大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒制造工藝研究

張素華

摘 要：在世界節(jié)能環(huán)保主題的引領(lǐng)下，高效環(huán)保的發(fā)電方式越來越得到廣泛的接受。空冷電機(jī)較氫冷電機(jī)和水冷電機(jī)有很多優(yōu)點：不需要氫氣密封裝置和置換裝置等，簡化了發(fā)電系統(tǒng)，增加了電機(jī)的可靠性，減少了工作量，大大的提高了工作效率。除此之外，空冷發(fā)電機(jī)的氣體來源是空氣，而氫冷發(fā)電機(jī)的氣體來源是氫氣，相對來說，空氣的來源較氫氣比較廣泛，更容易獲得。但是，空冷發(fā)電機(jī)還存在預(yù)彎成型困難、導(dǎo)線端部尺寸不好控制、線圈引線位置需要焊接成一體而引線的空間形狀難以控制等現(xiàn)象。本文就這些棘手的問題提出了一些解決方式。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；定子；線棒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.153

0 前言

隨著社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的不斷加強(qiáng)，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷提高，我國農(nóng)業(yè)、工業(yè)、以及現(xiàn)代化服務(wù)業(yè)有了很大的改善。科學(xué)技術(shù)水平逐步提高，影響著各行各業(yè)的發(fā)展，對發(fā)電也技術(shù)有著不小的影響，大型發(fā)電技術(shù)水平也不斷地提高。就目前來看，空冷汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻定子的介質(zhì)是空氣，氫冷汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻定子的介質(zhì)是氫氣，水冷大型汽輪發(fā)電機(jī)定子線圈采用冷水直接冷卻。但是在這些發(fā)電機(jī)當(dāng)中，空冷發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)有來源廣泛、裝置簡單、而且投資相對較少等優(yōu)點，被越來越多的發(fā)電廠所接受。空冷發(fā)電機(jī)具有氣體來源容易、維護(hù)方便、費用低等優(yōu)點。目前國產(chǎn)空冷汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)主要有100MW、135MW、150MW、200MW、350MW。本文就大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒制造工藝進(jìn)行分析與研究。

1 空冷汽輪發(fā)電機(jī)定子線圈的制造難點

1.1 預(yù)彎成型困難

端部漸開線形狀愈加復(fù)雜，預(yù)彎成型困難。目前，汽輪發(fā)電機(jī)定子絕緣體多用環(huán)氧粉云母材料，環(huán)氧粉云母的硬度以及剛度較大，如果熱壓后想要改變形狀，無論采用何種方式，都難以達(dá)到預(yù)想效果。除此之外，還容易造成絕緣體的損傷，失去絕緣體的使用效果。而且在繪制樣板圖時，由于漸開線的最后一段圓弧與引線轉(zhuǎn)角圓弧不能相切。按照線圈圖的畫法進(jìn)行多次測量，其結(jié)果算出的角度與實際的角度一直不相符。模型設(shè)計計算出的各值與實際的值都都很大的差別，甚至出現(xiàn)誤差，以致預(yù)彎成型困難。

1.2 導(dǎo)線端部尺寸難控制

空冷汽輪發(fā)電機(jī)是采用蒸汽輪機(jī)直接驅(qū)動，其轉(zhuǎn)子線圈通常為兩極隱極式結(jié)構(gòu)。并且采用空氣直接冷卻的方式進(jìn)行冷卻，與氫冷汽輪發(fā)電機(jī)相比較為經(jīng)濟(jì)。但是在確定電機(jī)有效部分的長度和直徑時，會出現(xiàn)一定的誤差，以致在選擇關(guān)聯(lián)的定子槽數(shù)、定子鐵芯外徑、轉(zhuǎn)子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子槽分度數(shù)等也會受到誤差的影響出現(xiàn)一些差錯。除此之外，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子外徑尺寸還會作為電磁設(shè)計主要尺寸的選擇。還要考慮轉(zhuǎn)子齒的應(yīng)力水平以及是否會受到，過大諧波的影響。這些都會影響定子導(dǎo)線端部尺寸難以控制。

2 解決措施以及工藝方法

2.1 端部形狀控制工藝

因為空冷汽輪發(fā)電機(jī)線圈的匝數(shù)較多，截面高度尺寸較大，彎型使上壓板如果固定不牢很容易上翹，致使線匝不規(guī)整，線圈此部位容易脫離預(yù)想效果，嚴(yán)重影響導(dǎo)線質(zhì)量。因此，必須要在預(yù)彎時增加線圈小面上壓夾緊裝置，才能保障預(yù)彎預(yù)彎達(dá)到預(yù)期的效果。同時，需要對夾緊工具加以改進(jìn)，保障在彎型時型腔的尺寸能隨著引線高度而變化。當(dāng)引線達(dá)到一定高度時，使空間形狀保持正確的形態(tài)。

2.2 導(dǎo)線端部尺寸工藝

由于電機(jī)繞組有相同和相隔之分，會產(chǎn)生兩種相反的電流，通電線圈會產(chǎn)生磁場，致使端部相鄰線圈兩線棒間就會有相互吸引和排斥作用力產(chǎn)生，為避免由于作用力產(chǎn)生的位移。所以對端部這個部位在切向正確的固定，應(yīng)是在相鄰繞組線棒間側(cè)面間隙中，選擇厚度與間隙大小相近的滌綸繩綁緊。根據(jù)空冷汽輪發(fā)電機(jī)定子線圈的結(jié)構(gòu)特點、質(zhì)量要求以及設(shè)備加工能力等各個方面，可以改進(jìn)沖孔工序的一些技術(shù)。沖孔工序一直是空冷型定子線圈加工工序的重點和難點。其中熱處理一定要保證淬火，保證硬度達(dá)到60-64HRC。鉗工精修一定要符合標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到一定要求。

2.3 定子通風(fēng)結(jié)構(gòu)工藝

定子的通風(fēng)結(jié)構(gòu)可以提高空氣傳導(dǎo)介質(zhì)的利用率，降低電機(jī)升溫。空冷汽輪機(jī)的容量增加，其系統(tǒng)可以合理的優(yōu)化定子的通風(fēng)結(jié)構(gòu)。這里有兩個可實行的方案。第一，保持電機(jī)總尺寸和通風(fēng)溝的數(shù)量不變，改變鐵芯的厚度。第二，保持電機(jī)總數(shù)不變，增加通風(fēng)溝的數(shù)量。優(yōu)化后的兩種結(jié)構(gòu)可以讓流體帶走更多電機(jī)產(chǎn)生的熱量。還可以增加通風(fēng)槽上片及下片的數(shù)量。上通風(fēng)槽上傾斜設(shè)置有至少兩列由多個翅片組成的翅片列，下通風(fēng)槽片上傾斜設(shè)置有至少兩列由多個翅片組成的翅片列，每個翅片上設(shè)置有多個通孔。這樣能夠提高冷卻氣體在通風(fēng)流溝內(nèi)的流動紊流度，還能提高冷卻氣體與通風(fēng)槽片的接觸度和接觸面積，這樣可以增加氣體與定子之間的充分熱交換，提高空氣冷卻的效率，達(dá)到空冷汽輪發(fā)電機(jī)的預(yù)期使用效率。

2.4 不對稱支路繞組技術(shù)

由于空冷汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)是空氣，空氣的冷卻效果并不如氫冷汽輪發(fā)電機(jī)和水冷汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻效果。為了降低損耗，提高散熱能力，可以采取降低電壓和減少定子繞組的損耗。其中將低電壓并不可以從根本上解決問題，而減少定子繞組可以從根本上解決問題。說道減少定子繞組技術(shù)可以采用定子線棒不對稱的方法，以減少線股之間環(huán)流引起的附加損耗，還可增加并聯(lián)支路數(shù)量，降低線棒的工作電流，使槽內(nèi)的電流和線棒電流減少，進(jìn)而減少基本銅耗。除此之外，還能減少繞組電磁力，有利于繞組固定，提高電機(jī)的可靠性。

3 結(jié)語

空冷汽輪發(fā)電機(jī)與氫冷汽輪發(fā)電機(jī)、水冷汽輪發(fā)電機(jī)相比，具有簡便、系統(tǒng)操作簡單、空氣資源比較容易獲得、投資較少等優(yōu)點，被很多發(fā)電廠所采納。符合全球節(jié)能的號召，而且空氣來源廣泛，不會產(chǎn)生副產(chǎn)品和廢料，同時響應(yīng)了國家綠色發(fā)展的計劃。本文就空冷汽輪發(fā)電機(jī)的定子線棒所出現(xiàn)的一些問題以及一些解決措施提出一些看法和解決辦法，根據(jù)大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，重點研究了定子線圈的制造工藝，并就一些關(guān)鍵工序所采取的新工藝和新工具與水冷定子線圈進(jìn)行了對比，，進(jìn)而形成了一套完整的空冷定子線圈制造體系。

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