《WY16Z—037LLT燃气轮发电机的研制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《WY16Z—037LLT燃气轮发电机的研制（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Y1 0 2 5 i 3 3分类号：T M 3 0 2密级：单俯代码：1 0 4 2 2学号：4 2 0 0 3 0 9 6东岁，系硕士学位论文S h a i l d o n gU n i v e r s i t yM a s t e r sT h e s i S论文题目：W Y l 6 Z - - - 0 3 7 L L T 燃气轮发电机的研制作者姓名焦明专业电气工程指导敦师姓名专、技本职务李光友教授2 0 0 6 年1 1 月2 4L 1原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本沦文不包含任何其他个人或集体已经发
2、表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。沦文作者签名：盟日期：关于学位论文使用授权的声明奉人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采， _ | j 影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。( 保密论文在解密后应遵守此规定1论文作者签名：堡：塑导师签名：，：耋兰墼日期：! ! ! ! ：! ：竺山东大学硕士学位论文摘要随着可持续发展战略的实施和天然气
3、资源的开发利用，燃气轮发电机面临着广阔的发展前景。在此情况下，结合济南发电设备厂的产品定货合同，研制了W Y l f Z 一0 3 7 L L T 燃气轮发电机。本文对该发电机设计、制造、试验过程中的一些问题进行了研究，主要包括以下内容：( 1 ) 确定了发电机的电气参数和结构。( 2 ) 利用有限元方法分析验算了机座和转子的强度。( 3 ) 采用普劳尔( P r o h l ) 法对临界转速进行了计算。( 4 ) 利用雷诺方程和A L S T O M 公司的计算程序对轴承的特性进行了分析计算。( 5 ) 对关键部件定子线圈进行了设计计算。包括如何换位，如何控制端部尺寸和形状，同时针对制造过程
4、中的难点制订了工艺方案。( 6 ) 为了增强产品的竞争力和可靠性，在试制过程中对部分绝缘结构进行了改进和国产化的尝试。( 7 ) 试制完成后，结合试验结果对发电机组的性能进行了分析。本项研制工作中借鉴国外先进技术，采用新型设计计算方法，对发电机的设计制造进行了有益的研究和尝试，圆满达到了预期目标，研发的W Y l f Z 一0 3 7 L L T燃气轮发电机结构合理、技术水平先进、性能指标优良，这一新设备的投入运行将会创造良好的经济效益和社会效益。同时该项工作为提高发电机设计制造质量和水平，开发系列燃气轮发电机新产品打下了基础。关键词：燃气轮发电机有限元分析临界转速轴承特性定子线圈绝缘绍十句山
5、东大学硕士学位论文A b s t r a c tA l o n gw i t ht h ea c c o m p l i s h m e n to ft h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t e g ya n dt h ee x p l o i t a t i o no fn a t u r a lg a sr e s o u r c e ，g a s t u r b i n eg e n e r a t o rf a c e sav e r yb r i g h tf u t u r e U n d e rt h i s
6、c i r c u m s l a n c e s ，c o n s i d e r i n gt h ep r o d u c ts a l e so r d e r so fJ i n a nP o w e rE q u i p m e n tF a c t o r y , w ed e v e l o p e dg a s t u r b i n eg e n e r a t o ro fW Y l 6 Z 一0 3 7 L L T T i f f sp a p e ri sar e s e a r c hi n t os o m eq u e s t i o n so f d e s
7、i g n i n g ，m a n u f a c t u r i n ga n dt e s t i n go ft h ea b o v e - m e n t i o n e dt y p eo f g e n e r a t o r s ，c o v e r i n gt h ef o l l o w i n gp o i n t s ：( 1 ) C o n f i r m i n gt h ee l e c t r i c a lp a r a m e t e r sa n dc o n f i g u r a t i o no ft h eg a s t u r b i n e
8、g e n e r a t o r ( 2 ) A n a l y s i n ga n dc a l c u l a t i n gt h es t r e n g t ho fg e n e r a t o rf r a m ea n dr o t o rw i t hf i n i t ee l e m e n tm e t h o d ( 3 ) C a l c u l a t i n gt h ec r i t i c a ls p e e dw i t hP r o h lm e t h o d ( 4 ) C a l c u l a t i n gt h eb e a t i n
9、 gc h a r a c t e r i s t i c sb yR e y n o l d se q u a t i o na n dn u m e r i c a lp r o g r a mi n t r o d u c e df r o mA L S T O MC o ( 5 ) D e s i g n i n g a n dc a l c u l a t i n go f t h e k e y p a r t s - - s t a t o r w i n d i n g I tg i v e s t h e w a yo fr r a n s p o s i t m n , t
10、 h ew a yt oc o n t r o lt h ed i m e n s i o na n df o r mo ft h ee n dp a r t ，a n dt h ep r o c e s s i n gm e t h o d ，t r o u b l e s h o o t e rd u r i n gt h ef a b r i c a t i n g ( 6 ) l b , i n gt oi m p r o v ep a r to ft h ei n s u l a t i o nc o n f i g u r a t i o na n dm a k ei ta th
11、o m ei no r d e rt om a k et h eg e n e r a t o r sm o r ec o m p e t i t i v ea n dr e l i a b l e ( 7 ) A n a l y s i n gt h eu n i tp e r f o r m a n c ew i t ht h et e s tr e s u l t sa f t e rt h ep i l o tp r o d u c t i o n D u n n gt h ed e v e l o p m e n t ，w ei n t r o d u c e da d v a n
12、c e df o r e i g nt e c h n o l o g y , a d o p t e dn e wd e s i g n i n ga n dc a l c u l a t i n gm e t h o d s ，m a d ef a v o r a b l er e s e a r c ha n dt r i a l st ot h ed e s i g n i n ga n dm a n u f a c t u r i n g ，a n da c h i e v e dt h ep r e d i c t e dg o a ls u c c e s s f u l l y
13、 W i t ht h ea d v a n t a g e so fr e a s o n a b l ec o n f i g u r a t i o n ，a d v a n c e dt e c h n o l o g ya n dh i g hp e r f o r m a n c e ，t h en e w l y d e v e l o g e dg a s t u r b i n eg e n e r a t o ro fW Y l 6 Z 一0 3 7 I ，L Tw i l lb r i n gg r e a tb e n e f i tt oe c o n o m ya
14、n ds o c i e t y M e a n w h i l e ，t h i sd e v e l o p m e n tl a y saf o u n d a t i o nf o ri m p r o v i n gt h ed e s i g n i n ga n dm a n u f a c t u r i n gq u a l i t ya n dl e v e la n dt h es e r i e sd e v e l o p m e n to fg a s t u r b i n eg e n e r a t o r s K e yw o r d ：G a st u r
15、 b i n eg e n e r a t o rF i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sC r i t i c a ls p e e dC h a r a c t e r i s t i co fb e a r i n gS t a t o rw i n d i n gI n s u l a t i o ns y s t e m2山东大学硕士学位论文第一章绪论1 1 我国电力工业现状及燃气发电的发展前景随着我国国民经济持续快速增长，电力工业得到了迅速发展，目前，全国装机总容量约5 亿k W ，居世界第2 位。但电力需求不断加大，供需形势紧张，部分地区出现
16、不同程度的电力紧缺现象。要与G D P “十一五“期间年均增长8 2 和到2 0 2 0 年翻两番相适应，预计2 0 2 0 年，装机总容量将达到1 3 5 亿k W ，平均每年新增5 0 G W 以上。市场需求旺盛，电力工业面临着前所未有的机遇。表1 12 0 0 0 2 0 2 0 年我国发电量、装机容量总量及其构成预测【I l2 0 0 02 0 0 52 0 1 02 0 2 0装机容量万k W3 1 9 3 25 0 0 0 07 5 0 0 01 3 5 0 0 0水电7 9 3 51 1 5 0 01 8 0 0 03 5 0 0 0火电2 2 1 1 53 5 7 1 65 0
17、 6 3 08 0 5 0 0油电1 5 4 01 5 0 01 5 0 01 5 0 0天然气发电9 65 0 03 0 0 08 0 0 0核电2 l O6 8 41 0 7 06 0 0 0其它3 61 0 08 0 04 0 0 0发电量亿k W - h1 3 6 8 52 4 4 0 03 4 0 0 06 0 0 0 0水电2 4 3 13 6 0 05 5 0 0l l o o O -火电1 0 6 3 21 9 6 5 52 5 9 0 04 0 4 2 0油电4 2 04 0 04 0 04 0 0天然气发电2 82 0 01 2 0 02 8 0 0核电1 6 75 2 0
18、8 0 04 5 0 0其它72 52 0 08 8 0我国电力能源结构以煤炭为主，煤电装机占装机总量的7 5 ，效率低，污染严重，给环境和资源造成了沉重压力。这种能源结构已不适应社会和经济的发展，进行结构调整实现可持续发展是我国电力工业面临的重要课题。天然气是一种清洁高效的能源，我国天然气资源量为3 8 力亿立方米，预测可采资源量为I O 万亿立方米。但天然气在我国次能源消费结构中所占比例远低于世界平均水平，大力发展以天然气为动力的燃气发电是实现电力工业可持续3山东大学硕士学位论文发展的有效途径。“西气东输”、近海天然气开发、“气电北送”为燃气发电的发展创造了有利条件。产业结构的调整及城乡居
19、民生活用电比重的上升使电网峰谷差进一步加大，必须增加相当规模的调峰容量。燃气机组具有起停快、效率高、运行灵活、调节能力强的特点，恰恰能够满足调峰的需要。1 2 燃气发电的主要形式和特点以天然气为燃料，除了采用传统的蒸汽循环机组发电以外，一种燃气一蒸汽联合循环发电方式开始广泛应用。燃气一蒸汽联合循环发电系统是由燃气轮机发电系统和锅炉一蒸汽轮机发电系统所组成。燃气轮机发电系统是燃气在燃气涡轮机中经过热膨胀作功的过程，这种热力循环又称布雷顿循环，它是由压气机将空气加压进入燃烧室，与燃料混合燃烧产生的高温高压烟气在透平中膨胀作功，将高温高压烟气的能量( 通常烟气压力0 5 1 0M P a ，温度1
20、0 0 0 1 3 0 0 。C ) 转换成机械能，推动燃气轮机发电机发电。经燃气透平作功后的烟气温度降至5 0 0 左右，进入燃气余热锅炉回收热能。锅炉一蒸汽轮机发电系统是利用燃气余热锅炉产生的高( 中) 压过热蒸汽( 通常蒸汽压力为3 8 2 1 6 7 0M P a ，温度4 5 0 5 5 0) 在汽轮机中作功，将蒸汽的能量转换成机械能，推动蒸汽轮机发电机发电，完成朗肯循环过程。燃气一蒸汽联合循环充分利用这两种热力循环的特点，把它们结合在一起，组成联合循环 2 j 。燃气一蒸汽循环电厂与常规燃煤电厂相比具有以下特点：( 1 ) 热效率提高5 l o ，由于采用小容量机组组合方式，当部分
21、负荷使用时，热效率降低很少。( 2 ) 辅助生产系统简单，设备较少，余热锅炉实际上是台热交换设备，没有复杂的锅炉和辅助系统，占地面积少，全厂布置比较紧凑，一般仅为常规电厂占地的I 3 左右。( 3 ) 辅机少，不存在锅炉送风机、引风机、制粉系统、输煤系统、排渣系统、除尘系统、脱硫系统，6 k V 辅机主要有电动给水泵、循环水泵、凝结水泵，因此厂用电率很低，约为2 。( 4 ) 起停迅速和变负荷能力强，非常适宜承担调峰负荷，或者作为电网中的应急备用机组。燃机机组热态启动时1 小时内能带满负荷，冷态启动时3 小时内4山东大学硕士学位论文可带满负荷。( 5 ) 运行可靠、自动化程度高，运行人员可大大
22、减少。电力界预言：燃气一蒸汽联合循环电站将成为下个世纪电力生产的主要形式，燃气轮机、燃气轮发电机的研制将迎来个新的高潮。1 3 国内外燃气轮机发电技术发展概况1 3 1 国外燃气轮机发电技术发展的概况及代表产品、技术和公司燃气轮发电机是从2 0 世纪5 0 年代开始逐渐登上发电工业舞台的，由于当时机组的单机容量小、热效率低而在电力系统中只能作为紧急备用电源和调峰机组。6 0 年代加深了对电网中必须配备一定数量的燃气轮发电机组的认识，从安全和调峰的目的出发，燃气轮发电机组在电网中的比例达到8 1 2 。从8 0年代以后由于燃气轮机的功率和热效率均得到很大程度的提高，特别是燃气一蒸汽联合循环机型成
23、熟，再加上世界范围内天然气资源进一步开发，燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地位发生了明显变化，它们不仅仅可以用作紧急备用电源和调峰负荷机组，还能带基本负荷和中间负荷。美国在1 9 9 0 2 0 0 0 年期间新增长的发电容量为1 1 3 亿k W ，其中燃气轮机电站和蒸汽轮机电站的容量分别为4 4 ，第一次出现了朗肯循环和布莱顿循环平分秋色的局面，在德国前者则占2 3 左右，由此可见在世界范围内燃气轮机及其联合循环发电已成为火电发展的主要方向1 3 1 4 1 。近年来，世界燃气轮机工业取得相当的成就和飞速的发展，几家著名的公司G E 、A B B 、S i e m e n s 、西屋
24、等均与航空发动机设计、研究、制造厂彼此联营，保证及时地把航空发动机领域内的先进技术用来武装重型燃气轮机，以确保技术的先进性。如压气机已采用“可控扩压”的概念进行设计，把单轴压气机的压缩比提高到了2 4 3 0 的水平，透平叶片采用了航空机组的先进冷却结构和定向结晶制造工艺，使透平前的燃气温度提高到了1 3 0 0 的水平，由此明显地提高了机组的输出功率和热效率。如G E 公司的9 F A 、S i e m e n s 的V 9 4 3 A 等典型机组的燃机单循环功率为2 6 6 M w ，燃气初温为1 2 7 0 1 3 0 0 ，压缩比为1 6 ，净热效率达3 8 ，由此组成的联合循环机组单
25、机功率为3 8 0M W ，供电效率已达5 6 5 8。在本世纪初叶，世界上又将会出现新一代的先进燃气轮机，这种技术被称为“G 技术”，专门用于5 0 H z 私6 0 H z 发电用燃气轮机发电装置，此类机组的燃气山东大学硕士学位论文初温将提高到1 4 2 7 。C 左右，相应地进一步提高输出功率和热效率，单机功率和净热效率将分别达到4 8 0M W 和6 0 的高水平【5 l 。为了降低燃气轮机的排放污染，采用往燃烧室中注蒸汽或水，在排气导管中装设选择性催化还原装置，以及采用干式低N O X 排放燃烧室等措施。在工业化的欧洲及世界其它地区，日趋严格的N O X 和C 0 2 排放的规定，迫
26、使燃机制造商在一些烧天然气和油的机组中，开发干式低N O X 燃烧室装置，其效果已达到N O X排放低于l Op p m 水平。从2 0 世纪7 0 年代出现石油危机后，工业发达国家都在大力进行燃气轮机燃煤的研究工作，燃煤联合循环种类有：整体煤气化联合循环( I G C C ) 、流化床燃煤联合循环( P F B C - - C C 和A F B ( _ C C ) 、外燃式燃煤联合循环( I F C ) 、直接烧煤粉联合循环、整体煤气化燃料电池联合循环( I C F c - _ c C ) 及磁流体发电联合循环( M H D - - C C ) 等形式。目前，I G C C 和P F B C
27、 - - C C 在世界范围内已开始进入实用商业化阶段，世界上几乎所有主要石油煤炭公司和动力制造厂商都加入开发行列，将燃煤联合循环发电技术不断发展【6 】【7 】1 8 】o1 3 2 国内燃机发电技术现状，已取得的最新阶段成果和达到的技术水平我国自改革开放以来，随着电力工业的迅猛发展和电网峰谷差的日趋增大，燃气轮机发电得到重视和发展。近几年己相继兴建了一批具有8 0 年代国际先进水平的机组，在缓解电力紧缺的同时，有效地发挥了其增强电网调峰能力的作用。跨入2 1 世纪，随着科技发展、能源政策的调整，如何高效、洁净利用化石能源已成为电力领域的突出问题。燃气一蒸汽联合循环发电越来越受到国家有关方面
28、的重视，必将得到进一步的快速发展【9 】。燃气轮机发电事业始于1 9 5 9 年，当时从瑞士B C C 公司引进两套6 2 0 0 k W 的单循环燃气轮机列车发电机组，燃料为大庆原油。2 0 世纪6 0 年代，燃气轮机发电站的建设及其设备的制造生产初具规模，总装机容量达到6 万k W ，最大单机容量为4 5 0 0 0 k W 。上汽厂、南汽厂、哈汽厂、东汽厂等制造厂曾先后设计生产过燃气轮机组，这些机组的技术性能都不高。后来，于1 9 7 2 年和1 9 7 6 年分别从英国J B 公司和同本日立公司引进了l O 套M S 5 0 0 0 系列、P G 5 3 0 1 型单机功率在2 1 7
29、 0 0 2 3 0 0 0 k W 单循环机组，从而使我国燃气轮发电机组总装机容量达到3 0万k W 左右。目前国内某些厂家与国外大公司合作，己能批量生产M S 6 0 0 1 系列山东大学硕士学位论文燃机。1 4 课题的来源本课题来源于所在工作单位济南发电设备厂的发电机产品订货合同，该项目包括燃气轮发电机2 台，用于燃气一蒸汽联合循环发电。1 5 论文的主要工作本文第二章中确定了发电机的电气参数，对发电机的结构作了详细介绍。第三章中介绍了研制过程中所做的几项重点研究工作：利用有限元方法分析验算了机座和转子的强度；采用普劳尔( P r o m ) 法对临界转速进行了计算；利用雷诺方程和A L
30、 S T O M 公司的计算程序对轴承的特性进行了分析计算：对关键部件定子线圈进行了设计计算，包括如何换位，如何控制端部尺寸和形状，同时针对制造过程中的难点制订了工艺方案；对定子线圈防晕结构和转子槽绝缘进行了改进和国产化的尝试。第四章中介绍了样机试制完成后的试验情况，并结合试验结果对发电机的性能进行了分析。第五章对研制工作及取得的效果进行了总结。山东大学硕士学位论文第二章W Y l6 Z - 0 3 7 L L T燃气轮发电机设计方案和结构介绍2 1 设计指导思想借鉴A B B 和A L S T O M 先进技术，坚持高起点、高标准，确保产品技术水平先进、性能指标优良，同时立足本厂现有工艺和制
31、造设备，实现材料国产化，降低成本和造价，把技术的先进性与实用性、经济性紧密结合起来，以提高产品竞争能力。2 2 设计方案2 2 j 总体方案的确定电机的设计包括电磁设计和结构设计两部分。电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷、与电磁性能有关的有效部分的尺寸和绕组数据，选定材料，并核算电磁性能及有关参数。结构设计是根据设计技术要求和电磁设计确定的数据，确定电机的机械结构、零部件尺寸、材料规格性能及加工要求，包括必要的机械计算及通风和温升计算。根据用户提出的出力、电压等级、环境条件和调峰等技术要求，按照系列化、模块化设计的原则，通过根据汽轮发电机电磁计算公式( 电指D Z 2 8 6 3 )
32、 I O l 编制的程序进行反复调整和计算，使发电机效率、短路比、超瞬变电抗等数据均达到了相关标准的要求【”】1 12 1 ，定转子磁通密度、电流密度、温升也处于理想范围内1 3 I( 技术数据见表2 1 ，性能曲线见图2 1 2 5 ) ，在此基础上确定发电机型号为：W Y 一1 6 Z 一0 3 7L L T。卜定子整体浸渍卜转子空内冷卜定子空外冷0 3 7 一铁心长度代码Z 一分离式轴承1 6 一机座号w Y 一燃气轮发电机山东大学硕士学位论文山东大学硕士学位论文2 9 直轴超瞬变开路时间常数( T d 0 ”) O 0 1 8s3 0 直轴超瞬变短路时间常数( T d ”)0 0 1
33、4s3 l 三相突然短路电流峰值( I ”k s )2 7 2 6 3k A3 2 三相短路时的持续电流( I d k s )2 5 4 3A3 3 定子绕组单相电容O 7 1 1uF3 4 额定转矩9 1k N m3 5 失步转矩1 5 2k N m3 6 两相短路时的最大转矩8 0 6k N m3 7 三相短路时的最大转矩4 2 5k N m3 8 飞轮力矩_ 3 8T m 23 9 发电机效率满负荷9 8 2 2 3 4 负荷9 8 0 5 2 4 负荷9 7 5 9 1 4 负荷9 5 9 1 4 0 不平衡负载能力长期1 2 8 短时1 2 2t 8s4 l 温升限值定子绕组8 5
34、K定子铁芯8 0 K转子绕组6 5 K4 2 冷却器进水温度3 5 4 3 冷风温度4 0 4 4 轴承出油温度6 5 。C4 5 轴瓦温度9 0 4 6 冷却空气量( 发电机电刷)1 9 1 8m 3 s4 7 调峰能力( 使用寿命期限内)起停次数1 0 0 0 0 次4 8 定子重量3 4 6T4 9 转子重量1 2 5T5 0 发电机总重6 5 7TO山东大学硕士学位论文0 瑚1 , 0 01 。5 02 0 02 5 03 mj _ 5 0 的图2 1 特性曲线图2 2 效率曲线j 鳅蠛P m自d lC U l T E I I 荑草f f i P L b。呐fh 一o 。一- 。芒掣J
35、nl，舶bP。：骨；品乱攫雷巾村奄脚件糙口口椎o蝎譬B g ulf一善羹|f， 高1乏簟了l 量羞芽。竺。型霉l_窖一罨口。詈霉。2_0窖。=or曲缸盖乱卧怿订谨胡磅”珏t 7 削1 5 酗雌I 10丑 妇蛞“”“聃辑t 2t j刚王曩磷癣睾申u 3 1 措懈。；g = 聪秘辨P # ，玩埘 逆* 坩嘲a 靶n ；。椰蚪R 五9 柏臂图2 3 出力图，一一二夕一一二= - 二。，兰：耋一：。乞；一：，十。一一图2 4 损耗曲线山东大学硕士学位论文图2 5V 型曲线2 2 2 保证计算结果实现的措施1 合理选择电磁负荷电磁负荷A 、B 值决定了发电机利用系数，对其性能和技术经济指标有着直接影响。
36、提高电磁负荷可以有效地缩小发电机体积，减轻重量，降低成本。但是磁路饱和、效率降低和发热等因素有制约电磁负荷的提高。本产品较好地解决了这些矛盾，主要措施有U 4 1 1 5 】f 1 6 】：( 1 ) 选用优质冷轧无取向高导磁低损耗硅钢片D W 3 1 0 5 0 ，严格控制冲剪、涂漆、去毛刺、压装等加工质量，提高压装系数，改善导磁性能。( 2 ) 转子采用2 5 C r N i 4 M n V 优质合会钢整锻而成，含镍量高，含炭量低于O 3 ，磁饱和点较高，大齿两侧采用浅绕线稽，降低了饱和程度，提高了磁利用率。山东大学硕士学位论文( 3 ) 定子采用深嵌线槽，增大了导体截面积，降低了电流密度
37、。2 降低损耗，提高效率( 1 ) 与氢冷产品相比，空冷电机的风摩损耗很大，这是其效率较低的主要原因。为了提高效率，设计中主要从降低机械风摩损耗和杂散损耗入手。转子内部冷却，使冷空气直接冷却转子导体，从而有效地带走热损耗；转子表面尽量光滑，定子风路中结构件均磨圆角，保证圆滑，降低风摩系数，同时采用高效轴流桨式风扇，定子多风室通风，加强风路密封，提高了冷却效果，减少了风摩损耗【1 7 】【1 8 】。( 2 ) 采用铸铝压圈，非磁性端部支架和较短渐开线端部结构，并合理布置铁心端部阶梯，大大限制了由于线负荷取值较高在定予端部引起的附加损耗，直线部分的附加损耗也通过选用较薄的股线和3 6 0 。R
38、o e b e l 换位得到抑制1 9 】【2 0 1 1 2 1 1 。通过以上措施，降低了损耗，提高了效率，本产品的效率达到了9 8 2 ，远高于国家标准规定的9 7 。3 提高可靠性的措施( 1 ) 原材料的选择严格按照A L S T O M 技术规范，首先从原材料方面保证产品的安全可靠。比如护环采用1 8 M n l 8 C r ，提高了抗应力、抗腐蚀能力；转子线圈采用含银冷拉空心铜线，提高了抗热态蠕变能力。( 2 ) 采用真空压力整体浸渍，提高绝缘系统的可靠性。所有绝缘材料均为F级，按照B 级温升限制考核，使发电机有2 0 K 以上的温升冗余，因而可延长绝缘的使用寿命。( 3 ) 转
39、子采用导电性能和机械性能良好的镍铜合金整长槽楔，两端护环下装有涂银处理的阻尼环、阻尼齿和阻尼片，组成了一个完整的阻尼系统，使发电机能够承受较大的负序电流【2 2 1 。( 4 ) 定子绝缘整体浸渍处理，使定子线棒和铁心成为一个整体，在不稳定负荷下线棒和槽壁不会产生相对位移，避免了主绝缘的磨损。( 5 ) 转予绕组采用特殊的固定结构，使绕组能够沿轴向由中心向两端自由伸缩，防止绕组在运行过程中产生永久变形【2 2 1 。( 6 ) 每相定子绕组层间埋置三只P t l 0 0 电阻测温元件，测温元件为双支并列六引线，其中一只备用，保证测温元件充足可靠。山东大学硕士学位论文2 3 结构介绍W Y l
40、6 Z 一0 3 7 L L T 燃气轮发电机主要由机座、定子、转子、座式滑动轴承，集电环及刷架、测量装置和空气冷却器等部件组成( 图2 6 ) 。整个发电机的所有部件可以组成一体，方便、快捷地进行整体安装，并且能够实现单层布置，不需要电站建设双层厂房。图2 6 发电机结构2 3 1 发电机机座机座采用薄钢板焊接，多壁、上下分瓣结构，机座承载电机的所有重量和电磁转矩，并将其传递到基础上，机座壁与铁芯形成许多风区，引导冷风流动。上半机座与下半机座之间用螺栓固定。2 3 2 定子铁芯采用外压装工艺，由两面涂绝缘漆的低耗冷轧硅钢片在机座外进行叠装，按不同的风区，轴向分成不同宽度的铁芯段，铁芯段由径向
41、通J x L 沟分隔，以使整个铁芯上的温度分如均匀。铁芯通过其背部定位筋和两端碟形压圈拉紧固定。压圈由非磁性硅铝合令制成，在端部形成了良好的漏彩屏蔽，降低了喘部损耗。定予绕组为三相、双层叠绕组，每个绕组由两1 - R o e b e l 线棒绍成，主绝缘采用F山东大学硕士学位论文级少胶云母带连续包扎。绕组嵌入铁芯并完成端部连接及绑扎后，整个铁芯进行V P I 真空压力浸渍，固化处理后装入机座的下半部。定子铁芯与机壳间采用弹性隔振结构，如图2 7 所示，在围绕铁芯并与其相焊接的环的两侧，各有一个起弹簧片作用的固定扳，当铁芯放入下半机座后，弹簧板通过钢管与机座相接，钢管两端焊接固定，这样整个铁芯在
42、机座内皇悬挂状，在焊接处铁芯的切向振动接近于零，径向振动通过机座板削弱后传至基础，有效地减弱了铁芯振动，同时也承载了机座和铁芯间的热膨胀，铁芯与机座分离的结构有效抑制了铁芯振动的传导，达到了栌隙噪音的良好效果。图2 7 定子铁心在机壳内呈悬挂状态1 焊在铁心上的环2 起弹性作用的固定板2 3 3 转子转子采用2 3 C r N i 。M n V 优质合金钢整锻而成，由位于机座两端的分离式座式滑动讪乎支潆转子绕组采用同心式分布绕组，由若干个线圈组成。线圈为空心导体，由银铜合垒冷拉翎成，具有鼹好的抗蠕变性能和较高的屈服极限，从而保证了运行过程中转子绕组不会发生有害变形。导线上歼有进出J x L 口
43、，冷却空气从内孔流过，直接冷却转子绕组，转子线圈的出风口在槽中呈V 形分布，线圈各处风量均匀，冷却效果好，不会形成过热点。槽衬采用N o m e x 纸，匝间绝缘采用整山东大学硕士学位论文长E P f , C 3 垫条，转子绕组和绝缘采用特殊结构和工艺处理，在运行中随温度变化，转子绕组能够整体地在槽内以转子中心为原点轴向伸缩，各匝之间不会产生相对位移。转子槽楔采用整长结构，槽楔和两端护环下的阻尼环、阻尼齿、阻尼片形成了一个完整的阻尼笼，提高了负序承载能力。转子护环由奥氏体不锈钢制成，具有较强的抗应力腐蚀能力。护环以悬挂结构热套在转子本体上，将绕组端部牢固地固定在设计位置上，防止了离心力造成的损
44、伤。由于护环的悬挂式设计，转子线圈中热膨胀所产生的力不会传递到轴上，不会影响转子本体的受力及振动。在转子两端装有旋桨式风扇，具有压头低，流量大，效率高的特点，风叶由硅铝合金模锻丽成。转子轴的励端有一个中心轴向孑L ，延伸至转子绕组端部下方。内装两个半圆铜导线，用于提供励磁电流。2 3 4 座式滑动轴承在发电机的机座两端各有一个座式滑动轴承。轴承与发电机采用分离结构型式，轴承座为焊接结构。轴承有可靠的挡油结构，每个端盖的挡油环内设有气封防漏油装置，由发电机内的密封腔里抽出的空气来密封，防止润滑油进入发电机。设计安装了高压顶轴油装置，在开机时可以减少轴承摩擦，便于起动。轴瓦是钢制的，内衬巴氏合金V
45、 7 3 8 ，这种材料的性能优于国内汽轮发电机轴承通常所使用的C h S n S b l l - 6 巴氏合金，可在较高温度下运行而不产生铅锡共斟1 3 1 。为防止轴电流通过轴承，发电机励端采用具有绝缘结构的轴承，绝缘附加在轴承环和轴承座之间，挡油环和顶轴高压油连接装置也有绝缘。在驱动端轴承上装有两个接地碳刷，使转子可靠接地。2 3 5 集电环和刷架通常Q F 系列静止可控硅励磁发电机韵集电环分别布置在转子本体两端，驱动端和非驱动端各一个，碳刷分别安装在前后端盖上，碳刷和集电环直接裸露在空气中，使得运行环境的噪音较大，并且摩擦掉的碳刷粉末四处飘散，污染运行环境。为了解决这一问题，在设计本发
46、电机时，将集电环都布置在非驱动端一侧，并加上防护罩，把碳刷支架和集电环都放在防护罩内，既降低了噪音。又把碳刷粉末隔离在防护罩内，保证了运行环境的清洁。2 3 ，6 冷却系统本发电机采用全空冷技术，定子绕组及铁芯采用空外冷，转子绕组为空内冷。冷却空气由发电饥两端的轴流式胍扇驱动形成密闭循环田路( 图2 1 0 ) 。整个电山东大学硕士学位论文在运行中检测各处的温度。在两端进风区内各有1 只带电接点的P T l 0 0 电阻温度计( W T Y Y 2 1 0 2 0 X ) ，用于遥测和现场观察进风温度。在两端出风区内各有1 只P T l 0 0 测温电阻( W Z P 2 1 9 0 ) 和1
47、 只带电接点的双金属温度计( W S S x 一4 1 1 ) ，用于遥测和现场观察出风温度。每个轴瓦上也装有1 只P T l 0 0 测温电阻( W Z P 2 2 2 1 ) ，用于遥测轴瓦温度。每个轴承上预留有测轴振探头安装位置。2 3 8 空气冷却器冷却器空气冷却采用穿片式空气一水冷却器，共4 组，换热容量为5 7 0 k W ，放置在定子下部的机座中。空气冷却器中装有浮子开关，用于检测是否漏水。9山东大学硕士学位论文第三章发电机研制过程中的重点研究工作3 i 机座强度的分析计算，机座承载发电机的所有重量和电磁转矩，并将其传递到基础上，囡此机座必须具有足够的强度，能够承受发电机组起动、
48、停机和升降负荷时的各种交变应力。设计过程中采用有限元分析方法对机座进行了静力分析。3 1 1 应用软件简介有限元法用于复杂构件的强度计算，能够得到较为准确的结果，在对机座强度的验算过程中三维模型采用U G S 公司的S o l i d E g e1 8 版本，有限元分析软件采用A N S I Y S9 0 2 5 】f 2 6 】f 2 7 】。发电机机座材料为Q 2 3 5 A ，弹性模量为2 1 0 0 0 K g c m 2 ，泊松比为0 3 。3 1 2 模型的建立：图3 1 发电机机座外形图发电机机座外形如图3 1 所示，由于该机座基本为对称结构，考虑到运算速度和简化的原则，取机座的
49、1 4 建立模型( 图3 2 ) 进行研究。山东大学硕士学位论文图3 2 机座模型3 1 3 模型的网格化将生成的三维模型导入有限元软件环境中，单元模型：机座采用S H E L L6 3 ，实体采用S O L I D 4 5 。将模型网格化( 图3 3 ，3 4 ) ，共划分6 7 1 5 个单元，产生7 8 5 6 个节点。图3 3 剖分模型( X 向视图)山东大学硕士学位论文图3 4 剖分模型( Y 向视图)图3 5 负荷加载图山东大学硕士学位论文3 1 4 边界条件和静力发电机由底部地脚板支撑定子重量，定子铁心为悬挂式，通过机座两侧壁的2 4 个孔支撑定子铁心的重量。因此，机座的边界条件
50、为：底部地脚板加全约束，同时加载对称边界条件。定子铁心重2 8 吨，分解为集中力加载到1 2 个孔上，如图3 5 所示。3 1 5 求解运行软件求解器，得到运算结果，运算云图如图3 6 3 8 所示图3 6 位移云图3 1 6 结论由图可见，应力最大值为2 9 8 K g c m 2 ，最大应变为0 1 5 1 0 m m 。以许用应力2 0 0 0k g c m 2 计算，安全系数达到6 7 ，证明该机座结构是安全可靠的。山东大学硕士学位论文图3 7 应力云图图3 8 应变云图山东大学硕士学位论文3 2 转子强度的分析计算发电机调峰运行时，机组频繁起停，负荷产生较大的变动，将在转子部件中产生
51、低周疲劳应力，转子本体应能长时间承受交变挠曲应力，具有足够的疲劳强度，特别是转子齿部不仅承受稳态离心力和工频交变弯曲应力，而且还要承受起动、停机运行所引起的周期附加应力，尤以齿根部最为脆弱【2 8 1 ，因此必须进行强度计算。在设计过程中分别在发电机以额定转速运行和超速运行两种工况下对转子进行了静力分析和验算。3 2 1 应用软件简介三维模型采用U G S 公司的S o l i d E g e1 8 版本，有限元软件采用A N S l Y S9 0 。：转子材剃为2 5 C r N i 4 M n V 合金钢，弹性模量为2 1 0 0 0 K g c m 2 ，泊松比为0 3 。槽楔材料为C
52、u N i 2 S i ，线圈材料为C u A 9 0 1 ，弹性模量为1 0 3 4 2 1 K g c m 2 ，泊松比为0 3 2 t 2 9 】 3 0 】。3 2 2 模型的建立图3 9 发电机转子截面模型由于发电机转子基本为对称结构，所以取转子截面的1 4 作为研究对象，建立模型如图3 g 。43 23 模型网铬化山东大学硕士学位论文将生成的三维模型导入有限元软件环境中，单元模型：采用S O L I D4 5 。将模型网格化，共划分1 0 4 8 9 个单元，产生3 1 3 4 个节点。图3 1 0 模型网格化3 2 3 边界条件和静力分析有限元的坐标系是直角坐标系，而在工程实际的
53、分析中，对转子离心应力的描述，采用柱坐标系比较直观。按弹性理论，环向应力、径向应力与直角坐标系下的分量有如下的转换关系：i O = 。2 盯，- I - m 2e Y , + 2 加f w( 3 一1 )I 仃口= m 2 仃J + z 2 一y + 2 1 m r 口式中：，一柱坐标系与直角坐标系x 轴央角余弦，r r l - - 柱坐标系与直角坐标系y 轴交角余弦。采用柱坐标系，对轴向和径向加约束，同时加载对称边界条件。发电机额定转速为3 0 0 0 r p m ，超速运行时转速为3 6 0 0 r p m 。对模型施加矢量转速( 如图3 1 l所示) 。山东大学硕士学位论文图3 1 l
54、模型加载3 2 4 运行软件求解器，得到运算结果和云图如下1 当发电机以3 0 0 0 r p m 运行时图3 1 2 位移云图2 7山东大学硕士学位论文图3 1 3 应力云图( 1 )图3 1 4 应力云图( 2 )山东大学硕士学位论文2 当发电机运行以3 6 0 0 r p m 时图3 1 5 应变云图图3 1 6 位移云图山东大学硕士学位论文3 0图3 1 7 应力云图图3 t 8 应变云图山东大学硕士学位论文读图可知，我们所关心的发电机齿根部的受力情况为表3 1发电机齿根部的受力情况I转速r p m应力M P a应变i n l r l3 0 0 04 9 7O 0 3I3 6 0 07
55、 l ，60 0 53 2 5 结论( 1 ) 环向应力沿半径方向，从中心孔表面到转子齿根表面由大减小。其最大值出现在中心孔表面。( 2 ) 径向应力沿半径方向，从中心孔表面到转子齿根逐渐减小，在齿部由齿根部到轮齿表面逐渐见转子本体部分径向应力最大值在中部，轮齿部分的最大值在齿根部位。( 3 ) 径向应力沿圆周方向呈波浪型分布，这是由于齿的存在使得齿根部径向应力增大，而在无齿的转子表面径向应力为0 。( 4 ) 从计算结果来看，各种载荷在额定转速下的应力数值都较小，即使在超速运行的情况下其最大值也小于材料的强度极限，以许用应力2 0 0M P a 计算，安全系数为2 7 9 。因此，从静强度的
56、观点分析，转子的静强度是足够的。3 3 临界转速和转子动平衡临界转速和不平衡响应是转子振动的两个主要特性，因此在设计中应准确的计算临界转速，保证其避开额定转速1 0 1 5 ；制造中必须进行动平衡，使振动幅值符合标准的要求。3 3 1 临界转速的概念l 临界转速的概念转子的临界转速一般来说是指某些特定转速，当转子在这些转速或其附近运转时，本体将出现很大的变形并作弓形回转，引起支承及整个机械的激烈振动，甚至造成轴承和回转体的破坏，而当转速在这些特定转速的定范围之外时，运转则趋于平稳，这一引起激烈振动的特定转速为回转体的临界转速。这时的转子实际上并不是在“振动”。而是以一个固定不变的、弯曲成振型的
57、形状，绕转子的静态中，I i , 做涡动1 3 ”。山东大学硕士学位论文回转体在临界转速附近运转时出现的激烈振动，是一种由不平衡离心惯性力引起的共振现象。当不考虑回转效应和工作环境等因素时，回转体的临界转速在数值上与其横向自由振动的固有频率相同。当转子振动时，获得弓形回转的一阶临界转速，其相应的转子振型是一阶振型。当转子中间出现一个位移为另的节点，振型是两个振型。同理，可推出n 阶振动频率的振型节点特征。转子在挠曲临界转速运转时，理论上在无阻尼下转子振幅达无穷大。在有阻尼情况下，把挠曲临界转速的转子振幅与其邻近转速下的振幅作比较，振幅仍然很大，在许多情况下，临界转速运行的转子的振幅会达到不允许
58、的程度，除此之外，挠曲临界转速与轴承油膜振荡有一定的联系，故设计中对l | 缶界转速的计算是极其重要的，并制定定规范，要求设计的临界转速避开工作转速的1 0 1 5 。每一个转子，连同支持它的轴承组成的系统，都有若干阶横向振动的固有频率，每一阶固有频率又有它所对应的振型。转子的固有频率和振型在数学上就是特征值和特征向量。按照弹性体振动理论，一个连续分布质量的转轴系统存在无数个特征值和特征向量。实际上，现代发电机组只有第一阶、第二阶临界转速和振型接近于其工作转速，通常第三阶临界转速原高于工作转速。临界转速是发电机组振动特性的第一要素。轴系动特性设计要保证临界转速对工作转速的避开范围，运行中要保证
59、升降速过领结转速的最大振幅低于规定限值，这都是从机组安全角度提出的基本要求。2 临界转速的计算普劳尔( P r o h l ) 法是一种广泛应用于计算转轴临界转速的数值计算方法。这种方法能够计算多支撑、多跨转轴的各阶临界转速及相应振型3 2 1 。( 1 ) 递推公式 ，一J 王6o、一，L 一I - f 1h ：一， 一Ij 17r 7 、i ，”1 厂1 一卜一- 一图31 9 轴的离散化处理山东大学硕士学位论文首先对质量连续分布的轴进行离散化处理。将轴的分布质量按一定的规则聚散成N 个集中质量的节点( 图3 1 9 ) ，节点之间用( N - 1 ) 个不计质量的弹性轴段连接。各接点的质
60、量不计为m 。，不计转动惯量。各轴段的长度为Li ，截面惯性矩为，材料的弹性模量为E ，在有支撑的节点，支撑刚度为k 。先考虑质量m 。的受力和运动情况。假设质量m ，的位移与转角分别为X 和8i ，剪力和弯曲分别为所和 磊。显然质量m ，左右两边的位移和转角相等，即：J=工(3-2)【酽= 砰其中角注L 、R 分别代表点的左边、右边。由动力学方程可以得到：p：=M：(3-3)【= + 0 9 2 川i x 。合并式( 3 3 ) 和式( 3 4 ) 并写成矩阵形式：式中升卦和100C 0 2 m封孔玎( 3 4 )分别称作点f 左右两端的状态向量，式( 3 - 4 ) 描述了点f 左右两端位
61、移和力之间的关系，方矩阵为点的传递矩阵。第i 段轴因为不计质量，左右两边有下列关系( 图3 2 0 )J M ，十2 工，= M 二( 3 - 5 )【8 = ：，对第i 段轴进行类似的受力分析，建立左右两边的挠度、转角间的关系式。对于图3 2 1 中悬臂梁，根据材料力学公式可以得到：M ev eX - - 一2 E J3 E J口：丝一堕E j2 E J( 3 6 )山东大学硕士学位论文XT-乡乡。VZ对于图3 2 1 中的轴段应用式( 3 - 6 ) 得到：卜捌厶+ 等拦浯，- 0 = M 厶L , 一拦L2将式( 3 5 ) 代入( 3 7 ) ，得到：卜聊计鸳篙仔。，k 钟一等一等10
62、O1O O0 0r2 V工E J10p6 E 3r2 E ，O1卧( 3 9 )式( 3 9 ) 描述了轴段i 左右两端位移、力之间的关系，方矩阵为段传递矩阵。对于处在轴承座的节点i ( 图3 2 2 ) ，动力学方程为：M ：= M 【t 。= 一+ 国2 ，工，一奴刖；卧( 3 1 0 )( 3 1 1 )| l“、Ilft，IJ_tIJx8M 矿，Jl-lIJf，JI】l【山东大学硕士学位论文一1+ 1可；H 可?图3 2 2 轴承座节点受力分析有了以上这些传递关系式，在己知转轴最左端状态的条件下，就可以逐点逐段地利用相对应的关系式从左向右递推，直至转轴的最右端。( 2 ) 临界转速的判
63、据转轴的转速等于临界转速时，转轴应该不受任何外力的作用，呈自由振动状态，这时转轴的两端的弯矩吖和剪力V 应该为0 ，即： 篡2 誓= 0 ( 3 - 1 2 )I 啄= 砰= 0同时位移和转角不为0 。计算过程中l 晦界转速的确定就是利用式( 3 - 1 2 ) 作为判据。计算时先假设一个转速，分别取两次初参数。每次利用递推关系式( 3 4 ) 、( 3 9 ) 和( 3 一i i ) ，从转轴最左端递推到最右端。第一次令工j = 1 ，口j = M = 砰：0第二次令目j = l ，工：= M = K = 0每一次计算可以得到末点右端的状态向量：工pM矿根掘两次计算结果得到余量R ，即R 卅
64、一等( IJ 2J( 3 一1 3 )I山东大学硕士学位论文如选取一系列转速，就可以得到余量的曲线R ( ) ，使余量R 为0 的转速就是临界转速。( 3 ) W Y l 6 Z - 0 3 7 L L T 燃气轮发电机临界转速的计算对发电机转子进行模化时节点选在轴颈、联轴器、轴的截面有突变处以及轴，的端部。集中质量和轴段的数量分别为N 和N 一1 ，与各集中质量相应的参数为质量M i ，与各轴段列应的参数为长度三，弹性模量乜截面惯性矩正。圆截面轴抗弯刚度瓯地警式中E _ 弹性系数( k g c m 2 ) ；圆截面轴段质量m = 皿石华( 3 1 4 )D 0 - 一圆截面内径( c m )
65、 ：D 2 一圆截面外径( c m ) 。式中：旷密度( k g e m 3 ) ；厶一轴段长( c m ) 。发电机转子本体抗弯刚度( 3 1 5 )彤：E 石望2 4 二丝4 - O + a ) Z , _ F 2 ( D z - H 2 ) 2 ( 3 - 1 6 )6 48E 2 = b n 2 H 。2式中：Z 2 一转子槽数；只：一转子槽面积；k ：一转子槽宽；H 。：一转子槽深；a 修正系数。依据上述方法对发电机转子进行了分段( 表3 2 ，表中尺寸单位为n u n )表3 2W Y l6 Z - 0 3 7 L L T 转子分段数据分段单分段单计算重计算重计算惯性计算惯性附加附
66、加重元编号元长度量外径莆内径矩外径矩内径重量量直径1 0 11 0 04 3 33 4 51 0 21 1 02 5 02 5 01 0 3l l O2 5 02 5 02 0 l1 5 03 0 03 0 02 0 21 7 02 5 02 5 0山东大学硕士学位论文汽端轴承中心线汽、励端轴承中心线距离4 5 8 02 0 31 7 02 5 02 5 02 0 41 7 03 0 03 0 02 0 52 0 03 6 53 6 52 0 6n 5 53 6 53 6 52 0 72 8 53 9 3 53 8 l3 0 l5 05 3 04 2 01 9 26 8 73 0 28 24
67、4 7 54 4 5 13 0 31 4 44 0 03 9 8 23 0 42 5 04 0 03 9 8 29 4 37 3 5 83 0 55 54 1 54 1 2 53 0 68 04 5 04 4 6 13 0 71 54 7 64 7 3 2转子本体起始端转子本体长度1 8 6 03 0 85 34 9 2 ，45 2 6 29 2 86 7 03 0 95 34 9 2 46 3 2 29 2 ，86 7 03 1 01 9 44 9 2 46 8 4 23 4 06 7 04 0 11 2 64 9 2 47 2 5 16 0 26 7 04 0 21 2 64 9 2 ，4
68、7 2 5 16 0 26 7 04 0 31 2 64 9 2 47 2 5 16 0 26 7 04 0 41 2 64 9 2 47 2 5 16 0 26 7 04 0 51 2 64 9 2 47 2 5 16 0 26 7 04 0 61 2 64 9 2 ，47 2 5 16 0 26 7 04 0 71 2 64 9 2 47 2 5 16 0 26 7 04 0 81 2 64 9 2 47 2 5 16 0 26 7 04 0 91 2 64 9 2 47 2 5 16 0 26 7 0，4 l O1 2 64 9 2 ，47 2 5 16 0 26 7 05 0 11 9
69、 44 9 2 46 8 4 23 4 06 7 05 0 25 34 9 241 1 06 3 2 2I l O9 2 86 7 05 0 35 34 9 2 4l l O5 2 6 2l l O9 2 86 7 03 7山东大学硕士学位论文转子本体末端5 0 41 54 7 64 7 3 ，21 1 06 7 05 0 58 04 5 04 3 3 61 l O4 54 8 05 0 65 54 1 54 1 2 51 l O5 0 72 5 04 0 03 9 8 2l l O9 4 37 3 5 85 0 81 4 44 0 03 9 8 21 l O5 0 98 24 4 7 54
70、4 5 11 l O5 1 05 05 3 04 2 01 l O1 9 26 8 76 0 12 8 53 9 3 53 9 3 51 l O6 0 21 1 5 53 6 53 6 5I l O6 0 32 0 03 6 53 6 51 l O6 0 41 7 03 0 03 0 01 1 06 0 51 7 02 5 02 5 0l l O励端轴承中心线6 0 61 7 02 5 02 5 01 1 06 0 71 2 53 0 03 0 01 1 06 0 81 2 22 2 42 2 41 1 07 0 11 0 52 2 52 2 51 1 07 03 0 87 0 25 02 2
71、 52 2 5l l O7 0 37 32 2 42 1 6l l O1 24 7 17 0 47 32 2 42 1 6n 01 24 7 07 0 55 02 2 51 1 02 2 5l l O7 0 61 0 52 2 5l t O2 2 5l I O7 03 0 87 0 71 2 22 0 41 1 02 2 41 1 07 0 8n 02 8 01 1 02 8 01 1 07 0 94 03 5 5O3 5 l l O按照表中的数据计算，弹性系数取21X1 0 6 k g c m 2 ，转子锻件比重为7 8 3 X1 0 3 k g m 3 ，临界转速( 一阶二阶) 为1 8
72、8 9 4 2 4 5r p m ，符合避开额定转速l O 1 5 的原则。在发电机制造完成后的试验过程中实测一阶临界转速为1 8 6 0 1 9 0 0r p m ，这旺明了设计过程中对临界转速的计算是准确的。山东大学硕士学位论文3 3 2 转予动平衡发电机转子具有良好的平衡状态是机组平稳运行的基本保证。理论上的理想情况是转子的惯性主轴与转动轴线重合，但实际上，离心力和力矩必然存在并将作用在转子的支撑系统上。转予上过大的不平衡量会导致转子、轴承、以及基础大幅值的振动，动平衡是消除质量不平衡的有效措施。平衡的方法有多种，如影响系数平衡法，振型平衡法，模态平衡法等3 3 】。其中影响系数平衡法是
73、一种常用而有效的方法，也比较适合发电机转子的结构特点。1 影响系数平衡法( 1 ) 影响系数的定义：单位试加重量所引起的振幅向量。矗。一鳔始彳平衡鬣耘R 一试加重塾1 5 j 起的j 习i 衡振幅A 一原始秆衡重量P O 和斌如重量p 1 ；悔孵摄捂图3 2 3 与影响系数有关的振幅如图3 2 3 所示，则影响系数足为i ：兰二鱼：一M( 3 一1 7 )只只( 2 ) 平衡计算转子平衡必须满足Q 髟+ 爿。= 0( 3 - 1 8 )应加平衡重量Q K + 爿。= 0( 3 1 9 )乘0 余振幅彳，= Q K + 4 。( 3 2 0 )2w Y l 6 z - 0 3 7 L L T 燃
74、气轮发电机转子的平衡本发电机采耿测量轴承座振动的方法测量转子振动，由于转子采用双支撑，属于两平面平衡问题，将汽端、励端加重平面分别以I 、I I 表示，汽端、励端轴瓦分别以A 、B 表示，采用影向系数平衡法，平衡过程如下( 表3 3 ) ：3 9山东大学硕士学位论文表3 3发电机转子动平衡步骤步平说明单位A 瓦B 瓦骤面测取工作转速3 0 0 0 r p m 下的原1I丝么度4 8 2 2 5 03 4 么2 6 0始振动石，巧在I 面上加重虿= o 2 L 2 0 后2I丝么度5 么2 1 72 3 么2 4 7振动石，一B z作向量图，求出平面I _ l z 力n 只3I后引起的振动肘。，
75、= A ，一厶，丝么度2 8 6 么1 5 11 2 7 么1 0 4M 口，= B z B o求影响系数( I 面对轴瓦A ，B丝么度4I的K )K ，= M ，B1 4 3 1 3 16 3 5 么8 4- - - 一一公斤，K 8 I = M B l &求取各轴承振动所需平衡重量公斤5IQ I = 一A o K f0 3 4 3 0 10 5 4 么3 5 6么度Q t = 一B D IK 口F选取折中平衡重量Q ，= O 4 0 2 3 2 06I按下式算出剩余振幅4 ，E丝么度3 2 么1 4 52 8 么3 0 71 4 = Q ，K ，+ A ol E = Q ，K 8 ，+ B
76、 o万不拆下，另在I I 面加重7H丝么度4 么2 0 8O 6 5 么2 1 0万= o 3 3 0 0 ，测振动一A a ，一B z z8I I求I I 面加万引起的振动丝么度I 2 2 么6 8I 8 么7 9山东大学硕士学位论文瓦；石一石，一M s l r = 万一石求影响系数( I I 面对轴瓦A ，B9I I的K 、K t 口= M 口fP 丝么度4 0 7 么1 2 86 么1 3 9公斤K 8 = M8 口P 求取各轴瓦振动所需平衡重量公斤1 0I I一Q u = 五| K t 1 2 3 么2 6 9O 3 8 么2 8 8么度_ 一一一Q = 一B f | K B 求解两个
77、平面同对加重的应加重量公斤G =Q L , 21 lK f Q f + K Q + A o = 0么度O 1 9 8 么2 8 30 。5 4 1 么3 2 2【量口，Q ，+ K 口Q 口+ B o = 0将数据代如步骤1 1 中的公式，A 。=且21 2丝么度求剩余振幅石，瓦0 1 5 么2 7 5O 1 7 么3 1 3实际剩余振幅丝么度0 1 3 么2 6 4O 1 9 么3 2 8实测结果表明：转子振动符合轴承座双倍振幅O 0 2 5 r a m ( 2 5 丝) 的要求【4 】a3 4 轴承的设计计算油润滑的滑动轴承具有承载能力高、使用寿命长、加工维修方便的特点，是发电机组轴系中的
78、重要部套件，它除了支撑起转予，还对转子的振动起着重要的影响，在很大程度上决定了转子系统的安全性。油润滑轴承中维持涧滑油压力有两种方法，一是在轴承外用油泵向轴承内输入压力油，使轴颈与轴承表面之间产生压力油膜，即静压涧滑：另一种是依靠轴颈自身旋转使润滑油层产生压力，托起转子，即动压润滑。发电机组在盘车过程中，转速很低，动压油膜还不能建立起来，通过轴瓦下方的高压顶油装置输入l O 1 2 M P a 的高压油，将转子抬起。升速过程中，转子转速达到每分钟几百转后，动压油膜建立起来产生动压力，即可关闭高压项油。4山东大学硕士学位论文3 4 1 液体动压润滑的基本方程式雷诺方程在摩擦表面之间维持一定厚度的
79、润滑油膜，使相对运动的两摩擦表面完全隔开，这种轴承称为液体摩擦轴承，依靠摩擦表面问的相对运动速度和油的粘性而在油膜中自动产生压力场，并以油膜压力平衡外载荷，从而保持一定油膜厚度的轴承称为液体动压轴承。描述润滑油膜压强规律的数学表达式称为雷诺方程3 4 】。图3 2 4 两平板问油膜场中微单元体受力图图3 2 4 是两块成楔形间隙的平扳，间隙中充满润滑油。假设两平板在z 方向为无限宽( 即假设液体在Z 方向没有流动) ，研究楔形油膜中一个微单元体上的受力平衡条件C = o ，即：p d y a r z - ( p + 勿) 西娩+ 瓦凇一( f + d r ) d x d z = 0( 3 2
80、1 )f 液体剪切变形的剪切摩擦力整哿厉即可得到压强p 变化与剪应力的变化规律：垒：生( 3 2 2 )出砂将牛顿粕性定律公式f ：一叩孚代入上式并积分；确定积分常数，即可得到d V摧述油膜场中备点流速“的公式山东大学硕士学位论文“= 面1 塞( y 叫+ 云( 刊( 3 棚)式中：扣任意位置X 处的油膜厚度；玎一液体的动力黏度。设在z 方向取1 单位长度，则单位时间内流经任意位置X 处的流量为a = f u ，将速度“公式代入，积分即得：Q = i v h 一面h 3 一a 出p( 3 2 4 )由于液体为不可压缩，因此流经任何x 位置处的流量Q 都应相等，亦即Q 沿x 方向无变化，这就是连
81、续条件，用数学表示即为磐：0 ，即得：导( 堡字) ：6 v a h( 3 2 5 )出r l 出7d x该式称为无限宽轴承液体动压基本方程，又称一维雷诺方程。实际轴承都是有限宽的，因此雷诺方程是二维的，即：昙( 芝I I 罢) + 昙O z ( 堡t l - 老) = s V 罢c s z o )C 冀靠02积式中：牙一轴承宽度方向坐标。雷诺方程描述了油膜场中各点油压P 的分布规律。它是液体润滑理论的基础。对。 x 。一- e 了dL i h 3 字) ：6 v 譬积分一次，令拿：o 处的油膜厚度为h 。，则由一般玎积积础维雷诺方程得到如下公式塞= 6 f l y 掣c s 捌从上式可看出，
82、如两块平板互相平行，即在任何x 位置处都是方勘。，则譬：0 ，亦即油压J 口沿x 方向无变化，则油膜场中如无外压供应，油膜不能自动产生动压。如果两块乎板沿动平板运动速度r 方向呈收缩形闻隙，则动平板依靠粘性将润滑油山间隙h 大的空问带向间隙小的空| 日J ，由此而使油的压强高于环境压力。山东大学硕士学位论文式( 3 - 2 7 ) 中油压沿X 方向的变化率与油膜厚度h 之间的关系，如图3 2 5 所示曲线。由式可知，当女 如时孚 o ，即油压随x 的增加面增大，这在图中相d x当于从油膜大端到厄这一部分；当 届时望 0 ，即泊压随x 的增加而减小，出这在图中相当于从岛向右到油膜小端。而压强在肛
83、扁处最大。油压分布曲线沿整块动平板的积分即为其总承载能力，当轴承油膜承载能力与外载荷F 平衡时，油膜场维持在一定油膜厚度下工作。彰显。湿一萝j- r ，J 、P撅_ j ；7 h1蓝旦目d x 一影显丑岁卵大图3 2 5 油压沿x 方向的变化率与油膜厚度五之间的关系对公式车字) ：6 。譬积分一次，令字：o 处的油膜厚度为扁，则由一鲰r a xt xa x维雷诺方程得到如由上述油楔承载机理可知，两相对运动表面间要建立动压而保持连续油膜的条件是：( 1 ) 相对运动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙。( 2 ) 被油膜分开的表面必须有一定的相对运动速度，其运动方向必须使润滑山东大学硕士学位论文油由
84、大口流进，从小口流出。( 3 ) 润滑油必须有一定黏度，供油要充分。这三条通常称为形成动压油膜的必要条件，缺少其中任何一条都不可能形成动压效应，构成动压轴承。除此之外，为了保证动压轴承完全在液体摩擦状态下工作，轴承工作时的最小油膜厚度k 。必须大于油膜允许值。同时，考虑到轴承工作时，不可避免存在摩擦，引起轴承升温，因此，还必须控制轴承的温升不超过允许值。另外，动压轴承在起动和停车时，处于非液体摩擦状态，受到平均压强P 、滑动速度P 及p v 值的限制。3 4 2 轴承静特性轴承静特性的计算主要包括确定最小油膜厚度、耗油量和校核润滑油温升。I 轴承载荷P - - 6 0 0 0k g2 轴颈转速
85、n 。= 3 0 0 0 r p m3 轴颈角速度田：堡：竺墨坐：3 1 4 ，1 6 r a d s3 03 04 轴径外圆线速度v =一c a d ：! ! 兰：! ! ：! 12 0 02 0 0= 3 9 2 7 m s5 轴承单位压力p = 专= 罴= 1 1 4 k g c m 26 油的粘度旯= O 0 0 2 k g s m 27 依比值三= o 8 5 从有关电机设计资料f 7 1 中查得当q b = 1 2 0 。时d( 1 ) 校正承载能力的系数G - 2 6( 2 ) 校正摩擦损耗的系数( 2 38 轴瓦与轴颈间直径上的间隙61 = o 0 3 8 c m62 = 0
86、0 3 3 e m9 相对间隙 鲁= 等一o 鲫s1 0 承载能力系数，：互：堂：o ，o o l 32 才。百划r o o l 3卟q2 p 砌妒( x 1 0 4 = 2 6 x 铺揣? 1 0 4 兄山东大学硕士学位论文卟c ，警圳4 观觚裂等圳4 “s 舛。L 吐，U U U Z x j l 斗1 01 1 依系数由1 和由2 查得相对偏心值7 IX l = o 2 8 ，砣= o 1 6再依X l 和X 2 查得磨擦计算系数7 1K I = 2 0 8 ，K 2 = 2 1 4 51 2 最小油膜厚度h o l = 0 56t ( 1 - x 0 = 0 5 x 0 0 3 8 x
87、( 1 0 2 8 ) = 0 0 1 3 6 8 c m 0 2 卸562 ( 1 x 2 ) = 0 5 x 0 0 3 3 x ( 1 - 0 1 6 ) - - 0 0 1 3 8 5 c m1 3 摩擦系数f t = 0 7 c ，毛l f 莩X 1 0 - 2 = 0 7 x 2 3 x 2 0 8 x 。0 0 0 2 孚x 3 1 4 1 6 0 2 ，眦厶= 鲁 = 等o 咖s s z - o o o s 螂1 4 轴承摩搽损耗盯t = 9 8 l v p f lx 1 0 4 = 9 8 1 x 3 9 2 7 x 6 0 0 0 x 0 0 0 7 8 6 2 1 0 。
88、= 1 8 1 7 k WI ：V 2 - k - - L IW r I 。2 2 1 。4 8 5x1 8 1 7 = 1 8 7 3 k w1 5 通过轴瓦的油量Q I = 1 7 2 ( 1 一卺) 4 如= 1 7 2 x ( 1 一百0 2 8 ) x 0 0 3 8 x 2 I 1 x 3 9 2 7 = 4 3 t ；S q - 1 分Q 2 = 1 - 7 2 ( 1 一告) 如= 1 7 2 x ( 1 一百0 1 6 ) X o 0 3 3 2 1 1 3 9 2 7 = 4 1 7 爿L j f f1 6 选定的油量Q = 1 2 0 x 4 33 = 5 2 升分1 7
89、 油的温升出：3 5 3 墅= 3 5 3 x 一1 8 1 7 = 1 4 8 CQ l4 3 3f ：3 5 3 生= 3 5 3 x 业：1 5 9 。C掣24 1 A 岸1 4R 159 9 k V 的要求。通过开展上述试验，经反复实践确定的线棒防晕结构如下：低阻带采用1 3叠包，出槽口距离最小为5 0m n l ，高低阻搭接2 0 2 5 m m ，高阻带防晕长度为线棒整个端部斜边长度的1 2 2 3 ，在高阻带外I 2 叠包一层热收缩带。3 样机试验结果在本台机组的试制过程中采用了以上防晕材料和防晕结构，在2 5 5 k V 试验电压条件下进行整机试验，没有发现明显的起晕现象，完全
90、达到了采用I s o l a 公司防晕结构产品的水平，这说明本次防晕材料和防晕结构的国产化是成功的。从本台电机的用量来看，一般低阻带为1 8 0 0 m ，高阻带为1 2 0 0m ，这样国产化后单台电机可节约成本1 8 8 7 0 元以上，若今后推广应用可以为我厂节约大量资金，带来良好的经济效益。3 6 2 转子槽绝缘的研制转子绕组的工作电压为1 5 0 V ，但在某些特殊情况下，转子绕组绝缘应能承受近2 0 0 0 V 或更高的过电压。同时转子的高速旋转所产生的离心力也将使转子槽绝缘承受巨大的机械应力。再加上转子的电流密度大，槽内发热温度高，转子绕组本体及绝缘材料之间热膨胀系数的不同，使转
91、子绕组绝缘承受的热应力和剪切力( 磨损力) 也很大。因此要求转予绝缘必须要有高的抗压强度、较高的耐热性、较好的电气性能、良好的韧性和小的摩擦系数。我厂自9 0 年代引进瑞士A B B 公司的空冷汽轮发电机制造技术以来，空内冷转子的槽绝缘一直依靠进口。价格非常昂贵。在本产品试制过程中，针对发电机山东大学硕士学位论文转子的结构特点和槽绝缘的性能要求，自行研制了槽绝缘，经过反复考核论证和大量试验，最终获得了成功。现就转子槽绝缘国产化研制做简单介绍。我们采用了以下原材料和制造工艺。l 主要原材料( 1 ) 槽绝缘材料，选用O 7 8 m m 厚的4 1 0 型N o m e x 绝缘纸( 聚间苯二甲酰
92、苯二胺纤维) 作为压制槽绝缘的材料，它是一种压光绝缘纸，具有很强的介电强度、机械韧性、柔性和回弹力，目前已被国外各电工设备行业所广泛使用，在电机中主要用于转子的匝间绝缘和槽绝缘，其性能参数见表3 - 9 。表3 9槽绝缘材料性能参数厚度：O 7 8 m m介电强度：2 7 k V m m损耗因数( 6 0 H z ) ：O 0 0 7抗张强度造纸机方向9 1 1N r a m 2 ，横向上6 1 3N r a m 2延伸率造纸机方向2 0 ，横向上1 6 3 0 0 收缩率造纸机方向0 3 ，横向上O 3 ( 2 ) 垫条选用哈尔滨绝缘材料厂生产的E P G C 3 环氧玻璃布板作为垫条。(
93、3 ) 粘结剂选用耐温等级为6 0 + 1 4 0 C 的E P 2 6 9 作为粘结剂。以粘结3 7 4 钢为例，其抗剪切强度如下：6 0 C 时，为1 2 N m m 2 。室温时，为1 4 N m m z 。l O O 时，为1 1 N m m 2 。在水中放置7 2 h 后：室温时，为7 N m m 2 。1 0 0 。C 时，为7 N m m 2 。防潮漆选用F 级绝缘覆盖漆作为防潮漆。2 制造工艺( 1 ) U 型槽绝缘的压制山东大学硕士学位论文压模设计不论转子槽型是梯形槽还是直槽，我们都将其压模设计成能使槽衬、槽帽一次成型的模具，但同时必须注意掌握好槽衬的张形角度，以方便嵌线。压
94、制过程压制成型前，必须先将N o m e x 绝缘纸预热，否则在温度突然升高时，纸内残留水分会使其表面凸起、鼓包；然后将预热好的纸装入模具，在油压机上热压成型，并以纸内有温和塑化、有圆滑转角且无洲痕为依据，来确定压制成型的温度和时问，我们采用的是2 0 0 ，3 0 m i n 。最后对已压制好的槽衬、槽帽，必须有控制的降温，以保证其形状稳定。对于由挤压造成的折痕，可采用外贴俯薄的N o m e x 纸的方法来解决。( 2 ) 槽底垫条的加工为了提高垫条和N o m e x 纸之间的粘结强度，垫条两面必须磨毛，在没有专用设备的情况下，我们采用了去除硅钢片毛刺的毛刺机，并对毛刺机的砂辊进行了处理
95、，提高了其平整度，然后用刚清洗好的砂辊粗磨，到接近尺寸要求时再用沾满碎屑的砂辊精磨，这样既保证了精度要求，又使磨毛问题的到；了解决。最后根据图纸要求的形状和尺寸，在平面磨床上进行铣两端处理。( 3 ) 粘结为了提高粘结力，先将槽衬、稽帽底部微微打毛，并按垫条尺寸做上标记，以便粘结时能使垫条刚好贴在槽衬、槽帽底部中间。同时采用塑料卷成漏斗，里面盛上配好的粘结剂，使其均匀地涂在垫条的中间部位。之所以这样做，是为了防止垫条和U 型绝缘的两侧挤出粘结剂而影响嵌线。最后沿标记将垫条粘到槽衬、槽帽底部，放上内模和防护材料在油压机中固化成型。另外，为了消除由于粘结剂、垫条、N o m e x 纸收缩率不同而
96、对固化成型造成的影响我们采取了带内模冷却到室温的方法。( 4 ) 电气试验将粘结好垫条的U 型槽衬绝缘进行电气性能测试，由于槽衬尺寸较长( 2 6m m 左右) ，材料又比较软，经过分析，我们采用了内外压模做电极的方法完成了测试。其耐压试验为9 5 k V ，5 0 6 0 H z ，t r a i n 无击穿。( 5 ) 烘干、机加工处理6 l山东大学硕士学位论文在1 5 0 C 下烘1 5 h ，以便去除残余水分，这样做的目的是使剪边后的尺寸为槽衬、槽帽的实际尺寸。然后使用专用设备剪边，使剪出的边无毛茬，再采用单臂钻床将槽衬钻孔。由于材料有一定的弹性和柔韧性，钻孔十不易定位，因此我们设计了
97、专用的夹具，并将钻头进行了简单处理，以便使钻出的孔刚好在槽衬的底部中心且无毛边，同时将槽帽装入专用模具，在冲床上冲孔。( 6 ) 防潮处理为了防止N o m e x 纸吸潮，在机加工处理后应立即喷涂防潮覆盖漆。喷涂覆盖漆后，N o m e x 的性能如下( 小样测试结果) ：常态，P v = 1 0 5Q c m 。浸水6 6 h 后，P v = 1 0 1 2 1 0 1 3Q c m 。相对湿度为8 2 时，P v = 1 0 ”Q c m 。击穿强度5 0 7 0 k V m m 。汽轮发电机转子槽绝缘采用N o m e x 纸一次压制成型技术，在合理选择槽形张角、成型温度、压力和时间后
98、，再加上材料本身固有的介电强度、机械韧性、柔性和回弹力，使其方便入槽，且易与槽形贴附，耐热性更高，可在2 0 0 。C 下连续保持良好的绝缘性能大1 0 年之久，从而保证了成型后u 型槽绝缘的机碱性能、电气性能及抗电老化性能。同时，转子铜线与N o m e x 纸之间摩擦系数p o 0 5 ，从两减少了磨损，提高了槽绝缘的使用寿命。目前，该生产工艺已得到A B B 公司的技术认可，采用该技术制作的槽衬、槽帽绝缘已推广应用于我厂生产的W X 系列汽轮发电机转子上。与此同时，我们也认识到由于我厂生产槽绝缘的设备比较简陋，自动化程度不高，因此在一定程度上造成了材料浪费。为了提高材料的利用率，下一步准
99、备借鉴国外的先进经验，采用“短模”连续位移热压法进一步完善该项技术。山东大学硕士学位论文第四章发电机试验结果及评价4 ，1W Y 1 6 Z - 0 3 7 L L T 燃气轮发电机型式试验4 1 1 试验类别：新产品型式试验4 1 2 试验依据【l l l 【1 2 1 1 4 0 lG B T 1 0 2 9 9 3三相同步电机试验方法G B T 7 0 6 4 2 0 0 2透平型同步电机的技术要求G B 7 5 5 2 0 0 0旋转电机基本技术要求J B T 7 0 7 4 1 9 9 3燃气轮发电机通用技术条件0 J S 4 7 1 4 0 7w Y l 6 z - 0 3 7 L
100、 L ，T 燃气轮发电机电气试验大纲4 1 3 试验项目与结果表4 1发电机型式试验报告序号项目单位设计值试验值标准及容差备注定子损耗k W3 5 ，8 53 1 8 8l铁心温差l O2 6 1 0试验定子U 相00 0 0 7 1 2 70 0 0 6 9 4三相互差7 5 值绕组V 相Q0 0 0 7 1 2 70 0 0 6 9 6 9绕组V 相M Q2 5 0 0常态下 3 5绝缘w 相M Q2 5 0 0b1 7 5 1 3电阻及吸R 。R j收比山东大学硕士学位论文转子绕组绝缘5 0 0 16电阻M O测温元件绝缘5 0 0 l7电阻M 08轴承座绝缘电阻M Q5 0 0 l9转
101、子超速试验r p m3 6 0 03 6 0 0空载额定电压时1 0A2 6 92 6 8励磁电流短时升高电压试“V 6 0 s1 3 6 5 01 3 U N验1 2短时过电流试验A 3 0 s2 7 6 5l ，5 I N1 3短路比0 4 7 60 4 7 3 O 4 51 5漏磁电抗1 9 21 8 91 6零序电抗7 97 9 41 7纵轴同步电抗2 3 2 22 2 9 51 8负序电抗1 7 61 7 81 9保梯电抗2 42 3 62 0纵轴瞬变电抗2 4 2 22 4 3 52 1纵轴超瞬变电抗2 1 42 L 62 2电话谐波因数。0 2 0 1 5电压波形正弦畸1 5 8
102、 52 3变率2 4噪声d B8 l 9 2，定子绕组丌路时2 5转子绕组时问常S5 75 6数山东大学硕士学位论文定子绕组短路时2 6电流瞬变分量时SO 6 60 6 8间常数定子绕组短路时2 7电流超瞬变分量S0 0 t 4O 0 1 2时间常数振轴承座I m0 0 1 90 0 2 52 8O 0 8动轴m m2 9轴承座出油温度5 2 9 7 04 0定子绕组温升5 55 8( 8 54 l转子绕组温升4 95 1( 9 04 2定子铁芯温升3 53 8 8 06 5山东大学硕士学位论文4 3 发电机空载特性试验表4 1 续空载特性试验数据发电机定子1 3 6 5 01 2 4 5 0
103、1 1 4 0 01 0 5 0 01 0 0 5 07 5 0 05 5 5 04 5 0 0线电压( V )转子励磁电5 2 73 7 73 0 62 6 42 4 51 7 31 2 41 0 2 。流( A )4 4 发电机短路特性试验表4 1 续短路特性试验数据发电机定2 7 5 02 4 8 02 1 4 01 9 5 01 7 3 01 5 0 01 0 5 06 5 0子电流( A )转子励磁8 4 17 6 46 5 65 9 35 3 l4 5 83 2 21 9 9电流( A )4 5 不同转速下交流阻抗值表4 ，1 续交流阻抗数据转速O3 0 0 6 0 09 0 01
104、 2 0 01 5 0 01 8 0 02 1 0 02 4 0 02 7 0 0 3 0 0 0( r p m )阻抗( 0 )2 42 42 4 52 42 4 52 52 52 5 52 5 52 5 52 5 54 1 4 结论该型式试验结果符合设计输入数据，达到了G B T7 0 6 4 2 0 0 2 ，J B T 7 0 7 4 1 9 9 3的技术要求及评定标准。4 2 同Q F 一3 0 - 21 0 5k V 汽轮发电机的性能对比为了分析W Y l 6 Z 一0 3 7 L L T 的各项性能指标，将其同我厂生产的Q F 一3 0 21 0 5 k V 汽轮发电机进行了对比
105、( 表4 2 ) 。选择Q F 3 p 21 0 5 K V 汽轮发电机的依据是：( 1 ) 容量接近，电压等级、功率因数相同。( 2 ) 该型号发电机已有上百台的制造经验，用户普遍反映运行状况良好，稳定可靠。山东大学硕士学位论文表4 2W Y l 6 Z - 0 3 7 L L T 与Q F 一3 0 一2 性能指标对比W Y l 6 Z 一0 3 7 L L TQ F 。3 0 2额定功率M W2 8 53 0额定电压k vl O 51 0 5功翠因数O 8 50 8 5冷却方式定子空外冷，转子空内冷定、转子空外冷定子绕组绝缘结构V P I模压绝缘等级FF定子绕组温升5 56 6转子绕组温
106、升4 97 8定子铁心温升3 53 8噪声8 18 5满载效率9 8 2 29 7 9 2由上表可以看出，W Y l 6 Z - 0 3 7 L L T 燃气轮发电机在温升、噪声、效率等方面的性能均优于Q F - 3 0 21 0 5 k V 汽轮发电机。山东大学硕士学位论文第五章总结燃气发电技术符合国家产业政策和行业发展方向，并具有投资少、热效率高、运行可靠，自动化程度高等优点，目前正处于快速发展阶段，相关的发电设备的研究每歼发受到了广泛的关注，因此本论文的研究课题具有较高的工程应用价值。本文中借鉴1 国外窄内冷发电机制造的先进技术，采用新型设计计算方法，对发电机的设计制造进行了有盏的研究和
107、尝试：确定了W Y l 6 Z - 0 3 7 L L T 燃气轮发龟机电气参数和结构；针对该发电机的技术要求和特点，引入有限元方法分析验算了机座和转子的强度；采用普劳尔( P r o h l ) 法对临界转速进行了计算；对关键部件定子线圈进行了设计计算并结合制造过程中的难点制订了工艺方案；对定子线圈防晕结构和转子槽绝缘等绝缘结构进行了改进和国产化的尝试。成功的研制出了全新的燃气轮发电机产品。通过样机制造完毕后进行的型式试验分析，试验数据达到了设计值和有关标准的要求；通过和已有成熟产品进行对比，该发电机性能指标有明显提高。这说明本设计达到了预期目标，本产品技术水平先进、性能指标优良。同时按照系
108、列化、模块化设计的原则，在设计过程中借鉴了w x l 6 z 等产品的结构。使本产品具有良好的通用性和经济性。从而降低了设计成本，缩短了试制周期，并为开发系列燃气轮发电机新产品打下了牢固的基础。随着天然气资源的开发利用，钢厂、煤矿等企业的环保及节能意识的增强，商能废气将被回收并再利用，以及电网昼夜负荷不平衡状态加剧，电站调峰机组逐渐增多。燃气轮发电机机组将具有广阔的发展空间，这一新技术、新设备将创造良好的经济效益和社会效益。受本人理论水平和知识面的制约，本论文在理论高度和深度上还有很大欠缺。由二f = 时 鄙关系，本文的研究工作在很多方懂还有待今后进一步的深入和完善，比如：t ( t ) 继续
109、学习、研究亡 算机辅助设计技术及有限元等方法在电机设计中的应用，以提高设计质量和效率。( 2 ) 跟踪了解该发电机现场运行情况和用户反馈的信息，对产品进行完善。( 3J 适应新的市场需求，丌发系列燃气轮发电机产品等。山东大学硕士学位论文1 胡兆光2 0 0 5 ，52 焦树建3 朱雄世2 0 0 5 ，3参考文献加大节能降耗力度，全面完成“十一五”规划目标中国电力，燃气一蒸汽联合循环 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 0国内外燃气轮发电机组的应用和发展邮电设计技术，4 于达仁，刘金福，徐基豫面向2 l 世纪的燃气轮机技术的发展燃气轮机技术，2 0 0 1 ，35 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司
110、，国家科委“九五”科技攻关项目( I G C C ) 分课题报告重型燃气轮机的国内外现状与发展战略( B ) R 哈尔滨：1 9 9 96 C E C A L S T O M 燃气轮机发电机组运行和维护导则 Z 7 危师让，董卫国关于下世纪我国火力发电、燃气轮机和联合循环发展的初步分析燃气轮发电技术，1 9 9 9 ，l8 D L T5 1 7 4 2 0 0 3 燃气一蒸汽联合循环电厂设计规定9 庄允朋，历建栋燃气一蒸汽联合循环发电技术的应用煤气与热力，2 0 0 3 ，9l O ，电指( O z ) 汽轮发电机电磁计算公式1 1 G B T 7 0 6 4 2 0 0 2 透平型同步电机技
111、术要求1 2 J B T T 0 7 4 9 3 燃气轮发电机通用技术条件1 3 电气工程师手册北京：机械工业出版社。2 0 0 01 4 电机工程手册 M 北京：机械工业出版社，1 9 9 61 5 汪耕，李希明大型汽轮发电机设计、制造与运行上海：上海科学技术出版社，2 0 0 01 6 陈世坤电机设计北京：机械工业出版社，1 9 8 21 7 A n d e r s o nFE G e n e r a t o rC o o l i n g ：A i ro rH y d r o g e n ?3 7 ”G ET u r b i n eS t a t e - o f - t h e - A r
112、 tT e c h n o l o g yS e m i n a r ，1 9 9 31 8 钟步青电机的风扇与冷却电机技术，2 0 0 3 ，31 9 李隆年电机技术北京：清华大学出版社，1 9 9 22 0 方F 1 杰电机制造工艺学北京：机械工业出版社，1 9 9 5山东大学硕士学位论文2 1 S e n s k eK ，M a r k n sHV A i r - C o o l e AG e n e r a t o r sA i mf o r 3 0 0 M V A S i e m e n sP o w e rG e n e r a t o rT e c h n o l o g yF
113、o s s i lP o w e rG e n e r a t o rP r e s e n t a t i o n ，B e i j i n g ，J u l y 7 9 ，1 9 9 32 2 M a n f r e dL i e s e ，R n d o l fY o nM u s i l K w v T u r b o G e n e r a t o rT e c h n o l o g y S i e m e n sF o s s i lP o w e rG e n e r a t i o nP r e s e n t a t i o n ，B e i j i n g ，J u l
114、y 7 9 ，1 9 9 32 3 丁舜年大型电机的冷却与发热科学出版社，1 9 9 22 4 魏永田，孟大伟，温嘉斌，电机内交换北京：机械工业出版社，1 9 9 82 5 邵蕴秋A N S Y S8 0 有限元分析实例导航中国铁道出版社，2 0 0 42 6 王勋成，邵敏有限单元法基本原理和数值方法清华大学出版社，1 9 9 72 7 钱伟长变分法及有限元科学出版社，1 9 8 02 8 张保衡大容量火电机组寿命管理与调峰运行水利电力出版社，1 9 8 82 9 美JS a e e dM o a v e n i 著，欧阳字，王寝等译有限元分析一A N S Y S 理论与应用电子工业出版社，2
115、 0 0 33 0 章一鸣计算机辅助机械设计北京：北京理工大学出版社，1 9 9 03 1 陆颂元汽轮发电机组振动北京：中国电力出版社，2 0 0 03 2 哈尔滨大电机研究所编大型电机机械计算公式技术标准出版社，1 9 6 53 3 周仁睦转子动平衡理论、方法清华大学出版社，1 9 9 23 4 张直明滑动轴承的流体动力润滑理论北京：高等教育出版社，1 9 9 13 5 宋文谦等汽轮发电机定子线圈环流损耗的设计计算电机定子绕组的股线环流损耗研究论文集 C ，1 9 8 93 6 郭有光，王雪帆，朱建国等大型汽轮发电机定予线捧股线间环流分析华中理工大学学报，2 0 0 0 ，2 8 ( 4 )
116、3 7 许善椿，吴祚潭大型发电机定子线棒的新型换位技术大电机技术，1 9 9 2 ，13 8 孙景文浅谈如何保证汽轮发电机定子线圈的端部形状大电机技术，1 9 8 2 ，43 9 电工绝缘手册第三篇绝缘结构北京：机械工业出版社，1 9 9 04 0 G B T 1 0 2 9 - 9 3 三相同步电机试验方法山东大学硕士学位论文致谢本论文是在李光友教授的悉心指导和亲切教诲下完成的，从论文的研究方向到具体问题的解决自始至终都得到了李教授的精心指导和帮助，在此谨向李教授表示衷心的感谢!在论文的写作过程中得到了山东济南发电设备厂于代军、王鹏同志的大力支持和帮助，在此致以诚挚的谢意!WY16Z037L
117、LT燃气轮发电机的研制WY16Z037LLT燃气轮发电机的研制作者：焦明学位授予单位：山东大学 参考文献(40条)参考文献(40条)1.胡兆光 加大节能降耗力度全面完成十一五规划目标期刊论文-中国电力 2006(1)2.焦树建 燃气-蒸汽联合循环 20003.朱雄世 国内外燃气轮发电机组的应用和发展期刊论文-邮电设计技术 2005(3)4.于达仁.刘金福.徐基豫 面向21世纪的燃气轮机技术的发展期刊论文-燃气轮机技术 2001(1)5.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 国家科委九五科技攻关项目(IGCC)分课题报告.重型燃气轮机的国内外现状与发展战略(B) 19996.CEC-ALSTOM燃气轮机发
118、电机组运行和维护导则7.危师让.董卫国 关于下世纪我国火力发电、燃气轮机和联合循环发展的初步分析 1999(01)8.DL/T 5174-2003.燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定9.庄允朋.厉建栋 燃气-蒸汽联合循环发电技术的应用期刊论文-煤气与热力 2003(9)10.电指(DZ)汽轮发电机电磁计算公式11.GB/T 7064-2002.透平型同步电机技术要求12.JB/T 7074-1993.燃气轮发电机通用技术条件13.电气工程师手册 200014.电机工程手册 199615.汪耕.李希明 大型汽轮发电机设计、制造与运行 200016.陈世坤 电机设计 198217.Anderson F
119、 E Generator Cooling:Air or Hydrogen? 199318.钟步青 电机的风扇与冷却期刊论文-电机技术 2002(3)19.李隆年 电机技术 199220.方日杰 电机制造工艺学 199521.Senske K.Markus H V Air-Cooled Generators Aim for300MVA 199322.Manfred Liese.Rndolf Von Musil Kwv.Turbo-Generator Technology 199323.丁舜年 大型电机的冷却与发热 199224.魏永田.孟大伟.温嘉斌 电机内交换 199825.邵蕴秋 ANSYS
120、 8.0 有限元分析实例导航 200426.王勋成.邵敏 有限单元法基本原理和数值方法 199727.钱伟长 变分法及有限元 198028.张保衡 大容量火电机组寿命管理与调峰运行 198829.Saeed Moaveni.欧阳宇.王寝 有限元分析-ANSYS理论与应用 200330.章一鸣 计算机辅助机械设计 199031.陆颂元 汽轮发电机组振动 200032.哈尔滨大电机研究所 大型电机机械计算公式 196533.周仁睦 转子动平衡理论、方法 199234.张直明 滑动轴承的流体动力润滑理论 199135.宋文谦 汽轮发电机定子线圈环流损耗的设计计算 198936.郭有光.王雪帆.朱建国.V. S. Ramsden 大型汽轮发电机定子线棒股线间环流分析期刊论文-华中理工大学学报2000(4)37.许善椿 大型发电机定子线棒的新型换位技术（）期刊论文-大电机技术 1992(2)38.孙景文 浅谈如何保证汽轮发电机定子线圈的端部形状 1982(04)39.电工绝缘手册 第三篇绝缘结构 199040.GB/T 1029-1993.三相同步电机试验方法 本文链接：http:/
