双端拖动汽轮发电机的技术特点.pdf

双端拖动汽轮发电机的技术特点蔡恒川吴玉昊刘 涛袁 林(山东齐鲁电机制造有限公司济南)摘 要:随着新能源的不断开发利用和汽轮发电机组的自身发展双端拖动发电机在光热发电、汽轮机拖动等领域的需求逐渐呈现出来 本文结合双端拖动汽轮发电机的结构、运行特点阐述了该运行模式对发电机转子励端轴伸结构、轴电流消除、发电机检修等方面带来的新挑战并提出相应的解决方案关键词:双端拖动发电机新能源发电中图分类号:文献标志码:编码:././.(.):.:引言随着新能源的不断开发利用和汽轮发电机组自身技术的发展某些发电领域对双端拖动发电机的市场需求逐渐呈现出来如“汽轮机发电机负载”和“汽轮机高压缸发电机汽轮机低压缸”等应用场景 其共性是发电机布置在整个轴系的中间位置而不是传统的机组尾端 安装布局的改变导致按照“汽轮机发电机”单端拖动运行模式开发的汽轮发电机不再满足安装、运行、检修等方面的要求 本文阐述了双端拖动运行模式给发电机转子励端结构、发电机轴电流消除、发电机检修等方面带来的技术难题并结合作者在双端拖动汽轮发电机技术领域的研究实践提出相应的解决措施 技术难题.发电机转子励端轴伸传递扭矩能力不足传统的单端拖动发电机是通过前端的汽轮机拖动来实现机电能量转换只有发电机转子汽端轴伸能承受传递扭矩而发电机转子励端用来安装励磁机电枢或励磁滑环为发电机提供励磁电流所承受的扭矩值很小所以通常情况下该位置的机械强度不高 而双端拖动发电机则是要求发电机转子汽励两端都要承受传递扭矩这样一来就需要对发电机的转子励端结构进行优化设计.发电机转子轴电流无法抑制消除在磁不对称、静电电荷、静态励磁系统、剩磁等因素的影响下发电机大轴上会产生轴电压该电压施加在发电机转子、轴承、大地构成的回路上产生轴电设计与研究上海大中型电机.流 为了消除轴电流传统的单端拖动发电机把励端轴承做成双层绝缘结构来阻断轴电流的回路从而起到抑制消除轴电流的目的 但是双端拖动发电机的转子汽励两端都有外接设备仍采用励端轴承做绝缘处理的措施就无法起到阻断轴电流回路的作用 在轴电压的作用下发电机转子上就会产生轴电流对发电机转子产生磁化、电腐蚀等危害.发电机检修时无法抽装转子单端拖动发电机布置在汽轮发电机组的最后端后面不再布置任何设备留有足够的检修空间发电机检修时可以把转子向后方抽出 但是双端拖动时发电机夹在两个设备中间 以“汽轮机高压缸发电机汽轮机低压缸”为例(见图)发电机前后两端分别布置了汽轮机高压缸和汽轮机低压缸除非把汽轮机的缸体全部拆除否则不能抽出发电机转子无法对发电机内部进行现场检修图 “汽轮机高压缸发电机汽轮机低压缸”布置图 解决措施.优化发电机转子励端结构目前汽轮发电机按照励磁方式的不同大致可以划分为静止可控硅励磁和交流无刷励磁两种方式其中静止可控硅励磁的转子励端轴伸处套装了励磁滑环、滑环风扇等旋转部件结构相对简单可以通过增加转子轴伸外径的方式提高机械性能 但是要注意导电螺栓孔外圆的应力集中现象同时还要确保滑环的外径不能太大否则会导致滑环外圆的线速度太高使电刷和滑环接触不良电流分布不均而出现火花、电蚀加速滑环的磨损和电刷发热 交流无刷励磁方式的发电机转子励端轴伸套装了励磁机电枢、旋转整流盘、测量滑环等多个旋转电气部件结构相对比较复杂选型设计时要兼顾电气、机械、绝缘等诸多方面因素尤其传递扭矩对转子轴伸处的应力要求考虑到励端轴伸要传递扭矩需要在励端轴伸外端安装一个联轴器跟外部设备连接 联轴器必须设计成套装形式以满足励磁滑环和励磁机的装配工艺要求 另外转子励端轴伸处的结构要尽可能紧凑重量要尽可能轻避免引起整个转子轴系振动超标必要时可以考虑增加第三支撑.消除转子轴电流的措施单端拖动发电机采取励端绝缘轴承阻断了转子轴电流回路有效地抑制轴电流的产生 但是双端拖动发电机转子两端都有外接设备当仅使用发电机的励端轴承双层对地绝缘这种结构不能有效地避免轴电流的产生阻止发电机转轴受到磁化或电腐蚀这将不利于发电机的运行 目前比较常用的处理措施是在对发电机励端轴承做绝缘处理的同时还需要对发电机的励端联轴器做绝缘处理从而阻断轴电流的回路达到抑制消除轴电流的目的最常见的绝缘联轴器布置位置一般在发电机励端最外侧(见图)图 双端拖动发电机绝缘联轴器位置由于绝缘联轴器位于发电机励端最外侧需要跟外部设备做配合连接而绝缘件也只能在电厂现场安装装配质量往往难以保证 为了克服上述不足部分发电机生产厂家单独设计了一根励磁小轴把励磁滑环或励磁机套装在励磁小轴上励磁小轴和发电机转子之间通过绝缘联轴器连接通常称为内置绝缘联轴器(见图)励磁小轴可以选用机械性能等级高的锻件保证传递扭矩的机械安全裕度图 内置绝缘联轴器示意图.双端拖动汽轮发电机的技术特点设计与研究.发电机检修时抽装转子方案双端拖动发电机布置在两个设备之间大修时无法从励端抽出转子因此在发电机检修时需要把发电机整体移出来 而传统的发电机大都采用双层布置方式发电机的定子、轴承、励磁机等部件分别安装在基础上 显然这种安装方式无法满足发电机整体移动的要求基于上述原因双端拖动发电机引入了集成化设计理念把发电机的所有部件设计成一个整体从而满足整体移动的需要 发电机的定子、转子、轴承、励磁机、空气冷却器等所有部件集成为一体其中空气冷却器放置在发电机顶部称为空冷器上置整体式发电机或箱式发电机(见图)图 空冷器上置整体式发电机这种结构发电机的空冷器位于发电机上部一旦发生漏水事故泄露的冷却水会流入下部发电机内部极易破坏发电机绝缘 为此某些发电机制造厂家把空气冷却器设计在了发电机下部大大降低了空气冷却器发生漏水事故对发电机的破坏性(见图)图 空冷器下置整体式发电机 上述两种结构形式都能够很好的解决发电机整体移动的问题 发电机检修时可以通过行车或专门的平移工具将发电机整体移动到预留好的检修位置完成抽装转子作业 结论双端拖动汽轮发电机与传统的单端拖动机组相比具有以下技术特点()发电机转子励端轴伸除了需要安装励磁机转子电枢或励磁滑环等励磁部件外还需要传递扭矩故对该位置的结构和机械强度提出了新的要求()发电机转子汽励两端都有外接设备仅仅凭借励端绝缘轴承不能阻断轴电流回路无法抑制消除轴电流需要对转子联轴器(通常在励端)进行绝缘处理()发电机布置在整个轴系的中间位置前后两端都有其他设备导致检修时无法抽装转子要求发电机必须设计成整体结构通过行车或专门的移动设备把发电机移动到提前预留好检修位置完成发电机的抽装转子作业目前双端拖动发电机的运行数量和运行时间都比较短如发电机整体移动、绝缘联轴器机械强度等技术还没有得到实践验证其他尚未考虑到的不足也可能会逐渐暴露出来还需发电机设计、运行、检修领域的广大技术人员对该技术的继续研究、完善、优化参考文献 高志强郝晓光杨子林等.汽轮发电机轴电压分析及一例故障处理.河北电力技术():.李春娟李斌.级光热空冷汽轮发电机设计.东方电气评论():.机械工程手册电机工程手册编辑委员会.电机工程手册.北京:机械工业出版社.作者简介:蔡恒川男 年出生 年毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业工程硕士高级工程师现从事电机的研究设计工作设计与研究上海大中型电机.