巖灘水電站擴(kuò)建工程定子鐵芯壓緊結(jié)構(gòu)技術(shù)改進(jìn)

張?jiān)?/p>

摘 要：巖灘水電站擴(kuò)建工程定子鐵芯固定及壓緊方式在初步設(shè)計(jì)時(shí)采用鴿尾筋外加穿心螺桿結(jié)構(gòu)，由于巖灘水電機(jī)組轉(zhuǎn)速低使磁軛徑向?qū)挾缺容^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(shè)備安裝、維護(hù)及安全運(yùn)行要求。文章詳細(xì)介紹了穿心螺桿壓緊結(jié)構(gòu)和鴿尾筋壓緊結(jié)構(gòu)兩種方案的對(duì)比，總結(jié)了定子鐵芯壓緊采用鴿尾筋壓緊結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性及合理性，并在巖灘水電擴(kuò)建站成功的進(jìn)行了應(yīng)用，可為其他同類型機(jī)組提供參考。

關(guān)鍵詞：水電站擴(kuò)建工程；定子鐵芯；壓緊結(jié)構(gòu)技術(shù)

1 概述

按照招標(biāo)書及合同要求，巖灘發(fā)電機(jī)定子鐵芯固定及壓緊方式在投標(biāo)及初步設(shè)計(jì)時(shí)均采用鴿尾筋外加穿心螺桿結(jié)構(gòu)。在上海福伊特水電公司設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)，由于機(jī)組轉(zhuǎn)速低使磁軛徑向?qū)挾缺容^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(shè)備安裝、維護(hù)及安全運(yùn)行要求。為此，對(duì)鐵芯固定及壓緊結(jié)構(gòu)提出以下改進(jìn)方案。

2 設(shè)計(jì)要求

發(fā)電機(jī)定子鐵芯及相關(guān)部件系機(jī)組的重要部分，為了確保產(chǎn)品安全可靠，避免在長(zhǎng)期運(yùn)行中可能出現(xiàn)松動(dòng)、翹曲、過熱、振動(dòng)和噪聲等影響機(jī)組安全運(yùn)行的不利情況，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用具有成熟使用運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的鐵心固定及壓緊結(jié)構(gòu)方案。

采用穿心螺桿壓緊結(jié)合定位筋固定或只使用雙鴿尾筋壓緊并固定鐵芯的結(jié)構(gòu)方案，均能滿足設(shè)計(jì)要求，兩者在國(guó)內(nèi)外均有大量成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

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

如果能夠改用雙鴿尾筋壓緊固定方式，不設(shè)穿心螺桿，同時(shí)繼續(xù)使用進(jìn)口蝶形彈簧，既可以滿足鐵心壓緊要求，同時(shí)也能徹底避免穿心螺桿結(jié)構(gòu)的絕緣及發(fā)熱問題。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 穿心螺桿壓緊結(jié)構(gòu)（合同規(guī)定的結(jié)構(gòu)）

3.1.1 結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)布置

設(shè)計(jì)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(nèi)部，同時(shí)使用定位筋將鐵芯與機(jī)座連接并承受機(jī)組的電磁扭矩和切向力。如圖1所示。

圖1 穿心螺桿結(jié)構(gòu)方案

3.1.2 巖灘設(shè)計(jì)方案

就巖灘發(fā)電機(jī)而言，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低，磁極數(shù)量較多，定子磁軛徑向?qū)挾刃。瑑H210mm。因此，在布置穿心螺桿、碟形彈簧及其他緊固件時(shí)與線圈端箍發(fā)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(hù)及機(jī)組安全運(yùn)行要求。由于根據(jù)線圈設(shè)計(jì)計(jì)算的繞組端箍位置已經(jīng)確定，穿心螺桿也已經(jīng)布置在接近鐵芯外緣側(cè)，無法再向外移動(dòng)，所以采用穿心螺桿方案很難實(shí)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(jié)構(gòu)（改進(jìn)后的方案）

鴿尾筋壓緊結(jié)構(gòu)方案見圖4。雙鴿尾筋同時(shí)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(shí)雙鴿尾筋兼作拉緊螺桿使用。該結(jié)構(gòu)是水輪發(fā)電機(jī)常用的壓緊方案之一，能滿足定子鐵芯壓緊的設(shè)計(jì)要求。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝維護(hù)方便，不存在螺桿與鐵芯之間的絕緣和穿心螺桿發(fā)熱問題，而且在鐵芯內(nèi)部沒有螺桿堵塞通風(fēng)道，使冷卻空氣流通更順暢。因此，該結(jié)構(gòu)既能提高運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)也有利于定子繞組和鐵芯的安裝與維護(hù)。

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(yīng)力計(jì)算結(jié)果對(duì)比如下：

可見，采用兩種方案時(shí)相關(guān)部件的計(jì)算應(yīng)力都在允許范圍內(nèi)，剛強(qiáng)度也均滿足設(shè)計(jì)要求。此外，在采用雙鴿尾筋方案時(shí)，為了改善雙鴿尾筋的受力狀況，確保鐵心可靠壓緊對(duì)其他結(jié)構(gòu)件也將進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化：（1）機(jī)座下環(huán)板厚度從60mm增加到65mm；（2）加寬上齒壓板。

4 結(jié)束語

巖灘水電站擴(kuò)建工程定子鐵芯壓緊結(jié)構(gòu)技術(shù)改進(jìn)的成功應(yīng)用，可以為同類型情況的電站提供借簽。