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　　東方電氣評(píng)論3，500061730水輪發(fā)電機(jī)東風(fēng)電機(jī)廠羅中華尹山林1前言關(guān)口電站用的是東風(fēng)電機(jī)廠較早時(shí)期生產(chǎn)的高轉(zhuǎn)速大容量臥式水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組。隨著近年來(lái)類似機(jī)組訂購(gòu)合同的增多，以及設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)的日益豐富，東風(fēng)電機(jī)廠已掌握并完善了同類機(jī)組的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。該類機(jī)組設(shè)計(jì)及制造的特點(diǎn)主要現(xiàn)在實(shí)心磁極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造方法；實(shí)心磁極電磁計(jì)算方法的特殊性；負(fù)荷較大軸承軸瓦溫度的控制；高轉(zhuǎn)速機(jī)組振動(dòng)和噪音的抑制等。

　　2發(fā)電機(jī)的基本數(shù)據(jù)型號(hào)額定功率額定電壓斤額定電流A額定功率因數(shù)額定頻率+fc額定轉(zhuǎn)速r.min1飛逸轉(zhuǎn)速r.min1收稿日期210628 3設(shè)計(jì)特點(diǎn)3.1電磁設(shè)計(jì)在電磁計(jì)算時(shí)，針對(duì)該機(jī)組的特殊性，經(jīng)過(guò)多方案比較，得出了個(gè)較佳的電磁方案。在電磁方案選擇時(shí)，著重考慮了以下幾方面。

　　由于飛逸轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)子須采用實(shí)心磁極結(jié)構(gòu)。實(shí)心磁極本身具有較強(qiáng)的阻尼作用，因此不再增設(shè)阻尼繞組，從而簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了承受較高機(jī)械應(yīng)力的能力。

　　定子每極每相槽數(shù)，采用整數(shù)+1.由于無(wú)常規(guī)阻尼結(jié)構(gòu)，可有效地降低次齒諧波，亦可避免因采用整數(shù)槽后可能出現(xiàn)的較大電壓波形畸變，從而保證發(fā)電機(jī)的發(fā)電質(zhì)量。

　　轉(zhuǎn)子采用實(shí)心磁極結(jié)構(gòu)后，對(duì)磁極為降低極靴面損耗，定子槽寬，與氣隙5之比宜小于1.戈氣隙5宜取偏大值，以降低電磁振動(dòng)和噪音，使機(jī)組的整體性能較好。這樣即便短路比大些，多用些銅材也是有益的。

　　采用較低的極身磁密和散熱較好的分離式極靴塊。分離式極靴塊與極身之間，在磁極外面沿軸向形成定尺寸的溝槽，以增大等效氣隙和散熱面，可有效地防止極靴面局部過(guò)熱。

　　該發(fā)電機(jī)采用軸向鼓風(fēng)作用強(qiáng)效率高工藝簡(jiǎn)便的平板旋槳式風(fēng)扇，形成以軸向通風(fēng)為主的徑軸向雙路徑通風(fēng)系統(tǒng)。

　　采取密閉自循環(huán)空氣冷卻器冷卻方式。3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)采用臥軸兩支點(diǎn)結(jié)構(gòu)型式。該結(jié)構(gòu)是近年發(fā)展起來(lái)的種較好的結(jié)構(gòu)型式，由于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直接與發(fā)電機(jī)主軸相聯(lián)，其結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，安裝調(diào)試方便，能很好地滿足地下廠房對(duì)機(jī)組占地的限制。但是，由于機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速為179，般要求臨界轉(zhuǎn)速不小于1.2倍的飛逸轉(zhuǎn)速采用兩支點(diǎn)后，軸系受力發(fā)生了很大變化是少了個(gè)支點(diǎn)，是軸的外伸端增加了載荷，臨界轉(zhuǎn)速大為降低。通過(guò)調(diào)整支點(diǎn)間的距離及軸頸直徑，滿足了機(jī)組對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的要求發(fā)電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)1.

　　為滿足機(jī)組在飛逸工況下的安全可靠性，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的應(yīng)力須嚴(yán)格控制。由于該機(jī)組飛逸工況時(shí)的離心力系數(shù)高達(dá)36倍，常規(guī)的磁極結(jié)構(gòu)很難滿足要求，而有些設(shè)計(jì)資料上介紹的梳齒結(jié)構(gòu)其相關(guān)零部件的應(yīng)力值亦很高，須采用具有較高抗拉強(qiáng)度的合金鋼，且結(jié)構(gòu)不理想，不能直接套用。為解決這問(wèn)，提出了種更為合理的梳齒式實(shí)心磁極結(jié)構(gòu)，不僅降低了相關(guān)零部件的應(yīng)力，對(duì)材質(zhì)的要求不高，且加工量亦有所下降。具體的結(jié)構(gòu)2.

　　由2可知，該實(shí)心磁極由軸破輛極身整鍛而成，固定勵(lì)磁繞組的極靴則作成分離式極靴塊，分段嵌人極身相應(yīng)的槽中，形成梳齒狀，并通過(guò)鋼銷將其緊固于極身上，這樣可最大限度地減輕分離件的質(zhì)量，降低分離件的離心力，從而控制相關(guān)部件在飛逸工況下所承受的應(yīng)力。同時(shí)，危險(xiǎn)斷面磁極相比，結(jié)構(gòu)更趨合理。下面是相關(guān)部件飛逸工況下危險(xiǎn)斷面的應(yīng)力值單位鋼銷剪應(yīng)力61極靴塊彎曲應(yīng)力220端部剪應(yīng)力65端部彎曲應(yīng)力268由于發(fā)電機(jī)容量較大，使用于較高水頭和較大流量的配套水輪機(jī)，使得發(fā)電機(jī)軸承需要承受較大的水推力和徑向力，這樣，軸承負(fù)荷系數(shù)尺=12很大，達(dá)265，其發(fā)熱量及所需冷卻循環(huán)油量較大。在徑向推力軸承設(shè)計(jì)時(shí)，首次采用了與內(nèi)外循環(huán)并列環(huán)亦有很大區(qū)別。

　　4工藝措施根據(jù)該機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及零件精度，設(shè)計(jì)并制造了24副工裝模具注僅指產(chǎn)品零件金屬切削加工和電加工過(guò)程用工裝，不包括焊接沖壓鑄鍛等專業(yè)工藝模具來(lái)保證推力瓦定子線圈轉(zhuǎn)子等上的重要零件4.1精銑夾具控制推力瓦厚度設(shè)計(jì)紙要求每塊推力瓦厚度差控制在0.，1以內(nèi)，工藝上采用了瓦坯整圓加工并澆鑄合金，于精車之后銑切成塊，然后在統(tǒng)床上由銑夾具同時(shí)固定10塊推力瓦塊精。銑塊瓦合金面，以保證各推力瓦厚度差在紙要求范圍內(nèi)。

　　4.2人工輔助拉形制作定子線，定子線圈軸向長(zhǎng)度超過(guò)1600，跨距超過(guò)560，已超出拉形機(jī)最大拉形跨距。

　　在具體操作中，采用了人工輔助拉形并最終復(fù)形至紙要求。

　　4.3轉(zhuǎn)子主要零件加工難點(diǎn)由于機(jī)組容量大轉(zhuǎn)速高，使得轉(zhuǎn)子采用了磁極極身與轉(zhuǎn)軸鍛為體極靴塊與極身由銷釘固定的梳齒結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，能承受較高的工作應(yīng)力，但其零件加工精度轉(zhuǎn)子裝配精度高，相應(yīng)加工周期長(zhǎng)，機(jī)組制造成本亦高。加工難點(diǎn)主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)軸軸身處6個(gè)磁極的刨削極靴塊組合車削18入530深銷孔鉆削大小推力轉(zhuǎn)環(huán)熱套于軸后的磨削磁極線圈在軸上模擬飛速運(yùn)行離心力下的絕緣耐壓試驗(yàn)以及轉(zhuǎn)子在廠內(nèi)總裝配后的超速試驗(yàn)。

　　4.3.1粗精刨轉(zhuǎn)軸極身及精車極靴槽轉(zhuǎn)軸極身軸向長(zhǎng)約1200，僅加工極身就需要刨鐵屑下來(lái)，故在機(jī)床上加工周期較長(zhǎng)。由于切削量大，為避免精加工后的殘余應(yīng)力超標(biāo)，采取了在龍門刨床上粗刨，人工時(shí)效半精車人工時(shí)效再精刨極身及精車極靴圓弧槽的工序間除應(yīng)力方式加工6個(gè)磁極。

　　4.3.2極靴塊組合車削每個(gè)磁極有極靴16塊，嵌合在轉(zhuǎn)軸極身圓弧槽并由銷釘固定，6個(gè)磁極共96塊。

　　為保證所有極靴塊的裝配緊度和極靴塊外圓致，增加機(jī)組運(yùn)行可靠性并減少因制造所致電壓畸變，采取了由車夾具次性裝夾48件，與轉(zhuǎn)軸上相應(yīng)圓弧配乍的方式加工各極靴塊。

　　4.3.3極靴塊和極身同鉆銷孔每個(gè)磁極3個(gè)銷孔，6個(gè)磁極共18個(gè)，孔軸向凈深超過(guò)1000.考慮到主軸臥放于鏜床上加工18個(gè)銷孔找正麻煩和需添加細(xì)長(zhǎng)捏桿的撓度將致使孔中心線偏斜過(guò)大，且孔的橢圓度不易保證。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，首先用鉆夾具將個(gè)磁極的組極靴塊全部固定在軸身磁極上，然后吊主軸立放于搖臂鉆床處地坑內(nèi)找垂直，并用壓板壓緊軸端法蘭，用粗精鉆分多次鉆削各孔達(dá)到紙要求。鉆孔過(guò)程中采用了專門的裝置，有效地解決了深孔加工的刀具冷卻和除鐵屑難。

　　通過(guò)對(duì)各組孔的復(fù)，孔的橢圓度直線度及進(jìn)出孔處的位置度均達(dá)到了設(shè)計(jì)值，有利于線圈試驗(yàn)時(shí)工藝銷釘?shù)难b拆及轉(zhuǎn)子裝配時(shí)產(chǎn)品銷釘?shù)目煽看蚓o4.3.4磁極線圈的制作和壓間耐壓試驗(yàn)基于高轉(zhuǎn)速機(jī)組，為了將磁極線圈凈重互差控制在28以內(nèi)，采取落片式扁繞模繞制線圈。繞制時(shí)銅排由夾板裝置適當(dāng)壓緊，并用重錘測(cè)力器控制銅排內(nèi)張力，邊繞邊敲擊銅排使其緊貼模芯，可靠地控制了線圈的高度和內(nèi)框尺寸，有效地保證了線圈的總量在許差內(nèi)。

　　因磁極極身與轉(zhuǎn)軸鍛為體，磁極線圈匝間耐壓試驗(yàn)不能按照常規(guī)機(jī)組在油壓機(jī)上直接模擬機(jī)組運(yùn)行時(shí)的離心力施壓，而是將磁極線圈對(duì)應(yīng)套在極身上，在穿人試驗(yàn)用銷釘后，由壓緊工具壓緊，作匝間絕緣耐壓試驗(yàn)。

　　4.3.5轉(zhuǎn)子裝配及動(dòng)平衡和過(guò)速試驗(yàn)為進(jìn)步減少磁極線圈因裝配引起圓周質(zhì)量分布不均，線圈在裝配前應(yīng)嚴(yán)格配重后套在轉(zhuǎn)軸極身上，用極靴塊穿入產(chǎn)品銷釘固定，極靴塊與磁極線圈間壓力由專門的測(cè)量工具測(cè)量，并通過(guò)適當(dāng)增減絕緣墊圈來(lái)調(diào)整壓力。轉(zhuǎn)子裝配完后，上動(dòng)平衡機(jī)作試驗(yàn)，合乎要求再吊于超速機(jī)上按1.8倍額定轉(zhuǎn)速作試驗(yàn)，并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢，合格后，重新擰緊所有裝配螺釘。

　　5結(jié)語(yǔ)6730是東風(fēng)電機(jī)廠生產(chǎn)的首臺(tái)轉(zhuǎn)子磁極為梳齒結(jié)構(gòu)機(jī)組，無(wú)論是設(shè)計(jì)工藝，還是生產(chǎn)難度，均楚該廠已生產(chǎn)的各類水輪發(fā)電機(jī)組之首，在行業(yè)中也是校少的。因此，該廠從開(kāi)始投產(chǎn)起就在人力物力技術(shù)及生產(chǎn)等方面作了充分的安排，使電站次性運(yùn)行成功。該機(jī)組的成功運(yùn)行，為提升該廠實(shí)力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)3