大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子竄動量問題分析

呂慧聰

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

在大型汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中，熱態(tài)額定負(fù)荷轉(zhuǎn)子磁中心需與定子磁中心重合，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由于本身熱膨脹，和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的推力或者拉力的影響，本體結(jié)構(gòu)需預(yù)位移相應(yīng)的位置余量，避免結(jié)構(gòu)件的磕碰，以及密封設(shè)備的合理范圍，保證發(fā)電機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行。本文結(jié)合運(yùn)行數(shù)量眾多且設(shè)計(jì)成熟的汽輪發(fā)電機(jī)功率350MW機(jī)組（圖1），冷卻方式水氫氫，即定子線棒水冷、定子鐵芯和轉(zhuǎn)子氫氣冷卻，此機(jī)型由于需要?dú)錃饷芊猓溯S油系統(tǒng)復(fù)雜，以點(diǎn)帶面，深度剖析，希望對大家在轉(zhuǎn)子竄動量和相應(yīng)預(yù)位移問題上有所幫助。

圖1 功率350MW水氫氫機(jī)組電廠照片

1 情況介紹

火力發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)類型眾多，根據(jù)冷卻方式的不同可分為空冷、雙水內(nèi)冷、全氫冷、水氫氫機(jī)組等，其中水氫氫機(jī)組結(jié)構(gòu)尤為復(fù)雜，冷卻介質(zhì)包括了水和氫氣兩種導(dǎo)熱介質(zhì)，具有代表性。廣西某電廠功率350MW機(jī)組，正是采用此種方式冷卻，在設(shè)計(jì)過程中由于汽輪機(jī)采用新機(jī)型，向發(fā)電機(jī)端的膨脹量較大，以此為例說明發(fā)電機(jī)在極端膨脹量的情況下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意哪些問題。此項(xiàng)目汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)側(cè)熱膨脹，額定絕對膨脹量為11.46mm，最大值為20.56mm（極端情況下膨脹量），發(fā)電機(jī)外形安裝圖中要求為了在額定工況下使定子轉(zhuǎn)子磁中心對齊，安裝時(shí)須將發(fā)電機(jī)定子磁中心相對其轉(zhuǎn)子磁中心向非傳動端預(yù)移△T+3mm，碳刷架中心線相對轉(zhuǎn)子集電環(huán)風(fēng)扇中心線向非傳動端預(yù)移△T+6mm，△T為汽輪機(jī)提供的軸端絕對伸長量。

2 各位置竄動量分析計(jì)算

2.1 汽端端蓋軸承油密封裝配

此位置主要計(jì)算的是擋油蓋、軸瓦、油密封座與轉(zhuǎn)軸之間的配合尺寸，設(shè)計(jì)汽端熱態(tài)額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)擋油蓋距離軸臺尺寸35.2mm，軸瓦距離軸臺尺寸20mm，油密封座距離溝槽尺寸15.6mm，見圖2，轉(zhuǎn)子溝槽I外沿距軸臺距離11mm，具體計(jì)算結(jié)果見表1。

圖2 熱態(tài)額定負(fù)荷汽端端軸油尺寸（mm）

2.2 勵(lì)端端蓋軸承油密封裝配

此位置與汽端相似，計(jì)算的也是擋油蓋、軸瓦、油密封座與轉(zhuǎn)軸之間的配合尺寸，設(shè)計(jì)勵(lì)端熱態(tài)額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)油密封座距離溝槽尺寸15.8mm，軸瓦距離軸臺尺寸20mm，擋油蓋距離軸臺尺寸35.2mm，轉(zhuǎn)子溝槽I外沿距軸臺距離11mm，考慮到勵(lì)端與汽端結(jié)構(gòu)鏡像對稱，具體計(jì)算結(jié)果見表2。

2.3 集電環(huán)與電刷裝配

集電環(huán)與電刷裝配見圖3。根據(jù)查詢零件圖紙，碳刷總寬112mm，集電環(huán)寬153mm，設(shè)計(jì)熱態(tài)額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)電刷中心線與集電環(huán)中心線重合，計(jì)算得出碳刷距離勵(lì)端端面?zhèn)瘸叽?0.5mm。目前圖紙資料中，標(biāo)注碳刷中心線距離軸承中心線1020mm，而轉(zhuǎn)子裝配軸承中心線距集電環(huán)中心線1022.5mm，即集電環(huán)中心線比碳刷中心線向勵(lì)端偏差2.5mm，則實(shí)際額定運(yùn)行時(shí)碳刷距集電環(huán)勵(lì)端側(cè)端面23mm，通過計(jì)算碳刷距汽端側(cè)端面18mm，具體計(jì)算結(jié)果見表3。

表1 汽端端軸油尺寸計(jì)算（mm）

表2 勵(lì)端端軸油尺寸計(jì)算（mm）

圖3 熱態(tài)額定負(fù)荷集電環(huán)與電刷裝配

表3 集電環(huán)與電刷尺寸計(jì)算（mm）

2.4 集電環(huán)風(fēng)扇與風(fēng)扇罩裝配

此結(jié)構(gòu)裝配關(guān)系為集電環(huán)風(fēng)扇罩將風(fēng)扇罩住，風(fēng)扇距風(fēng)扇罩兩側(cè)都應(yīng)留有距離，設(shè)計(jì)應(yīng)保證風(fēng)扇與風(fēng)扇罩在各工況下不會干涉。查詢相關(guān)圖紙，風(fēng)扇尺寸120mm，風(fēng)扇罩尺寸188mm，同集電環(huán)處相同，集電環(huán)與刷架中心線偏差2.5mm，額定運(yùn)行時(shí)風(fēng)扇距風(fēng)扇罩勵(lì)端端面36.5mm，風(fēng)扇距風(fēng)扇罩汽端端面31.5mm，具體計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 集電環(huán)風(fēng)扇與風(fēng)扇罩尺寸計(jì)算（mm）

2.5 本體風(fēng)扇座環(huán)與導(dǎo)風(fēng)環(huán)裝配

本體風(fēng)扇座環(huán)與導(dǎo)風(fēng)環(huán)在熱態(tài)和冷態(tài)下均不允許干涉，勵(lì)端裝配見圖4，汽端與勵(lì)端結(jié)構(gòu)鏡像對稱，極限膨脹狀態(tài)下不存在干涉，勵(lì)端則需要計(jì)算，具體計(jì)算果見表5。

圖4 熱態(tài)額定負(fù)荷勵(lì)端本體風(fēng)扇座環(huán)與導(dǎo)風(fēng)環(huán)尺寸（mm）

表5 勵(lì)端本體風(fēng)扇座環(huán)與導(dǎo)風(fēng)環(huán)計(jì)算（mm）

3 結(jié)語

當(dāng)預(yù)位移、額定運(yùn)行和最大膨脹量時(shí)，此臺功率350MW水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)在汽、勵(lì)端蓋軸承油密封、集電環(huán)與電刷、集電環(huán)風(fēng)扇與風(fēng)扇罩、本體風(fēng)扇座環(huán)與導(dǎo)風(fēng)環(huán)處涉及竄動量問題的結(jié)構(gòu)不存在磕碰干涉和脫離現(xiàn)象，現(xiàn)有設(shè)計(jì)滿足汽輪機(jī)公司提供的膨脹量要求。

在大型汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中，要充分考慮到膨脹量對發(fā)電機(jī)的影響，采取冷態(tài)預(yù)位移安裝。無論是汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)側(cè)膨脹還是反向拉發(fā)電機(jī)，相關(guān)有可能磕碰干涉和密封位置都需要經(jīng)過精密的設(shè)計(jì)，從而保證轉(zhuǎn)子磁中心與定子磁中心相吻合，才能保證大型汽輪發(fā)電機(jī)在電廠中安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。