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      大型水輪發電機組的結構設計研究
      發布時間:2018-07-31
        摘要:近年來, 隨著我國科技的不斷創新與發展, 很大程度上推動了相關行業的發展建設。尤其是水利行業的建設發展, 作為其中比較重要的零部器件水輪發電機也應運而生。下面文章就針對我國大型水輪發電機在結構設計上存在的一系列問題進行簡要的分析與總結, 希望通過文章的論述可以為相關從業人員提供一定的參考意見, 并能更好地促進我國國民經濟的建設發展。關于大型水輪發電機結構設計一直以來都是比較容易忽視的, 但它的作用和影響確實不可估量。下面就對其進行詳細分析。

        關鍵詞:大型水輪發電機; 結構方案; 設計;

        Abstract:In recent years, with the continuous innovation and development of science and technology in China, to a large extent, promote the development and construction of related industries. In particular, the construction and development of the water conservancy industry, as one of the more important parts of the hydrogenerator also came into being. The following article briefly analyzes and summarizes a series of problems existing in the structural design of large hydro generators in our country, hoping that through the discussion of the article, some reference opinions can be provided for the relevant practitioners. And can better promote the construction and development of our national economy. It is easy to ignore the structural design of large hydrogenerator, but its function and influence are inestimable. The following is a detailed analysis of this.

        Keyword:large hydrogenerator; structural scheme; design;

        目前而言, 我國大型水輪機的發展相對是比較良好的, 前景也比較廣闊。從某種意義上來講對我國水利事業做出了巨大的貢獻。相關企業要想在激烈的市場競爭中獲得較好的發展, 就必須加強對水輪發電機在結構設計方案的重視及改進, 通過創新提高自身的競爭力。所以文章接下來將針對這一問題進行詳細闡述。

      大型水輪發電機組的結構設計研究
       
        1、大型水輪發電機的結構方案設計分析

        1.1、關于設備的相關設計問題

        一是技術設計。技術設計的重點則是針對水輪發電機內部結構的設計尤其是某些零部件的結構設計及改造。但是在實際操作過程中, 作為設計人員往往卻不能夠做到技術的創新與改進。就其原因主要是通常情況下, 設計人員并不會主動進行技術設計創新, 多數是在發生問題后才進行電磁方面的改進或是基于基本參數進行調節。這樣的技術設計創新在一定程度上是被動的。所以要求設計人員能夠不斷進行學習加以創造, 針對可能存在的問題要能夠通過實踐經驗進行很好地預防, 這就需要對大型水輪發電機有所認識, 能夠利用計算機先進的系統對其結構參數進行測量, 然后精準的推斷出可能存在的問題, 從而實現技術設計上的創新。

        二是施工設計。大型水輪發電機在進行基礎的技術設計完成后, 必然要依托于實際情況進行很好地作業。這期間就涉及到施工設計, 主要是指在實踐中通過對實踐的適應度來完成對發電機技術設計的真正檢測, 反復進行試驗和強度核算, 只有在完全的合格下方能進行具體的實施作業。否則就要依據實際施工情況進行結構參數的改變, 這種方式的改進則是經過施工作業而完成, 所以稱之為施工設計。

        1.2、關于大型水輪發電機的結構設計

        大型水輪發電機的設計結構是由多種子設計結構而構成的。所以要求設計者在進行結構設計時, 必須從整體角度考慮出發。針對不同的應用進行結構設計選擇, 但是無論選擇何種結構設計最為關鍵的, 則是對于安全性的考慮。舉例來講, 通常情況下, 立式水輪發電機主要是由三種結構設計構成的, 如懸式、半傘式和傘式等三種, 但是他們對于材料的選擇以及對于轉速的功能及大小是不同的。所以要求依據實際使用情況進行選擇, 而不是盲目的采用一種結構設計方式進行選擇及使用, 這樣不但達不到效果還會對設備有所損害。懸式講求的是轉速高、容量小;而傘式則強調是的結構, 對于成本較低且容易拆裝的, 則使用該結構設計方式。

        2、大型水輪發電機的結構方案設計系統環節分析

        2.1、關于發電機設備的定子設計

        2.1.1、具體的設計工作

        關于大型水輪發電機設計而言是一項比較復雜的作業, 它不僅僅對于精準度要求的比較高, 同時還要針對每項結構設計進行校對和驗證。尤其是在具體的設計工作中, 對于校驗的標準更是與初期的結構設計不同, 一方面要滿足不同機型的具體設計參數;另一方面要對子機型進行剛度及強度的校驗, 利用計算機技術對整個基座的重點坐標進行精準的驗證, 然后將所獲得的信息數值進行整合, 再進行子結構設計的過程中要將之前這些數值進行很好地輸入, 確保子結構設計能夠滿足其要求。這樣就會從根本上降低結構設計所能出現的問題。如相關設備溫度較高;或是因其他因素而出現的膨脹變形等。

        2.1.2、定子繞組的安裝環節

        一般而言, 定子繞組在安裝時包括了施工準備、下層線棒安裝、氣密性和密封試驗等環節。定子繞組的下線場地應該是防塵的, 進而能夠有效提高定子的安裝質量問題, 進一步提高發電機的放電暈性和絕緣性能。在下線前應對線槽等處進行仔細的清掃工作, 防止雜物的落入, 從而確保線棒的表面是平整光滑的, 不能出現損壞的情況;定子繞組、純水環管在安裝完成后進行密封性能試驗, 以避免在運行后出現定子純水系統充入純水后出現滲漏的現象。而對定子繞組進行整體試驗涉及了直流電阻測試、絕緣電阻吸收比和極化指數的測量等方面, 全部試驗內容涉及氣密性、密封性的試驗, 試驗之前要確保接線的正確性和可靠性;確保泄漏電流不隨時間的延長而增加。

        2.2、發電機設備的轉子設計

        2.2.1、轉軸設計

        通常情況下, 轉軸設計主要是由兩部分組成的:一是一根軸;二是分段軸。在不同的大型水輪發電機中要依據實際情況進行選擇設計, 多數情況下利用一根軸進行水輪發電機與水輪軸之間的承接是比較常見的。這種設計相對比較簡單且在實際運行中也比較簡單, 能降低整機高度。

        2.2.2、轉子支架

        轉子支架作為轉軸與磁軛之間的連接部件, 轉子支架的結構類型包括:與磁共軛圈合體支架、圓盤式支架、整體鑄造支架及其組合式支架等類型。

        2.2.3、轉子磁軛

        轉子磁軛, 即輪緣, 作為大型水輪發電機組磁路的重要組成部分, 從而構成固定磁極的結構部件。一般轉子磁軛的結構包括:無支架結構、與支架合體結構、帶轉子支架結構等方面, 不同的轉子軛結構則是根據大型發電機不同的轉速、容量及其安裝工序等不同因素而確定的。

        2.2.4、轉子磁極與集電裝置

        轉子磁極方案設計主要是分為磁極T尾部應力計算、勵磁繞組強度計算、阻尼繞阻計算、磁極沖片計算及磁極壓板計算等環節。而轉子集電裝置則是由集電環與電刷裝置共同組成的。集電環固定在轉軸, 主要通過電纜實現與勵磁繞組進行連接, 電刷裝置固定在勵磁架內。其中, 轉子作為水輪發電機中的重要組成部分, 一般被套在發動機的主軸上, 同時其上面還安裝勵磁線圈。轉子是發電機轉動部分的組建部分, 其生產、組裝以及安裝階段的質量好壞將直接影響著發電機組運行的穩定性、長期性和安全性。

        2.3、關于大型水輪發電機的軸承設計

        在結構設計中要依照一定的設計原理, 運用科學的有效手段進行分析, 然后再進行結構設計的整合, 進而提高整個運行機組的安全穩定性。下面文章主要從軸承設計的角度進行詳細地分析, 其重點主要是推力軸承、導軸承。

        2.3.1、推力軸承設計

        在大型水輪發電機的推力軸承設計過程中, 加強對推力軸承的性能指標、成本效益指標等重點關注方面。在技術環節方面, 注重對推力軸承的軸瓦支承周向偏心及負載系數、摩擦阻力系數等進行系統計算與校核。

        2.3.2、導軸承設計

        在大型水輪發電機機組運行過程中, 導軸承設計主要是依托于載荷機組轉動來帶動部分徑向與電磁之間的不平衡力進而達到平衡。在機組設備進行設計的過程中要對導軸承的位置及數量以及發電機組之間的型號匹配度都要有所了解, 且做到精準無誤, 這樣才能精準的將機架中心體重的油槽進行準確的安裝。此外, 導軸承設計的合理性對于電機的承受力將起到至關重要的作用。尤其是對顯現其他部件的安裝及構成有著重要影響。從某種意義上來講, 導軸承設計能夠依據實際水輪發電機作業情況將數值控制在穩定的、合理范圍內, 大大提高了它的融合性。

        3、機架設計

        從某種意義上來講, 機架設計要依據大型水輪發電機的實際運行情況而設計, 并非所有的機架設計結構都是采取一致的結構類型。機架依據承載力負荷的大小可分為以下兩種類型:一是可載荷機架;二是非載荷機架。依據機架支臂類型可分為井字型、輻射型及橋型等類型。所以要求設計人員必須清楚機架的結構類型, 根據大型水輪機機組部件的作業原理和結構特點進行機架設備的合理設計, 只有符合其實際要求的機架設計才能更好地發揮其支撐作用, 否則將難以發揮實效, 最終對水輪機發電機構成影響, 破壞推力軸承、轉軸承及其他大型構建的承載力。

        4、結束語

        從上面的論述得知, 大型水輪發電機組的結構設計對其安全性的運行有著不可忽視的重要作用。雖然涉及的因素比較多, 且結構構成也比較復雜。但是相關設計人員應從實際出發, 利用專業的設計基礎和借鑒國內外先進的結構設計方案, 一定確保結構設計的合理性以及安全性。此外, 還能夠大大提高水輪發電機組的運行效率, 一定程度上降低了成本。所以在進行水輪發電機結構設計時, 不能盲目的進行設計, 要利用科學的論證和相關的大量數據進行校驗, 從而根本上確保水輪的高效運行。

        參考文獻
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