巖灘水電站擴建工程定子鐵芯壓緊結構技術改進

張增

摘 要：巖灘水電站擴建工程定子鐵芯固定及壓緊方式在初步設計時采用鴿尾筋外加穿心螺桿結構，由于巖灘水電機組轉速低使磁軛徑向寬度比較窄，如果在鐵心中間布置穿心螺桿，螺桿與定子繞組上端箍的軸向和徑向距離太近，很難滿足設備安裝、維護及安全運行要求。文章詳細介紹了穿心螺桿壓緊結構和鴿尾筋壓緊結構兩種方案的對比，總結了定子鐵芯壓緊采用鴿尾筋壓緊結構的優越性及合理性，并在巖灘水電擴建站成功的進行了應用，可為其他同類型機組提供參考。

關鍵詞：水電站擴建工程；定子鐵芯；壓緊結構技術

1 概述

按照招標書及合同要求，巖灘發電機定子鐵芯固定及壓緊方式在投標及初步設計時均采用鴿尾筋外加穿心螺桿結構。在上海福伊特水電公司設計過程中發現，由于機組轉速低使磁軛徑向寬度比較窄，如果在鐵心中間布置穿心螺桿，螺桿與定子繞組上端箍的軸向和徑向距離太近，很難滿足設備安裝、維護及安全運行要求。為此，對鐵芯固定及壓緊結構提出以下改進方案。

2 設計要求

發電機定子鐵芯及相關部件系機組的重要部分，為了確保產品安全可靠，避免在長期運行中可能出現松動、翹曲、過熱、振動和噪聲等影響機組安全運行的不利情況，設計時應采用具有成熟使用運行經驗的鐵心固定及壓緊結構方案。

采用穿心螺桿壓緊結合定位筋固定或只使用雙鴿尾筋壓緊并固定鐵芯的結構方案，均能滿足設計要求，兩者在國內外均有大量成功的運行經驗。

合同提出使用鐵芯穿心螺桿壓緊并配置進口蝶形彈簧，采取防止發電機定子鐵芯各部件和壓緊部件過熱的相關措施等要求。

如果能夠改用雙鴿尾筋壓緊固定方式，不設穿心螺桿，同時繼續使用進口蝶形彈簧，既可以滿足鐵心壓緊要求，同時也能徹底避免穿心螺桿結構的絕緣及發熱問題。

3 設計方案

3.1 穿心螺桿壓緊結構（合同規定的結構）

3.1.1 結構及設計布置

設計壓緊力通過穿心螺桿、壓板、壓指及蝶形彈簧等部件作用并保持在鐵芯內部，同時使用定位筋將鐵芯與機座連接并承受機組的電磁扭矩和切向力。如圖1所示。

圖1 穿心螺桿結構方案

3.1.2 巖灘設計方案

就巖灘發電機而言，由于發電機轉速低，磁極數量較多，定子磁軛徑向寬度小，僅210mm。因此，在布置穿心螺桿、碟形彈簧及其他緊固件時與線圈端箍發生沖突，它們之間的軸向和徑向距離都太近，無法滿足鐵芯及繞組安裝、維護及機組安全運行要求。由于根據線圈設計計算的繞組端箍位置已經確定，穿心螺桿也已經布置在接近鐵芯外緣側，無法再向外移動，所以采用穿心螺桿方案很難實施，見圖2及圖3。

圖2 巖灘定子沖片

圖3 巖灘穿心螺桿布置三維圖

3.1.3 鴿尾筋壓緊結構（改進后的方案）

鴿尾筋壓緊結構方案見圖4。雙鴿尾筋同時具有壓緊定位及傳遞扭矩和切向力雙重功能。即在雙鴿尾筋兩端加工出螺紋，在鐵芯壓緊時雙鴿尾筋兼作拉緊螺桿使用。該結構是水輪發電機常用的壓緊方案之一，能滿足定子鐵芯壓緊的設計要求。優點是結構簡單安裝維護方便，不存在螺桿與鐵芯之間的絕緣和穿心螺桿發熱問題，而且在鐵芯內部沒有螺桿堵塞通風道，使冷卻空氣流通更順暢。因此，該結構既能提高運行的風險也有利于定子繞組和鐵芯的安裝與維護。

圖4 鴿尾筋壓緊方案

3.2 方案比較

鴿尾筋壓緊方案與穿心螺桿方案的應力計算結果對比如下：

可見，采用兩種方案時相關部件的計算應力都在允許范圍內，剛強度也均滿足設計要求。此外，在采用雙鴿尾筋方案時，為了改善雙鴿尾筋的受力狀況，確保鐵心可靠壓緊對其他結構件也將進行設計優化：（1）機座下環板厚度從60mm增加到65mm；（2）加寬上齒壓板。

4 結束語

巖灘水電站擴建工程定子鐵芯壓緊結構技術改進的成功應用，可以為同類型情況的電站提供借簽。