水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛

根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)容量大小和轉(zhuǎn)速高低,轉(zhuǎn)子磁鉅可分為兩大類:圓盤式磁鉅和疊片式磁。從水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展看,1920年代初期,兩種結(jié)構(gòu)已基本定型,但隨著發(fā)電機(jī)容量的增大和材料的發(fā)展.不斷有所改進(jìn)。

圓盤式磁軛具有轉(zhuǎn)子整體機(jī)械強(qiáng)度高、剛度好、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn),它主要用于高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)1940年代前已出現(xiàn)4種基本結(jié)構(gòu):

(1)與發(fā)電機(jī)為一體的整鍛式(或軸向分段)這種結(jié)構(gòu)在小型水輪發(fā)電機(jī)中應(yīng)用較廣,以后主要用于轉(zhuǎn)速大于600/min的高速水輪發(fā)電機(jī)中

(2)厚鋼板環(huán)或鍛鋼環(huán)用螺栓把緊,然后熱套在軸上的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)經(jīng)不斷改進(jìn)、發(fā)展,在大型高速發(fā)電機(jī)中應(yīng)用很廣，一般用在400r/min以上;

(3)空心鍛鋼圓環(huán)與兩端短軸把合的結(jié)構(gòu)1940年代BBC公司制成的50MVA428min機(jī)即采用這種結(jié)構(gòu);

(4)兩端短軸與鍛鋼支架把合，鍛鋼磁圓環(huán)緊套在支架上或與支架把合的結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)1960年代前在歐洲應(yīng)用較廣。

疊片式轉(zhuǎn)子磁鉅是大中型水輪發(fā)電機(jī)中應(yīng)用最廣的一種結(jié)構(gòu)300r/min以下的大中型水輪發(fā)電機(jī)均采用這種結(jié)構(gòu),20世紀(jì)初在水輪發(fā)電機(jī)中就出現(xiàn)了疊片式轉(zhuǎn)子磁。例如,1924年美國GE公司為巴西制造的33MVA機(jī),即為當(dāng)時典型的疊片磁結(jié)構(gòu),磁由扇形沖片堆疊而成,扇形沖片用軟鋼板沖成,用穿心螺桿把緊磁與轉(zhuǎn)子支架間用鍵連接采用最原始的浮動磁結(jié)構(gòu)(free-rimcomstruction),這種結(jié)構(gòu)使磁輒在離心力作用下的膨脹不會傳到轉(zhuǎn)子支架。另外磁鉅圓周還沖有許多方孔用于放置支撐轉(zhuǎn)子線圈的彈簧,這種結(jié)構(gòu)1950年代前在美國蘇聯(lián)都有采用的一種早期浮磁結(jié)構(gòu)。1930年代后,隨著設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步和沖片材料的不斷改進(jìn),扇形沖片的極限周速不斷提高1950年代初期達(dá)到127m/s,1960年代初達(dá)到152m/s。1960年代后磁結(jié)構(gòu)上有兩大發(fā)展一是為采用高強(qiáng)度鋼板如屈服強(qiáng)度達(dá)500MPa~600MPa的高強(qiáng)度鋼板,使磁鉅極限周速達(dá)到170m/s 以上;二是采用浮動磁鉅結(jié)構(gòu)(以日本歐美應(yīng)用最多)使磁在熱力和離心力的作用下保持均勻外漲,以保持磁鉅的圓度。伊泰普電站700MW機(jī)中采用的浮動磁輒結(jié)構(gòu)，日本還采用一種“彈性鍵結(jié)構(gòu)”其保持磁扼圓度的效果也很好。

國內(nèi)抽水蓄能電站厚鋼板磁軛方式，有浮動和熱加墊的方式，浮動磁軛的設(shè)計(jì)一般考慮以下因素：

1.磁軛寬度與半徑的比有要求；主要是考核磁軛的機(jī)械剛度，防止磁軛在磁拉力作用下產(chǎn)生橢圓變形。通常這點(diǎn)很容易滿足。有些廠家用一個磁軛穩(wěn)定系數(shù)來衡量磁軛剛度，通常計(jì)算下來，這個系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于判定值，尤其是對整體磁軛圈而言。抽蓄磁軛的特點(diǎn)是為滿足高轉(zhuǎn)速應(yīng)力的要求，磁軛的徑向?qū)挾容^大（600mm-1000mm），且直徑較小。

2.組合鍵的使用，尤其是切向鍵的使用，保證圓心一致；

3.轉(zhuǎn)子支架的周向剛度高。不能用支臂式，只能是圓盤式；QX是圓盤式，且直臂非常粗，短，片寬與半徑的比非常大。轉(zhuǎn)子支架的周向剛度“要求”高，圓盤式轉(zhuǎn)子支架或厚板（大于200mm）支臂均可滿足要求

4.單獨(dú)支架的頻率要計(jì)算，不能與水力振動一樣�？傊�，浮動設(shè)計(jì)要求高些，打鍵方式可少考慮或不考慮以上因素。

抽蓄機(jī)組頻繁啟停，正反轉(zhuǎn)的特性，過盈配合的轉(zhuǎn)子支架及磁軛將收到較大壓縮、拉伸應(yīng)力的頻繁轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)時須充分考慮疲勞應(yīng)力，這是其技術(shù)上難以克服的弱點(diǎn)。而浮動磁軛在靜態(tài)幾乎不受力（重力引起的應(yīng)力很�。�，其抗疲勞和性能就很ok了，至于在運(yùn)行工況，磁軛過盈與否，應(yīng)力狀態(tài)幾乎一致的。關(guān)鍵是浮動磁軛要確保停止，及啟動中磁軛要同心伸縮，及軸系穩(wěn)定。

來源：抽水蓄能與儲能技術(shù)

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