中国储能网讯:定子是水轮发电机组最重要的部件之一,主要包括定子机座、定子铁心、定子绕组、铜环引线、端箍环、测温装置等。定子机座是支承定子铁心和铁心组件以及定子绕组的构件。
早期水轮发电机采用开启式空冷方式,故定子机座相应采用开窗式结构,如GE公司1922年制造的美国尼亚加拉瀑布第三电站65MV·A机,机座为开窗式,铸铁结构(机座外设有风罩)。随着机组容量的增加,机座尺寸越来越大,由于运输的限制,20世纪20年代出现了分瓣机座,例如,美国GE公司1930年制造的Spiers Falls电站47MV·A、81.8r/min发电机,机座外径11.3m,分成6瓣。20世纪50年代后,为解决大型机组铁心热膨胀带来的问题,出现了一些具有一定柔性的定子铁心可以径向膨胀的机座。例如,日本带径向定位销的浮动式机座。除常规圆筒形机座外,加拿大、苏联、日本、瑞典等还采用过多边形(8~24边形)机座,有些国家还用过混凝土结构机座。加拿大1940年在Ship-showⅡ电站90MV·A机上首次采用正方形机座,以后在许多电站发电机上采用正方形机座,这种机座可将空气冷却器布置在机座四角上,发电机可进行密闭循环通风。日本也采用过正方形机座。在大容量发电机中,日本、法国等采用过用钢管或钢板弯形的盒形柜作加强筋的机座。
定子机座型式各厂家不同,各有特点,以下进行简单分析与交流。定子机座按形状分类的话,就直和斜两种。一种是把铁芯放在机座大齿压板上的结构,这种结构铁芯与机座只有接触,没有固定,因此铁芯可以自由热膨胀。第二种是铁芯通过穿心螺杆固定在机座上。这种结构铁芯与机座绑定,铁芯不容易自由热膨胀,这种固定方式在机座采用斜立筋结构比较常见。
(1)机座应具有足够的强度和刚度,以承受双向运行情况下的异步同期、短路、半数磁极绕组短路等引起的各种力的作用而不发生损害和超过允许的变形。
(2)悬式机组的定子机座应能承受水泵水轮机/发电电动机的所有转动部分的重量和水泵水轮机最大水推力的组合轴向荷载,并能安全地承受作用于水泵水轮机转轮上的不平衡水推力的影响。
(3)机座应能适应定子铁心的热变形,以防止铁心松动、翘曲。定子机座适应用铁心热变形的结构有以下几种:
1)斜支臂结构。斜支臂径向不留间隙,铁心机座热膨胀后通过机座的微小的切向变形吸收,定位筋径向留间隙形式可适应更大的径向变形,适用于铁心径向膨胀量更大的机组,间隙可根据需要设置不同数值,依靠支承结构的弹性变形减小机座对铁心的反作用径向力,以适应铁心热膨胀;能一定程度改善基础的受力情况;当转子发生短路时的非稳定运行时,有利于稳定定、转子之间的气隙均匀度。采用此结构时,应重点核算机座刚度是否满足要求;而且如果机组结构选择为半伞式,需复核推力轴承部位的空间是否满足检修维护要求后优选定子机座结构型式。斜支臂系统,其实主要还是变形释放定子机座热膨胀力。
2)允许机座径向移动的浮动式结构。机座中的盒形筋主要是起承受和将力传递到机座支墩部分的作用,机座刚度好。机座支墩与基础板的结合面涂上长期稳定的润滑剂以减小结合面的摩擦力,确保机座沿圆周均匀热膨胀。基础的固定螺栓仅保证轴向锁定,机座径向可以滑移,机座切向位置由键或销钉精确定位,可以传递可能发生的、最危险工况时所产生的最大作用力或扭矩。此种结构应特别关注加工和安装工艺。
3)分体式弹性定位筋结构。在“双鸽尾定位筋”不影响定子铁心自由膨胀的基础上增加径向弹性元件,增强了铁心和机座的联合刚度,减小铁芯振动。一方面可以保证铁芯长径向自由热膨胀,而不发生铁芯翘曲或机座变形。一方面通过柔性连接进一步借用机座刚度,减小铁芯电磁振动。此种结构应关注弹性元件的疲劳设计以及定子铁心受到应力的安全水平。
4)另两种结构不同定子机座对比。