△T+3mm，碳刷架中心线相对转子集电环风扇中心线向非传动端预移△T+6mm，△T为汽轮机提供的轴端绝对伸长量。

2 各位置窜动量分析计算

2.1 汽端端盖轴承油密封装配

此位置主要计算的是挡油盖、轴瓦、油密封座与转轴之间的配合尺寸，设计汽端热态额定负荷运行时挡油盖距离轴台尺寸35.2mm，轴瓦距离轴台尺寸20mm，油密封座距离沟槽尺寸15.6mm，见图2，转子沟槽I外沿距轴台距离11mm，具体计算结果见表1。

图2 热态额定负荷汽端端轴油尺寸（mm）

2.2 励端端盖轴承油密封装配

此位置与汽端相似，计算的也是挡油盖、轴瓦、油密封座与转轴之间的配合尺寸，设计励端热态额定负荷运行时油密封座距离沟槽尺寸15.8mm，轴瓦距离轴台尺寸20mm，挡油盖距离轴台尺寸35.2mm，转子沟槽I外沿距轴台距离11mm，考虑到励端与汽端结构镜像对称，具体计算结果见表2。

2.3 集电环与电刷装配

集电环与电刷装配见图3。根据查询零件图纸，碳刷总宽112mm，集电环宽153mm，设计热态额定负荷运行时电刷中心线与集电环中心线重合，计算得出碳刷距离励端端面侧尺寸20.5mm。目前图纸资料中，标注碳刷中心线距离轴承中心线1020mm，而转子装配轴承中心线距集电环中心线1022.5mm，即集电环中心线比碳刷中心线向励端偏差2.5mm，则实际额定运行时碳刷距集电环励端侧端面23mm，通过计算碳刷距汽端侧端面18mm，具体计算结果见表3。

表1 汽端端轴油尺寸计算（mm）

表2 励端端轴油尺寸计算（mm）

图3 热态额定负荷集电环与电刷装配

表3 集电环与电刷尺寸计算（mm）

2.4 集电环风扇与风扇罩装配

此结构装配关系为集电环风扇罩将风扇罩住，风扇距风扇罩两侧都应留有距离，设计应保证风扇与风扇罩在各工况下不会干涉。查询相关图纸，风扇尺寸120mm，风扇罩尺寸188mm，同集电环处相同，集电环与刷架中心线偏差2.5mm，额定运行时风扇距风扇罩励端端面36.5mm，风扇距风扇罩汽端端面31.5mm，具体计算结果见表4。

表4 集电环风扇与风扇罩尺寸计算（mm）

2.5 本体风扇座环与导风环装配

本体风扇座环与导风环在热态和冷态下均不允许干涉，励端装配见图4，汽端与励端结构镜像对称，极限膨胀状态下不存在干涉，励端则需要计算，具体计算果见表5。

图4 热态额定负荷励端本体风扇座环与导风环尺寸（mm）

表5 励端本体风扇座环与导风环计算（mm）

3 结语

当预位移、额定运行和最大膨胀量时，此台功率350MW水氢氢汽轮发电机在汽、励端盖轴承油密封、集电环与电刷、集电环风扇与风扇罩、本体风扇座环与导风环处涉及窜动量问题的结构不存在磕碰干涉和脱离现象，现有设计满足汽轮机公司提供的膨胀量要求。

在大型汽轮发电机设计中，要充分考虑到膨胀量对发电机的影响，采取冷态预位移安装。无论是汽轮机向发电机侧膨胀还是反向拉发电机，相关有可能磕碰干涉和密封位置都需要经过精密的设计，从而保证转子磁中心与定子磁中心相吻合，才能保证大型汽轮发电机在电厂中安全、可靠、稳定的运行。