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​转子内部结构分析

2018-05-25 12:07:23 阅读()


        1.转子支架
        支臂式转子支架是早期主要的转子支架,它由轮毂和支臂两部分组成。早期支臂式转子支架为整体铸造结构,后来出现轮毂、中心体分别铸造,然后焊为一体的结构。20 世纪30年代后,许多国家都广泛采用焊接结构的支臂式转子支架(但日本直到20世纪50年代仍多采用铸造 结构的支臂式转子是20世纪三四十年代苏联的支臂结构,其中(a)、(b)用于悬式发电机,(c)、 (d)用于伞式发电机。


        20世纪50年代末期,苏联在制造布拉茨克电站225MW、伏特金电站100MW等水轮发电机时,采用盒形结构的支臂,这种支臂有重量轻、断面系数大等优点,很快为世界许多厂商所采用。
        圆盘式转子支架出现较早,但其推广应用经历了一个较长的过程。早在20世纪40年代,苏联就在中型水轮发电机中采用了圆盘式转子支架,支架由轮毅和焊在上下两端的圆盘D1、D2组成。后来圆盘式转子支架经过改进、发展,如增加立筋,采用多层环板结构,采用分瓣结构等,逐渐推广用于大中型低速 水轮发电机中,20世纪70年代后,世界上 许多大型水轮发电机,如美国大古力第三电厂600MW机和700MW机、GuriⅡ电站630MW机、伊泰普电 站823.6MV・A机、瑞典 Harspranet电站500MV・A机等,都采用圆盘式转子支架。但是,各个公司的结构 和工艺并不完全相同,例如,CGE、 Siemens、BBC等公司采用扇形支臂厂内加工、在工地拼焊成整圆,然后 与轮毂焊接的结构和工艺;而西屋公司则采用轮毂为整体铸钢件,扇形支臂与轮毂间用螺钉把合、扇形臂之 间用径向键打紧的结构。另外,瑞典ASEA公司为瑞典 Ritsem电站制制造的的320MV・A、166.7r/min机中采用 轮毂代替转轴的“无轴结构”,其圆盘式转子支架中采用空心圆锥形轮毂,轮毂下端有一法兰,用于与水轮机 轴相连,轮毂上部形成上导轴承滑转子,轮毂上焊有两个圆环,作为转子中心体的上下端面。
        此外,瑞士BC公司从20世纪80年代以来在数十台大中型水轮发电机中采用了斜支板式转子支架 ,支板与径向呈一定角度(30°左右),这种结构可以改善运行时电机的同心度和气隙均匀度,提高 机组运行稳定性。以后,这种结构又在其他公司得到推广应用.
        2.转子磁轭
        圆盘式磁轭具有转子整体机械强度高、刚度好、结构简单等优点,它主要用用于高转速水轮发电机。20世 所改进。20世纪40年代前已出现4种基本结构:①与发电机锻为一体的整锻式磁轭(或轴向分段),这种结构在小型水轮发 电机中应用较广,以后主要用于转速大于600r/min的高速水轮发电机中;②厚钢板环或锻钢环用螺栓把紧, 然后热套在轴上的结构,这种结构经不断改进、发展,在大型高速发电机中应用很广,一般用在400 rlmin以 上;③空心锻钢圆环与两端短轴把合的结构,20世纪40年代BC公司制成的50MV・A、428r/min机即采用 这种结构;④两端短轴与锻钢支架把合,锻钢磁轭圆环紧套在支架上或与支架把合的结构,这种结构20世纪 60年代前在欧洲应用较广。
        叠片式转子磁轭是大中型水轮发电机中应用最广的一种结构,300r/min以下的大中型水轮发电机均采用 这种结构,20世纪初在水轮发电机中就出现了叠片式转子磁轭。例如,1924年美国GE公司为巴西制造的 3MV・A机,即为当时典型的叠片磁轭结构,磁轭由扇形冲片堆叠而成,扇形冲片用软钢板冲成, 用穿心螺杆把紧磁轭与转子支架间用键连接,采用最原始的浮动磁轭结构(free- rim construction),这种结构使 磁轭在离心力作用下的膨胀不会传到转子支架。另外,磁轭圆周还冲有许多方孔,用于放置支撑转子线圈的 弹簧,这种结构20世纪50年代前在美国、苏联都有采用为一种早期浮动磁轭结构。20世纪30年代后,随着设计技术的进步和冲片材料的不断改进,扇形冲片的极限周速不断提高,20世纪50年代初期达到 127m/s,20世纪60年代初达到到152m/s。20世纪60年代后,磁轭结构上有两大发展,一是为采用高强度钢板, 如屈服强度达500~600MPa的高强度钢板,使磁轭极限周速达到170m/s以上;二是采用浮动磁轭结构(以日本、 欧美应用最多),使磁轭在热力和离心力的作用下保持均匀外涨,以保持磁轭的圆度。另外,日本还采用一种“弹 性键结构”,其保持磁轭圆度的效果也很好。
         3、转子磁极
         20世纪20年代以前,由于当时水轮发电机容量较小,故多采用实心磁极。1891年,劳芬电站水轮发电机采用爪极式实心转子磁极,爪极与磁轭为一整体,但这种结构很快为凸极式实心磁极所取代。在实心磁极发展的同时,20世纪初水轮发电机中出现了叠片式转子磁极,两种磁极结构并行发展而用于不同场合。一般来说,在中小型高速水轮发电机中以实心磁极应用最广,而大中型水轮发电机则采用叠片式磁极。磁极线圈早期采用圆形线圈,以后出现条形线圈。大中型电机多采用扁绕,为了增大绕组散热面积,20 世纪40年代已出现五边、七边形铜线扁绕的磁极,20世纪50年代后又出现等宽或不等宽矩形铜排交错排列的磁极线圈、空心铜排绕成的磁极线圈等结构。
        4.转轴
        在水轮发电机史上,曾先后采用4种转轴布置结构:①三根轴布置结构,即水轮机轴+连接轴(中 间轴)+发电电机轴;②整根轴结构(水轮机和发电机共用一根轴);(③两根轴布置结构(水轮机轴+发电机轴) ④“无轴结构”(发电机上端轴+转子轮毂+水轮机轴)。
        三根轴布置结构在早期立式及卧式水轮发电机中曾经采用过,但很快即为整根轴结构或两根轴布置结构所取代。整根轴结构在20世纪60年代前应用较广,这与当时发电机容量较小、悬式结构发电机较多不无关系。 两根轴布置结构因技术经济性较好,从20世纪20年代开始即在美国、欧洲等地普遍采用。“无轴结构”诞生 在日本,1955年,东芝公司为佐久间电站制造的93MV・A机首先采用“无轴结构”;随后,1959年三菱公司 为田子仓电站生产的105MV・A机、1960年日立公司为印度夏拉巴台电站制造的115MV・A悬式水轮发电机 以及为日本御母衣电站制造的125MV・A机,均采用了“无轴结构”。苏联也几乎同时采用了“无轴结构”。


       从 20世纪60年代起,“无轴结构”在世界许多国家迅速推广,成为大中中型低速水轮发电机中应用较广的布置结构。 水轮发电机转轴的传统结构为整锻轴(早期采用过铸造轴),包括整锻实心轴(用于小容量机中)和整锻空 心轴(用于大中型机中)。为了解决锻造能力不足的问题,减轻大轴重量,焊接大轴应运而生。1952年,苏联在设计古比雪夫电站105MW水轮发电机组时,提出了焊接大轴方案;1957年,完成古比雪夫电站“22机的水 轮机试验焊接大轴;不久,又为斯大林格勒电站“20机105MW机、新西伯利亚电站125MW机制成焊接大轴 20世纪60年代,为布拉兹克电站264.7MV・A机、克拉斯诺雅尔斯克500MW机等制成焊接大轴。捷克斯洛伐克斯柯达工厂步苏联后尘,1959年制成大型水电机组的焊接大轴。日本焊接大轴研究工作起步于20世纪60年代初,1961年东芝公司为日本十津川电站56.7MW机制成焊接大轴,从此,焊接大轴在日本迅速推广。从 20世纪70年代开始,许多国家在大型水轮发电机中都采用了焊接大轴。焊接大轴按法兰和轴筒制造方式不同 可以分为:①全铸焊大轴;②全锻焊大轴;③铸锻焊大轴;④全钢板焊接大轴;⑤锻造 (铸造 法兰一钢板轴筒焊接大轴。

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