东电大型灯泡贯流式水轮发电机之特点

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1、东电大型灯泡贯流式水轮发电机之特点《东方电机》第31卷第3期171东电大型灯泡贯流式水轮发电机之特点钱昌燕摘要本文以30MW红岩子灯泡贯流式水轮发电机的设计为例,从总体布置,电磁设计,通风冷却,结构刚强度,轴承等几个方面介绍了东方电机股份有限公司大型贯流式发电机的特点.关键词灯泡贯流式机组水轮发电机电磁设计结构通风轴承设计1引言灯泡贯流式水轮发电机组是一种开发利用低水头水力资源和潮汐能源的良好机型,近年来在我国得到了长足发展.作为中国发电设备研发基地的东方电机,在计划经济时期,由于受业务分类的约束,未能涉足这一机型.但目睹国内大型贯流式机组市场完全被国外垄断的现状,强烈的民族自

2、尊心和历史使命感,驱使着东电人于上世纪8O年代后期快速起步,从研制单机1250kW小型机开始,奋起直追,通过近15年的艰苦努力和不断创新,如今已成功开发出适应不同自然水利条件,结构要求各异,大中小容量齐备的贯流式水轮发电机组.雄厚的研发设计基础,完备的工艺试验研究,精湛的制造和质量控制,保证了东方贯流式机型的成功开发和推广.2001年1月,国内自行设计,制造的单机容量最大,转轮直径最大的红岩子电厂30MW机组的成功运行,标志着东方电机已跨人大型灯泡贯流式水轮发电机组的制造行列;2003年2月,桐子壕电厂36MW机组的相继成功运行,足以证明东方贯流式机型的发展已步人新的台阶;沙坡

3、头电厂29MW,金银台电厂40MW,新政电厂来稿时间:2003年6月36MW机组等的相继中标制造,使得大型贯流机组在东方电机形成了批量生产的局面.如今,东电大型贯流式水轮发电机,在总体结构布置,电磁,通风,冷却,轴承设计及运输等方面具有诸多特点,使东电这一产品获得了广泛的声誉,得到用户的青睐.本文以红岩子电厂单机30MW灯泡贯流式水轮发电机为例对此作一概述.2东电大型灯泡贯流式水轮发电机组的特点东电大型灯泡贯流式水轮发电机组具有以下7个特点:(1)别具匠心的电磁研究和方案设计;(2)合理完善的发电机总体结构布置;(3)刚度大,通风好的灯泡体结构;(4)完善的浮动式定子铁心结构;

4、(5)承载可靠的推力和低速重载径向轴承;(6)品质理想的通风及冷却系统;(7)精益求精的整机刚强度设计.2.1别具匠心的电磁研究和方案设计众所周知,电磁方案设计是发电机设计的首要环节,决定着发电机总体尺寸控制和结构布置,面临的综合问题较多.对贯流式172《东方电机》第3l卷第3期机组来说,还受到影响流道和水力性能的灯泡体直径的限制,难以像常规立式发电机那样,可通过放大定子直径来满足通风冷却和结构布置的要求.而通常,灯泡贯流式发电机的l/下一般又均大于4,显然,在有限的空间条件下进行电磁设计,其难度和矛盾格外突出,特别是定子槽数的确定,就面临每极每相槽数q值小于2的困难,由此而带

5、来次谐波分量或齿谐波分量的增加.正是由于这些特殊难题,我们对此进行了深入细致的研究,以便从根本上减少这些谐波对电机电磁振动,噪音,乃至表面损耗及温升的负面影响,以确保发电机的内在品质.红岩子电厂贯流式水轮发电机单机容量30MW,其电磁方案设计就遇到上述问题.要满足各种边界条件,可供发电机选择的槽数很少,在综合各种利弊以后,我们把目标锁定在324槽,但该槽数所对应的每极每相1槽数为q=1-4-.当然,由于分数部分的分母为2,虽有效避免了次谐波所引起的电磁振动,但齿谐波含量却较大,这一矛盾使我们又必须采取其它措施,来抑制齿谐波可能引起的振动,磁极表面损耗增加和相应发热加剧等问题.除

6、此之外,经谐波分析计算后,我们还发现,在发电机定子绕组的合成电势中,除了含有5,7,ll,l3次等高次谐波外,还存在着由于定子齿槽效应而产生的l7,l9次二阶齿谐波,致使发电机电压波形畸变率和电话谐波因数分别达3.69%和3.65%,不能满足国家标准相应之要求.尽管通过调整间距,可有效降低ll,l3次的高次谐波电势幅值,通过选择合适的短距系数,也可有效降低5,7次高次谐波电势幅值.但由于齿谐波的短距系数和分布系数与基波之相应系数相同,使得在降低高次谐波电势幅值的同时,也降低了基波电势幅值,显然这种得不偿失的方式是不能采纳的.通过反复研究,比较,我们最终决定采用定子铁心斜槽的方式

7、,以实现既削弱齿谐波幅值,又不会对基波产生较大影响的目的,从而保证了电磁设计的可靠和方案的有效性.其主要计算结果见表1.表1谐波次数斜槽前谐波幅值(%)斜槽后谐波幅值(%)110o99.551.0Q5O.882470.01O.O076911—0.8010.3921172.0890.123319—1.791O.0938斜槽前后电压波形畸变率和电话谐波因数值的变化情况见表2.表2斜槽前(%)斜槽后(%)电压波形畸变率()3.69O.641电话谐波因数(.IHF)3.65O.可见,斜槽使电压波形和