２４ ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机设计改进 ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机设计改进 梁洪涛，谢玉增，付长虹，牟松，陈斯 （哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨１５００４０） ［摘要］ 依托华能沁北１０００ＭＷ超超临界汽轮发电机组项目，设计改进的１０００ＭＷ汽轮发电机得以实施 和验证，本文总结了设计改进的关键问题。 ［关键词］ 汽轮发电机；设计改进；定子运输 ［中图分类号】ＴＭ３１ｌ ［文献标识码］Ａ 【文章编号】１０００．３９８３（２０１３）０４－００２４－０２ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｆｏｒ １０００Ｍｗ Ｔｕｒｂｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ ＬＩＡＮＧ Ｈｏｎｇｔａｏ，ＸＩＥ Ｙｕｚｅｎｇ，ＦＵ Ｃｈａｎｇｈｏｎｇ，ＭＵ Ｓｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｓｉ （Ｈａｒｂｉｎ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５００４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ＨｕａＮｅｎｇ ＱｉｎＢｅｉ １ ０００ＭＷ ｕｌｔｒａ ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｕｎｉｔ，ｄｅｓｉｇｎ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｆｏｒ １ ０００ＭＷ ｔｕｒｂｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗａｓ ｐｕｔ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｏｍｅ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｂｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｄｅｓｉｇｎ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ；ｓｔａｔｏｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ 月ｌＪ吾 该型发电机采用整体定子，冷却器立式安装结构 布置，导致定子运输断面严重超限；定子隔振系统为 组合弹簧板结构，无法采用内外定子改型结构，内陆 地区定子运输成为瓶颈问题，市场开发为此受到较大 影响。本次设计改进主要针对定子运输问题，也涉及 工艺适应性的改进，解决了早期产品曾经出现的质量 问题；关键部件国产化特别关注制造工艺环节，提高 了产品的可靠性。 汽轮发电机磁极对数少、每极励磁功率大，转子 绕组的散热能力是提高水氢冷发电机单机容量的制约 因素，诸如改进冷却技术、突破转子材料和制造的限 制、提高出力系数、提高端口电压和大电流相关技术、 解决定子绕组绝缘技术及防晕等技术是提高机组容量 的关键技术，已是发达国家制造企业的成熟技术；目 前国内各大发电机制造企业都已完成ＩＯ００ＭＷ汽轮发 电机的引进生产，关键材料、关键部件的国产化以及 设计制造技术的消化吸收是首要问题。除非有更大单 机容量的设计需求，全新的设计并不符合投入产出的 经济性要求，且可能带来可靠性风险，依据国内条件 进行适应性设计改进需要针对问题所在，充分利用原 设计中经实践验证的结构。 ２关键技术国产化 定子线棒是发电机的核心部件，定子线棒的绝缘 技术、制造技术也是发电机的核心技术，通常不包含 在转让范畴内。定子线棒的绝缘是决定发电机可靠性 的关键，ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机额定电压达到２７ｋＶ，对 绝缘材料以及相关结构提出更高的要求，其中包括电 气、机械、热学和化学等方面的要求，如电场强度、 击穿电压、介质损耗、机械强度、耐磨性能、导热能 １ 引进制造技术生产的ＩＯ００ＭＷ汽轮发电机 引进制造的５０Ｈｚｌ０００ＭＷ发电机是由东芝公司开 发的世界上最大容量的６０Ｉ－Ｌｚｌ０００ＭＷ全速汽轮发电机 优化设计而来，２台６０Ｈｚｌ０００ＭＷ机组已在日本碧南 电厂已有多年运行业绩，性能优异、运行稳定；该机 力、化学稳定性、耐热能力、耐电腐蚀能力、抗展能 力等。 除基材、云母材料、促进剂等方面的研究，为改 善角部场强问题采用有限元辅助分析手段进行结构优 化，采用“增大圆角半径技术”，使转角部位４５。方向 在总体结构上采用６６８ＭＷ发电机的基本结构进行比 例放大设计，同时妥善解决了早期５０Ｈｚ机型存在的定 子绕组鼻端振动磨损、线棒早期漏水等缺陷，具有较 高的可靠性。 的场强降低约２０％，主绝缘击穿电压水平提高约３８％， 电老化寿命延长近３０倍。应用“一次成型防晕”技术， 大电机技术 ２５ 保证防晕电阻稳定性，提高了防晕可靠性并减少生产 过程的环境污染。 定子线棒水盒与股线之间的封焊质量对定子绕组 水路的可靠性有较大影响，国产化的定子线棒采用源 自西屋公司的立式封焊工艺，熔融的焊料在重力的作 用下完全填充股线之间的缝隙，并在水盒内形成一定 深度的焊料熔池，形成光滑内表面，可以彻底杜绝采 用卧式封焊水盒工艺的定子线棒容易产生的早期泄漏 问题，采用这种立式封焊工艺的产品已有几十年可靠 运行业绩的验证。 ３适应性设计改进 定子隔振系统为组合定位筋结构，这种设计源自 于ＧＥ公司，条板弹簧分布在定位筋两侧，具有径、 切双向减振效果，稳定性好，如图１所示。由于存在 切向减振设计需求，这种定子隔振系统存在定子铁心 自然下沉量，即定子铁心总是相对于机座存在垂直向 下的位移量，这个特点会对其它相关结构、运输、制 造工艺过程形成制约，必须妥善处理。 图１组合式定子隔振系统 为避免该下沉量造成端盖把合孔位置偏差，机座 端面对应螺孑Ｌ基圆中心相对理论中心下移约２ｒａｍ．，这 个数值与上述下沉量相对应。 绕组端部并联环辅助支撑滑移结构也是东芝该系 列发电机特有的结构，在并联环结构支架末端有销孔， 内置尼龙衬套，与机座隔板上对应的轴向销钉配合， 对并联环的振动有明显的抑制作用，该结构也对端部 结构起到辅助支撑作用；尼龙衬套起到了减小相对轴 向滑移阻力的效果。这种结构特别适合于并联环结构 较重或定子绕组端部轴向结构过长的总体布置，能够 起到避免定子线棒磨损的效果，被国内外多家制造厂 采用，经长期运行验证，效果良好。 上述组合定位筋结构定子隔振系统与并联环结构 辅助支撑滑移结构同时运用时必须注意其相互之间的 制约，并采取相关措施，否则会造成结构损伤和并联 环绑扎松动问题。 改进设计的１０００ＭＷ发电机定子要采用钳夹车铁 路运输，装车后钳夹力会使机座产生挠曲变形，机座 隔板上的轴向销钉会相对定子端部产生垂直位移，使 定子端部结构产生内应力。为避免发生上述问题，改 进型机座将原设计的固定结构的轴向销钉变更为可拆 卸结构，定子并联环引线绑扎完毕后即拆解轴向销钉， 使定子端部与机座消除直接约束。可拆卸销钉结构具 有拆装定位止口和引导锥台结构，方便了现场恢复装 配的操作过程。 该结构的实施也解决了工艺过程适应性问题，由 于厂内定子装配施工过程需要经常滚动定子，定子绕 组与机座轴线会产生相对移动，可拆卸轴向销钉结构 避免相互制约产生的内应力，彻底消除了早期产品发 生过的问题。 ４定子相关结构设计 为达到可以实现铁路运输的目的，必须减小定子 的重量并缩减断面尺寸，采用内外定子是一种可行的 方案，但从保证发电机性能以及施工周期等全方位考 虑，采用定子整体运输仍是最佳选择，绝缘性能是影 响发电机可靠性的关键问题。在制造厂内完成定子全 部装配过程能更好地保证发电机性能，也方便在运输 和储存过程中的防护工作，能够最大限度保证产品质 量并缩短现场施工周期，充分满足用户利益需求，有 利于降低生产成本和运输成本【】】。 长大货物运输车辆结构形式有较强的针对性，汽 轮发电机定子适合采用钳夹车运输。鉴于车辆和发电 机定子接口参数的合理性关系到车辆和发电机定子能 否重量最小，更关系到运输安全，发电机机座与运输 工具在运输工况时的应力计算分析比照车辆相关标准 考核，这对保障运输安全是至关重要的。 不同于６００ＭＷ定子运输采用的挂货钩，１０００ＭＷ 发电机定子运输工具采用运输端盖形式，为应对定子 机座大幅度减重引起的刚强度相对降低的问题，采用 顶部承载盖板和底部预应力的直联拉杆结构【２】，为消除 应力集中问题，定子机座上部以及底部汽励两端设置 贯通加强筋。定子机座采用屈服强度为３４５ ＭＰａ等级 的钢板，机座底部的外附轴向通风道加强了机座底部 的刚强度，顶部有承载盖板结构辅助加强，机座在铁 路运输工况下整体应力符合铁道车辆强度设计及试验 鉴定规范中关于金属零件许用应力的规定。 （下转第６Ｏ页）