锄 理论与设计 平行作业的６００ ＭＷ级水氢氢汽轮发电机定子结构 邵祖鹏 上海电气电站设备有限公司发电机厂（２００２４０） Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ６００ ＭＷ Ｃｌａｓｓ Ｗａｔｅｒ－ｈｙｄｒｏｇｅｎ・ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓｔａｔｏｒ Ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ Ｂｅｉｎｇ Ｒｕｎ－ｉｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ＳＨＡＯ Ｚｕｐｅｎｇ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｐｌａｎｔ 摘 要：在原６００ Ｍ ｗ级水氢氢汽轮发电机的基础 ｌ 基本数据 上，以系列化和模块化为设计原则，通过对定子机座和 铁心的结构改进及优化，实现机座和铁心的平行作业， ６００ Ｍ ｗ级发电机在优化后，其效率等性能 缩短整机制造周期，降低生产成本，增强产品市场竞争 力。 数据与原机型保持不变，定子部分重量减少了 关键词：６００ Ｍｗ级发电机结构改**行作业 １６ ｔ，降低了运输难度，改进前、后的基本数据见 定子结构 表１。 中图分类号：ＴＭ３０３文献标识码：Ａ 表１ ６００ ＭＷ级汽轮发电机基本数据表 ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．１ｓｓｎ．１００６—２８０７．２０１７．０３．００２ 项目 优化前 优化后 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ６００ ＭＷ ｃｌａｓｓ ｗａ— 额定功率／ＭＷ ６６０ ６６０ ｔｅｒ－ｈｙｄｒｏｇｅｎ－ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ 功率因数 ０．９（滞后） ０．９（滞后） ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｆｒａｍｅ ａｎｄ ｉｒｏｎ ｃｏｒｅ ｗｅｒｅ ｄｏｎｅ 频－￣／Ｈｚ ５０ ５０ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｓｅｒｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｒｉｚａ－ 效率（设计值） ９９．０３％ ９９．０３％ ｔｉｏｎ，ｔｈｕｓ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ Ｆｕｎ—ｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆｒａｍｅｓ ａｎｄ 定子电压，ｌ（Ｖ ２０ ２０ ｉｒｏｎ ｃｏｒｅｓ，ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｍａｎｕ￣ｃｍｒｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅ 定子电流／Ａ ２ｌ ｌ６９ ２１ ｌ６９ ｓｅｔ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｒｋｅｔ 最大运输重量／ｔ ３２５ ３０９ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ． 装配后总重量／ｔ ４７０ ４５４ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：６００ ＭＷ ｃｌａｓｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｃｏｎ－ ｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｒｕｎ—・ｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｓｔａｔｏｒ ｃｏｎ・・ ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ２定子结构优化 ６００ Ｍｗ级发电机组是一款成熟产品，火电 ６００ Ｍｗ级水氢氢汽轮发电机组是当前电力 和核电领域已有相当数量机组在线运行。故在优 市场的主力产品，国内外市场需求较大。上海发 化时，包括发电机定子外形尺寸、转子轴承、端 电机厂通过引进、吸收西门子先进技术，对现有 盖、冷却器和主出线盒等均保持与原发电机相 的６００ Ｍ ｗ级水氢氢汽轮发电机进行了进一步的 同，不作变更，相应的安装尺寸也保持不变。 结构优化和调整设计，尤其是发电机定子部分， 以机座和铁心平行作业为目标，同时对定子 由内压装结构改为外压装结构，实现了机座和铁 机座相关的隔振结构、铁心结构、机座铁心风区 心的平行作业，缩短了整机的制造周期。 和风区隔风结构等进行结构调整和优化设计。首 《电机技术》２０１７年第３期・７・ 理论与设计 台产品完成制造后，在厂内进行了全面的型式试 验，通过试验验证了产品的技术参数和结构参 数，从而确保了产品的安全性和可靠性。目前，该 型发电机已有多台通过铁路和公路运输到达电 厂，现场进行安装。 ２．１机座 机座和铁心在各自完成加工和叠片后的穿 装结构设计是实现机座、铁心平行作业的关键。 通常，大型二极发电机机座都有立式或卧式隔 振弹簧板结构，铁心振动通过弹簧板的阻尼减 弱后，再由定子机座传递到机组基础，同时它也 阻隔了机组基础通过定子机座的反向的振动传 递。 ２．１．１结构调整 机座和铁心平行作业的结构调整设计由原 来的卧式弹簧板结构改为夹紧环和立式弹簧板 结构。定子机座上，沿轴向布置弹簧板，弹簧板一 端通过螺栓连接在贯穿机座中壁的座板上，另一 端通过凸环与铁心上的夹紧环连接，形成机座与 铁心间的弹性隔振结构。机座内，周向布置通风 管，进、出风根据通风计算要求进行等效面积折 算，以确定各通风管的面积，通风管与机座中壁、 外罩板焊成一体，改变原分段通风管的焊接结 构，提高了焊接的可操作性，降低了机座加工后 清理工作的难度，也确保了定子的整体清洁度。 ２．１．２计算分析 为保证发电机的安全稳定运行，有必要对改 进后的结构进行分析计算。机座部分主体未作太 大变更，故无需再进行计算，但需对机座与铁心 支撑弹簧板的强度进行重点计算分析。发电机机 座和弹簧板连接结构的有限元模型如图１所示， 图ｌ隔振结构有限元分析模型 ・８－２０１７年第３期《电机技术》 铁心轴向均匀分布数个夹紧环，两侧弹簧板与夹 紧环对应，底部弹簧板数量比两侧略减。通过有 限元计算得出立式弹簧板的强度和隔振效果。弹 簧板材料的屈服强度为６８５ ＭＰａ。 在运行工况下，当发生二相短路时，弹簧板 受到的力主要有：短路力矩引起的径向力、铁心 自重产生的切向力，磁拉力传给弹簧板的切向力 和铁心膨胀产生的径向力。其中，后两种力对于 弹簧板和连接螺栓的应力影响很小，可以忽略。 因此，对于短路工况下的弹簧板受力，只考虑铁 心自重和短路力矩引起的切向力。 经有限元的失稳分析计算，失稳系数与弹簧 板宽度、厚度和数量等结构数据相关，得出短路工 况下实际承受压力为１ ６３２ ｋＮ，有限元的失稳临界 载荷为１ ９７５ ｋＮ，所以其稳定性安全系数为１．２１， 其中，短路工况下每块弹簧板受到的压力为： Ｆ＝Ｆｍ＋ＦＴ 式中： ＝ 一由重力引起的压力； Ｖ ．ｐ Ｆｒ＝ ｇＯ‘，．。』Ｖ 一由短路扭矩引起的压力； ，，ｚ一内定子重量； Ｐ一额定功率； ∞一额定转速； Ⅳ＿一弹簧板数量； 一弹簧板距铁心中心距离； 短路扭矩与额定扭矩比值。 弹簧板应力有限元强度计算结果如表２和 图２所示，表明在额定工况下，弹簧板上的应力 约为９７ Ｍ Ｐ ａ；当发生二相突然短路时，弹簧板所 受的最大应力为４２３ ＭＰａ。小于材料的屈服极限 ６８５ ＭＰａ，能满足各工况的设计要求。 表２立式弹簧板应力计算结果 工况 立式弹簧板（屈服强度６８５ ＭＰａ） 应力／ＭＰａ 安全系数 静止 ５６ ｌ２．２３ 额定 ９７ ７．Ｏ６ 短路 ４２３ １．６２ ２．２铁心 （下转第ｌ４页） 理论与设计 果达到预期。 参 考 文 献 【Ｉ】梁洪涛，付长虹．李春廷等．１ ０００ ＭＷ级汽轮发电机定子铁路 整体运输方案研究【Ｊ】＿大电￡『Ｌ技术．２００８（３）：５５—５９． ［２】酣玉增，付长虹，郏龙泰等．１ ０００ ＭＷ级汽轮发电饥定子铁路 运输研究总结…．大电机技术，２０１３（１）：６１—６４． （上接第８页） 耋妻 ； Ｊ¨ 富鼹 盛一 — 图２立式弹簧板应力云罔（短路工况） ６００ Ｍ Ｗ级发电机外压装定子铁心采川先分 段叠片，再进行段与段组装．而后通过支持筋、 穿心螺杆和夹紧环进行轴向和岗向收紧，铁心穿 入机座后，夹紧环通过弹簧板装焊固定在机座 上，从而形成整体。 整个铁心设计保留了成熟可靠的结构，如定 子冲片表面的绝缘漆采用Ｆ级水溶性无机涂层； 不锈钢通风条，激光点焊的风道板结构；内倾式 齿压板；阶梯段冲片偏小槽没计。通过这些结构 及相应的成熟工艺，使定子铁心具有全补偿和抗 蠕变的特点。 支持筋由原鸠尾结构改为中『日Ｊ矩形两端圆 柱形筋的结构，这种结构安装方便，可以减少装 配工时和制造成本。 ２．３风区和隔风结构 定、转子采片ｊ气隙取气、多路径向通风冷却； 铁心采用径向通风冷却。沿轴向戈ＩＪ分５个进风区域 和６个出风区域，共１ １４＂－风区，在铁心上布置９６道 径向通风道，并与转子进、出风区相互对应。 机座在铁心穿装前完成通风管风区分隔和 中壁隔风环装配。中壁隔风环结构采用全新的 设计：利用机座上的中壁，安装可收缩调整风区 的隔风环，隔风环采用成型角钢环形构件，并在 上方固定Ｌ型氟橡胶条，圆环没有收紧和固定结 ．１４．２０１７年第３期《电机技术》 附，如 ［３］梁洪涛，埘玉增，付艮虹等１ ０００ ＭＷ汽轮发电饥设汁歧进… 大电机技术，２０１３（４）：２４—２５． 【４】幽傈栓．中困铁路长大货物车使川手ｉＶＹ［Ｍ］北京：中围铁道出 版社．２００５． （收稿日期：２０１７－Ｏｌ一２３） 作者简介：梁洪涛．男，Ｉ９６３年生，大专，高级工崔师，现从事汽轮 发电机没汁工作。 构，铁心穿装前凼环撑开，穿装后收紧，然后将其 位置固定，使圆环不再移动。机械计算和工艺验 证，证实了该结构的可靠性和实用性。 ２．４机座铁心装配 机座装焊后单独进行水压试验，以考核机座 密闭性和相关焊缝强度，确保发电机产品安全可 靠运行。机座加工后装风管隔风板，机座和铁心 风区隔风环形成机座部分的通风回路；铁心在外 压装完成后垂直穿装于机座内，在渊整铁心机座 同心度后与弹簧板装焊，使铁心机座成整体。 ２．５定子线圈 定子线圈装配部分的结构，除层间元件装配 形式调整外其它基本不变，端部固定沿用成熟可 靠的刚柔固定结构，端部整体灌胶及弧形压板固 定。整体灌胶后，提高了端部线圈的振动阻尼， 同时也进一步提高了发电机防晕能力。电连接采 用球形接头机械连接结构，线圈装配是在机座 铁心装配后进行。 ３ 结语 ６００ Ｍ Ｗ级发电机定子结构的调整优化，主 要是以实现机座和铁心平行作业、提高铁心可靠 性为目标。优化后的发电机总制造周期比优化前 缩短约２个半月。调整优化减轻了机座重量，增加 了机座的整体刚度，保证了机座内部的清洁度。 此外，铁心采用夹紧环结构，也避免了铁心的局 部振动。目前，调整优化后的６ＯＯ Ｍ Ｗ级水氢氢 发电机已完成型式试验，并有多台已运抵电厂进 入安装阶段。 （ｏｇ稿日期：２０１６．１１－２５） 作者简介：邵祖鹏，． ，１９６１年生．本科，工业工程专业．工程师。现 从事发Ｉ 机总体设计工作