巨亭水电站10MW灯泡贯流式发电机设计

巨亭水电站10MW灯泡贯流式发电机设计

向春德

（东方电气集团东方电机有限公司四川德阳618000）

摘要：巨亭水电站装设两台单机容量16MW和1台单机容量10MW灯泡贯流式机组，其中10MW机组为目前国内灯泡贯流式机组中转速最高。其转速高、泡体尺寸小是结构设计的难点。

关键词：巨亭水电站；灯泡贯流式机组；转速；泡体

一．电站情况概述

巨亭水电站位于陕西省宁强县境内嘉陵江干流上，坝址位于宁强县巨亭镇上游约5km，最大发电水头23.36m，最小水头9.4m；加权平均水头19.59m；水轮机额定水头17.7m。电站共装机3台，2台单机容量16MW，1台单机容量10MW（以下简称小机）。

二．小机发电机特点

巨亭小机采用贴壁式机座结构，泡体外径φ3900，转速214.3r/min，是目前国内灯泡贯流机组中转速最高机组，转动部分的强度问题非常突出。因为泡体尺寸小，发电机的内部结构特别是组合轴承和通风系统的结构布置，是设计的难点。

三．结构设计

1.总体布置

发电机采用水平灯泡式结构布置方式。正、反推力轴承位于转子的下游侧，整个机组设两个卧式径向轴承，其中发电机径向轴承位于转子与正向推力轴承之间。发电机采用带鼓风机的强迫空冷冷却方式。发电机与水轮机共用一根轴。

2.定子

定子机座采用整圆结构。厂内叠片下线，整体运输。

定子铁芯为贴壁式，无径向通风沟，定子铁心扇形冲片采用优质低损耗硅钢片迭压而成，铁心全长1000mm，全圆由16片14槽片以及1片7槽片组成整圆，内径φ3310，外径φ3760，定子铁心采用单鸽尾结构的固定方式，鸽尾筋直接焊接在机座壁上。在定子铁芯与机座之间预留0.8mm间隙，在运行时，铁芯可以自由膨胀，消除热膨胀内应力，避免发生铁芯翘曲。

在定子拉紧螺杆的上游侧增设蝶形弹簧。定子铁心采用绝缘穿心螺杆把合方式。所有定子端箍、铁心压指、通风槽钢都采用非磁性材料。

定子绕组采用星形波绕组的结构。定子线棒为单匝杆式，并采用小于360°的换位方式。定子绕组中性点在灯泡内并头连接后不接地，主引出线采用电缆引出进人筒后进入厂房与主变相连。

3.转子

转子支架为圆盘式钢板焊接结构。采用整体磁轭，由优质厚钢板焊接而成。钢板上开有通风孔。支架上游侧设有7块径向布置的筋板，支架圆盘开有7个通风孔，以利轴向通风。支架中心体直接与水轮机主轴法兰相接。利用4-F137销套传递扭矩。在转子支架上游侧设有可拆的多块制动环。

因小机飞逸转速达到了630r/min，转子支架的磁轭宽度、通风孔位置及大小、支撑筋板的布置在经过多种方案的计算比较后最终确定。

磁极铁心采用1.0mm厚的薄钢板冲片迭压而成，磁极线圈为七边形铜排扁绕而成，为F级绝缘。磁极上设有纵、横阻尼绕组。磁极采用螺栓把合的方式固定在转子支架上。

4.组合轴承

采用正、反推力轴承镜板和卧式轴承轴颈与主轴一体的结构。径向轴承采用分块瓦线支撑结构，径向瓦均采用高位油箱自重力供油和瓦面进油边开槽入油的润滑方式，径向轴承下部4块瓦设高压油顶起装置，并在机组开停机时启用。

因泡体尺寸小，轴承布置空间受限，组合轴承为径向尺寸小、轴向较长的结构，使推力轴承的布置空间变小，相当于增大了推力瓦的设计负荷，巨亭小机推力轴承设计比压为3.6MPa。因空间小，小机的轴承布置是小机主体结构设计的一大难点，该轴承的设计成功，为小尺寸贯流机采用整体镜板、分块径向瓦结构的组合轴承开辟了一条新路。

5.通风及冷却系统

小机泡体尺寸φ3900，空间很小，通风系统以及风机的布置是一个难点。风机在泡体内布置，空间受限，单个风机尺寸小，风量小，风机数量则增多。从满足性能、方便安装、简化结构为出发点，对多种全新的结构布置方案进行比较、分析、优化，最终采用与灯泡头焊为一体的单层支撑环板作为通风系统的挡风板和机组辅助设备的支撑板，以及在泡头内布置6个独立的导风罩的结构，大大简化了通风系统，在很小的空间里布置下了6个空冷器和配套风机。而且风机采用和支撑环板直接连接的方式，减少了风机支撑架等部件；风机放于定子腔外面，为电站今后的检修维护提供了极大的方便。

6.灯泡头

灯泡头上部有进人筒，下游侧与定子机座把合，设有销钉定位。下部设有排水孔。空气冷却器、空冷器管路、水管装配、导风筒、内平台等辅助件均可厂内装配于灯泡头内。灯泡头与定子机座把合的法兰内径侧焊有整圆的支撑环板，该支撑环板可作为风机、风筒、制动器、制动吸尘装置、刷架支撑圆筒等辅助部件的支撑，也同时起到挡风板的作用。支撑板上开有进人门，便于检修人员进入转子内部，下方开有磁极拆卸孔，便于磁极拆出。

因泡体尺寸小，进人筒设计为椭圆形，在不影响流道的情况下，增大了有效空间。

便于管路、电缆、爬梯的布置以及空冷器等的检修维护。

7.总装辅助

巨亭小机内部空间小，各种辅助设备的布置都经过仔细考虑，方便安装。

在泡头的支撑环板中心设置一个圆筒，使刷杆座能够固定在圆筒上。圆筒分为四瓣，把合于灯泡头支撑环板上，安装时要与支撑环板同钻销孔，保证与机组轴线同心。

固定刷杆座的圆筒、上游侧盖板和集电环支架间形成相对密封的腔体，为减少碳粉对发电机的污染，设有碳粉收集装置。

水机受油器、空冷器以及管路占了灯泡头很大的空间，根据狭小空间特点，设计了小平台和+X方向的进人门。

定子绕组中性点在定子上游并头，电流互感器固定在+Y方向焊于支撑环板的支架上，并在支撑环板上开孔，便于在灯泡头内进行操作。

为防止在停机时由于导叶漏水或其它原因造成机组转动部分旋转而对轴承或人身造成危害，在发电机转子靠上游侧处设有机械锁定装置。在机组开机前必须解除锁定，确保机组安全运行。

巨亭小机采用全新的锁定装置，锁定板移动空间增大，特别适用于空间小的机组，能够灵活锁定。

五．结语

巨亭小机尺寸小，在结构设计时采用了很多新结构，安装的难度相对较大。在设计时充分考虑了这个特点，整个安装过程非常顺利。巨亭小机的成功投运，是小尺寸灯泡贯流机结构创新的成功，该结构的应用不仅是小型灯泡贯流机的突破，也同样能够应用于大容量贯流机。对于优化我公司灯泡贯流发电机结构、降低材料和制造成本，拓展灯泡贯流发电机结构的多样化，有着积极的意义。