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大型水轮发电机组的结构设计研究

2019
05/06
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建筑界
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【摘要】摘要:近年来, 随着我国科技的不断创新与发展, 很大程度上推动了相关行业的发展建设。尤其是水利行业的建设发展, 作为其中比较重要的零
摘要:近年来, 随着我国科技的不断创新与发展, 很大程度上推动了相关行业的发展建设。尤其是水利行业的建设发展, 作为其中比较重要的零部器件水轮发电机也应运而生。下面文章就针对我国大型水轮发电机在结构设计上存在的一系列问题进行简要的分析与总结, 希望通过文章的论述可以为相关从业人员提供一定的参考意见, 并能更好地促进我国国民经济的建设发展。关于大型水轮发电机结构设计一直以来都是比较容易忽视的, 但它的作用和影响确实不可估量。下面就对其进行详细分析。

关键词:大型水轮发电机 结构方案 设计

Abstract:In recent years, with the continuous innovation and development of science and technology in China, to a large extent, promote the development and construction of related industries. In particular, the construction and development of the water conservancy industry, as one of the more important parts of the hydrogenerator also came into being. The following article briefly analyzes and summarizes a series of problems existing in the structural design of large hydro generators in our country, hoping that through the discussion of the article, some reference opinions can be provided for the relevant practitioners. And can better promote the construction and development of our national economy. It is easy to ignore the structural design of large hydrogenerator, but its function and influence are inestimable. The following is a detailed analysis of this.

Keyword:large hydrogenerator structural scheme design

目前而言, 我国大型水轮机的发展相对是比较良好的, 前景也比较广阔。从某种意义上来讲对我国水利事业做出了巨大的贡献。相关企业要想在激烈的市场竞争中获得较好的发展, 就必须加强对水轮发电机在结构设计方案的重视及改进, 通过创新提高自身的竞争力。所以文章接下来将针对这一问题进行详细阐述。

1、大型水轮发电机的结构方案设计分析

1.1、关于设备的相关设计问题

一是技术设计。技术设计的重点则是针对水轮发电机内部结构的设计尤其是某些零部件的结构设计及改造。但是在实际操作过程中, 作为设计人员往往却不能够做到技术的创新与改进。就其原因主要是通常情况下, 设计人员并不会主动进行技术设计创新, 多数是在发生问题后才进行电磁方面的改进或是基于基本参数进行调节。这样的技术设计创新在一定程度上是被动的。所以要求设计人员能够不断进行学习加以创造, 针对可能存在的问题要能够通过实践经验进行很好地预防, 这就需要对大型水轮发电机有所认识, 能够利用计算机先进的系统对其结构参数进行测量, 然后精准的推断出可能存在的问题, 从而实现技术设计上的创新。

二是施工设计。大型水轮发电机在进行基础的技术设计完成后, 必然要依托于实际情况进行很好地作业。这期间就涉及到施工设计, 主要是指在实践中通过对实践的适应度来完成对发电机技术设计的真正检测, 反复进行试验和强度核算, 只有在完全的合格下方能进行具体的实施作业。否则就要依据实际施工情况进行结构参数的改变, 这种方式的改进则是经过施工作业而完成, 所以称之为施工设计。

1.2、关于大型水轮发电机的结构设计

大型水轮发电机的设计结构是由多种子设计结构而构成的。所以要求设计者在进行结构设计时, 必须从整体角度考虑出发。针对不同的应用进行结构设计选择, 但是无论选择何种结构设计最为关键的, 则是对于安全性的考虑。举例来讲, 通常情况下, 立式水轮发电机主要是由三种结构设计构成的, 如悬式、半伞式和伞式等三种, 但是他们对于材料的选择以及对于转速的功能及大小是不同的。所以要求依据实际使用情况进行选择, 而不是盲目的采用一种结构设计方式进行选择及使用, 这样不但达不到效果还会对设备有所损害。悬式讲求的是转速高、容量小而伞式则强调是的结构, 对于成本较低且容易拆装的, 则使用该结构设计方式。

2、大型水轮发电机的结构方案设计系统环节分析

2.1、关于发电机设备的定子设计

2.1.1、具体的设计工作

关于大型水轮发电机设计而言是一项比较复杂的作业, 它不仅仅对于精准度要求的比较高, 同时还要针对每项结构设计进行校对和验证。尤其是在具体的设计工作中, 对于校验的标准更是与初期的结构设计不同, 一方面要满足不同机型的具体设计参数另一方面要对子机型进行刚度及强度的校验, 利用计算机技术对整个基座的重点坐标进行精准的验证, 然后将所获得的信息数值进行整合, 再进行子结构设计的过程中要将之前这些数值进行很好地输入, 确保子结构设计能够满足其要求。这样就会从根本上降低结构设计所能出现的问题。如相关设备温度较高或是因其他因素而出现的膨胀变形等。

2.1.2、定子绕组的安装环节

一般而言, 定子绕组在安装时包括了施工准备、下层线棒安装、气密性和密封试验等环节。定子绕组的下线场地应该是防尘的, 进而能够有效提高定子的安装质量问题, 进一步提高发电机的放电晕性和绝缘性能。在下线前应对线槽等处进行仔细的清扫工作, 防止杂物的落入, 从而确保线棒的表面是平整光滑的, 不能出现损坏的情况定子绕组、纯水环管在安装完成后进行密封性能试验, 以避免在运行后出现定子纯水系统充入纯水后出现渗漏的现象。而对定子绕组进行整体试验涉及了直流电阻测试、绝缘电阻吸收比和极化指数的测量等方面, 全部试验内容涉及气密性、密封性的试验, 试验之前要确保接线的正确性和可靠性确保泄漏电流不随时间的延长而增加。

2.2、发电机设备的转子设计

2.2.1、转轴设计

通常情况下, 转轴设计主要是由两部分组成的:一是一根轴二是分段轴。在不同的大型水轮发电机中要依据实际情况进行选择设计, 多数情况下利用一根轴进行水轮发电机与水轮轴之间的承接是比较常见的。这种设计相对比较简单且在实际运行中也比较简单, 能降低整机高度。

2.2.2、转子支架

转子支架作为转轴与磁轭之间的连接部件, 转子支架的结构类型包括:与磁共轭圈合体支架、圆盘式支架、整体铸造支架及其组合式支架等类型。

2.2.3、转子磁轭

转子磁轭, 即轮缘, 作为大型水轮发电机组磁路的重要组成部分, 从而构成固定磁极的结构部件。一般转子磁轭的结构包括:无支架结构、与支架合体结构、带转子支架结构等方面, 不同的转子轭结构则是根据大型发电机不同的转速、容量及其安装工序等不同因素而确定的。

2.2.4、转子磁极与集电装置

转子磁极方案设计主要是分为磁极T尾部应力计算、励磁绕组强度计算、阻尼绕阻计算、磁极冲片计算及磁极压板计算等环节。而转子集电装置则是由集电环与电刷装置共同组成的。集电环固定在转轴, 主要通过电缆实现与励磁绕组进行连接, 电刷装置固定在励磁架内。其中, 转子作为水轮发电机中的重要组成部分, 一般被套在发动机的主轴上, 同时其上面还安装励磁线圈。转子是发电机转动部分的组建部分, 其生产、组装以及安装阶段的质量好坏将直接影响着发电机组运行的稳定性、长期性和安全性。

2.3、关于大型水轮发电机的轴承设计

在结构设计中要依照一定的设计原理, 运用科学的有效手段进行分析, 然后再进行结构设计的整合, 进而提高整个运行机组的安全稳定性。下面文章主要从轴承设计的角度进行详细地分析, 其重点主要是推力轴承、导轴承。

2.3.1、推力轴承设计

在大型水轮发电机的推力轴承设计过程中, 加强对推力轴承的性能指标、成本效益指标等重点关注方面。在技术环节方面, 注重对推力轴承的轴瓦支承周向偏心及负载系数、摩擦阻力系数等进行系统计算与校核。

2.3.2、导轴承设计

在大型水轮发电机机组运行过程中, 导轴承设计主要是依托于载荷机组转动来带动部分径向与电磁之间的不平衡力进而达到平衡。在机组设备进行设计的过程中要对导轴承的位置及数量以及发电机组之间的型号匹配度都要有所了解, 且做到精准无误, 这样才能精准的将机架中心体重的油槽进行准确的安装。此外, 导轴承设计的合理性对于电机的承受力将起到至关重要的作用。尤其是对显现其他部件的安装及构成有着重要影响。从某种意义上来讲, 导轴承设计能够依据实际水轮发电机作业情况将数值控制在稳定的、合理范围内, 大大提高了它的融合性。

3、机架设计

从某种意义上来讲, 机架设计要依据大型水轮发电机的实际运行情况而设计, 并非所有的机架设计结构都是采取一致的结构类型。机架依据承载力负荷的大小可分为以下两种类型:一是可载荷机架二是非载荷机架。依据机架支臂类型可分为井字型、辐射型及桥型等类型。所以要求设计人员必须清楚机架的结构类型, 根据大型水轮机机组部件的作业原理和结构特点进行机架设备的合理设计, 只有符合其实际要求的机架设计才能更好地发挥其支撑作用, 否则将难以发挥实效, 最终对水轮机发电机构成影响, 破坏推力轴承、转轴承及其他大型构建的承载力。

4、结束语

从上面的论述得知, 大型水轮发电机组的结构设计对其安全性的运行有着不可忽视的重要作用。虽然涉及的因素比较多, 且结构构成也比较复杂。但是相关设计人员应从实际出发, 利用专业的设计基础和借鉴国内外先进的结构设计方案, 一定确保结构设计的合理性以及安全性。此外, 还能够大大提高水轮发电机组的运行效率, 一定程度上降低了成本。所以在进行水轮发电机结构设计时, 不能盲目的进行设计, 要利用科学的论证和相关的大量数据进行校验, 从而根本上确保水轮的高效运行。

参考文献:

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