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　　HEC研制的首臺QFR-15-2燃氣輪發(fā)電機，是某航空企業(yè)QD-128燃氣輪發(fā)電機組的配套單元。本文介紹了燃氣輪發(fā)電機的特殊技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計中的難點。

　　燃氣輪發(fā)電機；配套單元；技術(shù)要點1前言在當今國際市場上，燃氣輪機的大容量化推動了聯(lián)合循環(huán)電站的發(fā)展，聯(lián)合循環(huán)電站最重要的特點是總的熱效率可達55%以上，比常規(guī)熱電站高出近20%.聯(lián)合循環(huán)電站包括由燃氣輪機拖動的燃氣輪發(fā)電機和余熱鍋爐-蒸汽輪機拖動的汽輪發(fā)電機。電力環(huán)保技術(shù)的發(fā)展及資源經(jīng)濟性和電網(wǎng)需求，使具有體積小、效率高、安裝地點選擇靈活和環(huán)保特性的燃氣輪發(fā)電機組，應(yīng)用越來越廣泛。如聯(lián)合循環(huán)綠色環(huán)保電站、快裝小型移動電站等。

　　燃氣輪機發(fā)電機組由作為驅(qū)動部分的燃氣輪機裝置和作為生產(chǎn)電能部分的發(fā)電機裝置等組成。燃機中壓氣機轉(zhuǎn)速為13000r/min，動力渦輪處轉(zhuǎn)速為4700 4.3感應(yīng)加熱方法感應(yīng)加熱方法是依靠焊件在交變磁場中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的電阻熱來實現(xiàn)的。這種方法是目前大中型水輪發(fā)電機定子線棒并頭釬焊最常用的加熱方法之一。

　　國外ABB公司、ALSTOM公司和國內(nèi)哈電公司都在采用。使用這種方法，不管發(fā)電機定子線棒并頭采用搭接結(jié)構(gòu)、對接結(jié)構(gòu)或復(fù)式結(jié)構(gòu)，只要具備一定的空間，都可實現(xiàn)加熱釬焊。

　　感應(yīng)圈是感應(yīng)釬焊設(shè)備的重要元件，交流電源的能量是通過它傳遞給焊件的。根據(jù)并頭結(jié)構(gòu)的不同，感應(yīng)圈可設(shè)計成各種型式，一般感應(yīng)圈都與焊件的外形相似，為了提高加熱效率，感應(yīng)圈與被焊件偶合得愈緊密愈好。

　　采用感應(yīng)加熱時往往需要一些輔助工具，用以夾持和定位焊件，保證其裝配準確度及與感應(yīng)圈的相對位置，并起到提高生產(chǎn)率和保證釬焊質(zhì)量的作用。

　　采用感應(yīng)加熱方法其感應(yīng)加熱設(shè)備的技術(shù)含量大，與前述兩種方法比較，設(shè)備的價格高，維修人員需要較高的水準。

　　5結(jié)束語水輪發(fā)電機定子線棒并頭的設(shè)計與釬焊加熱方法的選擇兩者是相輔相成的，并頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計首先應(yīng)保證并頭搭接尺寸或并頭附件的截面尺寸要求，其次并頭設(shè)計成何種結(jié)構(gòu)，要根據(jù)生產(chǎn)廠的工藝技術(shù)水平和工藝裝備狀況，發(fā)電機定子線棒并頭的設(shè)計和釬焊加熱方法的選擇的最終目的就是獲取良好釬焊接頭，向用戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

　　呼義通（959―）1984年畢業(yè)于哈爾濱電機廠職工大學，現(xiàn)從事釬焊工藝工作，工程師。r7min，再通過齒輪箱減速為3000r7min后與發(fā)電機相聯(lián)接。燃氣輪發(fā)電機與汽輪發(fā)電機均類屬透平型同步電機，但由于燃氣輪機、輔機以及電站安裝、運行方式都有其特點，并且汽輪發(fā)電機的一些非正常運行工況在燃氣輪機的運行也屬于常規(guī)的要求，決定了在結(jié)構(gòu)上有許多特殊之處。在HEC，QFR-15-2燃氣輪發(fā)電機作為聯(lián)合循環(huán)的樣機為今后開發(fā)更大容量的燃機作了充分的準備。

　　技術(shù)數(shù)據(jù)額定容量額定功率額定電壓額定電流功率因數(shù)額定頻率額定轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)電機為隱極式發(fā)電機，其原動機為燃氣輪機，采用同軸無刷勵磁，冷卻方式為封閉式空氣循環(huán)冷卻。

　　10715-2型汽輪發(fā)電機設(shè)計基本結(jié)構(gòu)，加之吸收了現(xiàn)代先進設(shè)計技術(shù)制成的，從電機性能到結(jié)構(gòu)是比較先進可靠的。

　　3.1定子結(jié)構(gòu)由于燃氣輪發(fā)電機沒有常規(guī)空冷汽輪發(fā)電機的基礎(chǔ)風路，要求發(fā)電機必須具備體積小，結(jié)構(gòu)緊湊的特點，以適應(yīng)機組移動靈活安裝方便的要求。因而該機采用方形機座，冷卻器頂置結(jié)構(gòu)。在設(shè)計中運用IDEAS三維設(shè)計，充分地利用空間，布置風道。通風方式為一進二出（見）。

　　定子鐵心用低耗有取向的硅鋼片制造，分成40個鐵心段，鐵心段之間用通風槽鋼形成39個徑向冷卻通風道。

　　定子線圈為條式線棒，雙玻璃絲包線分兩排，采用360羅貝爾換位，嵌入54個槽中，排間絕緣為環(huán)氧多膠粉云母帶，有防暈層。多膠絕緣線棒不需模壓，外包少膠帶，下線后定子真空整浸環(huán)氧無溶劑漆，即F級VPI絕緣，該絕緣結(jié)構(gòu)電氣及機械性能優(yōu)異，對減小定子鐵心和繞組的溫升十分有利。線棒的鼻端焊接采用封焊工藝取代其他機組常用的搭股焊從而大大地提高了生產(chǎn)效率。為了便于安裝中性點柜，定子引出線側(cè)向引出，同時為保證合理的機內(nèi)、外接口尺寸，要求3.2轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)發(fā)電機轉(zhuǎn)子由高強度合金鋼25Cr2N14MoV整體鍛造制成，在轉(zhuǎn)子本體與護環(huán)搭接處大齒部位開有月牙形輔助通風槽，以改善轉(zhuǎn)子端部散熱效果。為改善轉(zhuǎn)子繞組的端部通風冷卻，采用在轉(zhuǎn)子每個小齒上開通風孔結(jié)構(gòu)（共44個）取代小齒開月牙槽打銷釘結(jié)構(gòu)，以克服端部槽型變形的弊端，便于下線后打槽楔改善工藝性，改進后的通風孔結(jié)構(gòu)，見。

　　該通風孔位于轉(zhuǎn)子齒與護環(huán)結(jié)合部位，材料所受應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜，為此采用了有限元法及IDEAS程序?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)進行了應(yīng)力計算：計算工況：額定轉(zhuǎn)速運行轉(zhuǎn)速：3000/nin 1個槽中所有物體的離心力：1038.bN/mm護環(huán)與本體的配合長度：35mm護環(huán)與本體的配合力：9.06E+ 5N通風孔的直徑：17mm正常工作時，轉(zhuǎn)子齒主要應(yīng)力結(jié)果如下：0MPa通風孔處應(yīng)力：227. 0MPa轉(zhuǎn)子本體配合端應(yīng)力：50.0MPa上述應(yīng)力計算結(jié)果表明，轉(zhuǎn)子齒開通風孔后，應(yīng)力水平不高，完全滿足強度要求。

　　由于發(fā)電機的運行要求年起動次數(shù)不低于500次，100%調(diào)峰，為此轉(zhuǎn)子繞組由常規(guī)小型汽輪發(fā)電機常用的軟扁銅排繞線式結(jié)構(gòu)改為采用冷拉含銀銅排對半焊接結(jié)構(gòu)，以提高其抗蠕變性。轉(zhuǎn)子繞組通過導電螺釘導電桿裝配與勵磁機連接，具有結(jié)構(gòu)簡捷可靠的特點，見此結(jié)構(gòu)中導電螺釘有扇狀凸臺，并采用鋼制壓帽以承擔轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時導電螺釘以及導電片等自重引起的離心力，避免導電螺釘與導電桿接合螺紋處應(yīng)力過高，也有利于緩解導電片對導電桿的彎曲應(yīng)力，導電片采用特殊柔性結(jié)構(gòu)以適應(yīng)低周疲勞狀態(tài)下運行。其絕緣結(jié)構(gòu)為滌綸玻璃絲帶包繞緊密后真空浸漬，然后烘干加工，最后表面涂刷9120環(huán)氧氣干漆。

　　轉(zhuǎn)子護環(huán)由非磁性鍛鋼50Mn18Ci5制成，用來保護繞組端部。經(jīng)過強度計算減小護環(huán)外徑，并在靠近本體成15角（見）。

　　大護環(huán)與鐵心間隙，有效解決由鐵心開槽引起的空載表面損耗及脈振損耗而導致的局部過熱現(xiàn)象。

　　這一點對護環(huán)與鐵心間隙相對較小的小型發(fā)電機尤其3.3勵磁機QFR-15-2燃氣輪發(fā)電機在勵磁方式上，配用的是同軸小型無刷勵磁機，即與發(fā)電機共用一根轉(zhuǎn)軸（中間沒有聯(lián)軸器）。勵磁機的整個轉(zhuǎn)子懸掛在發(fā)電機的延伸軸上。勵磁機的電樞繞組、整流盤套在汽輪發(fā)電機軸上，汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組通過徑向?qū)щ娐葆敿拜S孔內(nèi)導電桿與整流盤連接。定子構(gòu)成勵磁機的磁場又是勵磁機的外罩整流盤及電樞繞組全部罩在里面。定子機座采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，在機座內(nèi)圓把上磁極，機座相當于磁極的軛部。勵磁機的定子、轉(zhuǎn)子裝配后，在定子兩端安裝上端蓋及密封環(huán)，形成勵磁機進出風路，在勵端端蓋裝有檢測碳刷和防護罩對試驗提供可能。

　　3.4機組軸向位置及定位燃氣輪機組由起驅(qū)動用燃氣輪機通過齒輪箱與發(fā)電機聯(lián)接。由于該電機帶安裝底架，整體運輸，到電廠不拆解直接就位發(fā)電，取消現(xiàn)場總裝工序，所以在確定發(fā)電機軸向位置時，考慮了機組帶負荷時轉(zhuǎn)子的軸向熱膨脹，在廠內(nèi)總裝時，將轉(zhuǎn)子磁中心線相對于定子磁中心線向拖動端予移1.2~1. 5mm，即冷態(tài)時磁中心線不對中，熱態(tài)對中，在廠內(nèi)完成熱膨脹預(yù)移量的設(shè)定。

　　相應(yīng)地設(shè)計了運輸鎖定裝置，氣端用支座和端板將聯(lián)軸器與底架連接，起到軸、徑向固定；勵端用鎖板將軸與軸承座連接，起到徑向固定（見）。

　　這些結(jié)構(gòu)能充分保證發(fā)電機轉(zhuǎn)子運輸過程中的固定，吸收運輸過程中的沖擊載荷，又起軸向安裝定位作用。

　　3.5軸承結(jié)構(gòu)常規(guī)汽輪發(fā)電機軸承工作進油溫為45C，而燃氣輪發(fā)電機軸承起機時油溫為35C，正常運行時油溫為55圓柱型軸瓦不能滿足該工況運行，嚴重時會產(chǎn)生油膜振蕩，軸徑中心在軸承中不穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，導致機組振動。經(jīng)計算采用橢圓瓦則可滿足該機要求。

　　表序號名稱設(shè)計值試驗值定子繞組電阻（75°C），n/相轉(zhuǎn)子繞組電阻（75°C），n空載勵磁電流，A短路勵磁電流，A額定勵磁電流，A額定勵磁電壓，V短路比（Kc）靜過載能力（S）定子基本銅耗（75°C），kW雜耗，kW定子鐵心損耗，kW機械損耗，kW勵磁損耗kW總損耗，kW效率，％定子鐵心溫升，K定子繞組溫升，K轉(zhuǎn)子繞組溫升，K定子漏抗，％零序電抗，％負序電抗，％直軸同步電抗，％直軸瞬態(tài)電抗，％直軸超瞬態(tài)電抗，％交軸超瞬態(tài)電抗，％36頂直式冷卻器本機采用的是頂置式冷卻器，積木式安裝有利于密封問題的處理。在端罩裝有浮子式漏水傳感器及排水裝置，一旦發(fā)生意外的水滲漏，及時報警，采取措施防止對發(fā)電機絕緣結(jié)構(gòu)帶來危害。

　　37發(fā)電機的溫升發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子絕緣均為F級，按B級考核，發(fā)電機空氣冷卻器的冷風出口溫度不超過4C時，保證其定子繞組溫升不超過80K定子鐵心溫升不超過80K轉(zhuǎn)子繞組溫升不超過90IK軸承出油溫度不超過65C軸瓦溫度不超過80C. 4發(fā)電機廠內(nèi)試驗發(fā)電機試制后進行了廠內(nèi)型式試驗，設(shè)計參數(shù)與試驗結(jié)果見表1.本型發(fā)電機設(shè)計采用了若干新結(jié)構(gòu)，所進行的試驗結(jié)果表明，新機型首臺機達到了設(shè)計要求。

　　5結(jié)論QFR-15-2的研制，填補了HEC燃氣輪發(fā)電機方面的空白為今后設(shè)計、制造系列燃氣輪發(fā)電機奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)并提供了依據(jù)。

　　牟松（1972―）1995年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)高等�？茖W校電機專業(yè)，1999年畢業(yè)于哈爾濱理工大學自動化專業(yè)，獲得學士學位；現(xiàn)工作于哈爾濱電機廠有限責任公司產(chǎn)品設(shè)計部。

　　1985弈業(yè)于哈爾濱機電�？茖W校電機工程系電機制造專業(yè)，1991年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學無線電專業(yè)，獲得學士學位；現(xiàn)胯滕發(fā)電機產(chǎn)設(shè)計工作，工呈師。