CN103441606A - 冲击发电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲击发电机转子。本发明采用带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条、带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔、密集接触型交叉编织全阻尼绕组，能够形成良好的阻尼电流通路，提高阻尼效果，使实际产品的短路电流持续时间达到设计要求；且在保证阻尼效果的前提下使转子结构能够实现理想的动平衡指标，消除了以往技术的缺陷，使产品达到设计要求。

Description

冲击发电机转子

技术领域：本发明涉及一种冲击发电机转子。

背景技术：冲击发电机与常规发电机不同，其运行特点就是整个运行工况都是处于突然短路的瞬变过程，相当于常规发电机事故工况，结构设计应保证发电机能够提供冲击试验所需的大电流，定子端部结构应能承受频繁巨大电动力冲击，在长达三四十年的使用寿命期内具备高可靠性；如文章“6500MVA冲击发电机转子极面结构及刚度平衡”(大电机技术2008No.7)相关叙述可知，由公式：

$\frac{P_A}{P_E}={\left(\frac{X_d^{\′\′}}{X_d^{\′}}\right)}^e{[\mathrm{\ρ}\frac{X_d^{\′}}{X_d}+(1-\mathrm{\ρ}\frac{X_d^{\′}}{X_d})e^{-\frac{t}{T\frac{N}{d}}}+(\frac{X_d^{\′}}{X_d^{\′\′}}-1)e^{-\frac{t}{T\frac{N}{d}}}]}^2$

可以推导出相关结论，P_E为给予电机的机械应力，而P_A是被试开关的有用功率，合理的设计，应使P_A与P_E的差异尽可能地小；对于冲击发电机，T′_d＝0.5～1.5s，T′′_d＝0.04～0.08s。另一方面，短路持续时间大致是在5到10个半波；如果我们已经考虑到短路电流的超瞬态分量在这个时间衰减很多，而强迫励磁几乎不能影响这个分量，显然X′_d与X′′_d在数值上的差别必须减小到最小值。所以在转子形成强力全阻尼绕组是必要的；所以冲击发电机的转子是实现整机性能的关键结构，如专利‘冲击发电机ZL200710144310.0’的权力要求书所叙述：“转子磁极上有纵向槽（2），磁性钢条（12）安装在纵向槽内，磁性钢条两端突出转子轴端面，与极心垫块（13）的凹槽配合，顺轴垫块（14）填充在转子线圈之间，磁性钢条、极心垫块、顺轴垫块与转子线圈构成完整的环状结构，转子槽采用整根转子槽楔（4），槽楔下安装交叉编织全阻尼阻尼绕组（3）”，这些特殊设计的结构的精心组合，以期实现发电机能够提供冲击试验所需的大电流以及持续时间要求。

专利‘冲击发电机ZL200710144310.0’所叙述的转子结构设计也存在可以优化升级的空间，设计结构及细节没有充分考虑到实际加工误差、实施操作、转子动平衡需求等影响因素，在实际应用中并未达到预期效果，并未有效达到实现发电机能够提供冲击试验所需的大电流以及持续时间要求的目的；其原因之一是交叉编织全阻尼阻尼绕组没有达到理想接触状态，使阻尼效果未达到设计要求，导致实际产品的短路电流持续时间要求低于设计指标；并且由于整个转子结构设计上忽略了静平衡以及动平衡所需的结构，造成了实际产品转子难以实现理想的动平衡指标，导致运行振动值超标，轴瓦乌金早期损坏脱落等质量问题，其原因是由于转子磁极存在纵向槽，转子本体的所形成的齿头的宽度不足容纳平衡螺钉孔，以往常规汽轮发电机在转子磁极大齿上加工平衡螺钉孔的做法无法实现，不得已采用在转子两端轴柄位置安置专用平衡环的做法，如图12、13所示；平衡效果难以达到在转子本体的磁极大齿上加工平衡螺钉孔的方案，造成实际产品转子难以实现理想的动平衡指标，导致运行振动值超标等问题。

常规汽轮发电机的转子平衡结构如图14、15所示，转子磁极17有平衡刚度的月牙槽18，转子磁极17有平衡螺钉孔，可以根具实际动平衡需求安装平衡螺钉32，但这种结构无法实现在转子磁极上安置阻尼绕组的要求，所以以往技术常采用如图12、13所示的转子结构，如专利‘冲击发电机ZL200710144310.0’、专利‘开纵向槽的转子大齿ZL200720116085.5’、专利‘整根转子槽楔ZL200720115971.6’。

发明内容：本发明的目的是提供一种切实可行的冲击发电机转子结构方案，保证使所设计生产的冲击发电机达到设计预期参数指标要求及使用寿命要求，达到保证发电机能够提供冲击试验所需的大电流且短路电流持续时间要求低于设计指标，转子结构能够实现理想的动平衡指标的目的。本发明的技术方案为：一种冲击发电机转子，转子磁极的纵向槽内安装带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条，带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条有锁紧用凹槽，平衡螺钉带有环形易锁沟槽，平衡螺钉拧进螺孔后，在平衡螺钉的环形易锁沟槽部位打洋冲，使在平衡螺钉发生局部塑性变形，挤入带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条的锁紧用凹槽，形成螺钉止动结构；采用带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔，带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔有锁紧用凹槽，封堵螺塞带有环形易锁沟槽，封堵螺塞拧进螺孔后，在封堵螺塞的环形易锁沟槽部位打洋冲，使封堵螺塞发生局部塑性变形，挤入带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔的锁紧用凹槽，形成螺塞止动结构；带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔下安装有密集接触型交叉编织全阻尼绕组，密集接触型交叉编织全阻尼绕组由上层阻尼条和下层阻尼条构成，上层阻尼条和下层阻尼条开有平衡螺钉调整孔，位置与平衡螺钉对应，上层阻尼条和下层阻尼条的上表面有导电均衡纹理，保证上层阻尼条与下层阻尼条以及上层阻尼条与带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔导电接触分布均匀，带有平衡螺钉的导磁填充钢条的平衡螺钉孔与密集接触型交叉编织全阻尼绕组的平衡螺钉调整孔以及带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔的平衡螺钉调整孔对应。

技术效果：由于本技术方案转子磁极的纵向槽内安装带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条，由于平衡螺钉的锁紧用凹槽与有平衡螺钉孔的导磁填充钢条的锁紧用凹槽的结构组合，平衡螺钉的锁紧在其应用条件下成为可能，而常规技术的锁紧结构则由于工艺空间受限无法实施；采用带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔，由于封堵螺塞采用软铝材料制造，允许采用打洋冲的锁紧方案，且带有环形易锁沟槽，使其自身的锁紧在其应用条件下成为可能，而整根转子槽楔出于强度要求采用硬铝材料制造，如果采用而常规技术的锁紧结构则会发生局部材料断裂问题，无法实施；带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔下安装有密集接触型交叉编织全阻尼绕组，能够形成良好的阻尼电流通路，提高阻尼效果，使实际产品的短路电流持续时间达到设计要求；带有平衡螺钉的导磁填充钢条的平衡螺钉孔与密集接触型交叉编织全阻尼绕组的平衡螺钉调整孔以及带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔的平衡螺钉调整孔对应，可以根据动平衡要求决定每一个螺孔是否安装平衡螺钉；封堵螺塞使转子表面趋于平整，达到降低风磨损耗的目的，并改善由于螺孔造成阻尼电流导电路径截面缩小的问题，在保证阻尼效果的前提下使转子的动平衡调整得以实施，使转子结构能够实现理想的动平衡指标；该发明从实现电气参数以及转子动平衡等方面，即保证转子阻尼系统效果并实现理想的动平衡等方面，保证了6500MVA容量等级以及更大单机容量的冲击发电机的设计制造的成功实施。

附图说明：

图1为本发明冲击发电机转子应用示意图。

图2为本发明冲击发电机转子示意图。

图3为本发明冲击发电机转子横截面示意图。

图4为转子磁极纵向槽内装配断面放大示意图（未安装平衡螺钉及封堵螺塞）。

图5为图4的纵向剖面示意图（已安装平衡螺钉及封堵螺塞）。

图6为图5的俯视图。

图7为上层阻尼条及下层阻尼条断面装配前示意图。

图8为上层阻尼条及下层阻尼条装配压形后断面示意图。

图9为上层阻尼条及下层阻尼条装配压形后导电接触状态示意图。

图10为未采用该技术的上层阻尼条及下层阻尼条导电接触状态示意图。

图11为阻尼绕组装配示意图。

图12为以往技术冲击发电机转子示意图。

图13为以往技术冲击发电机转子横截面示意图。

图14为以往技术汽轮发电机转子示意图。

图15为以往技术汽轮发电机转子横截面示意图。

具体实施方式：

如图1所示，为本发明在冲击发电机中的具体应用；如图2、3、4、5、6所示，转子磁极的纵向槽14内安装有带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条1，带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条1有锁紧用凹槽2，平衡螺钉3带有环形易锁沟槽4，平衡螺钉3拧进螺孔5后，在平衡螺钉3的环形易锁沟槽4部位打洋冲，使在平衡螺钉3发生局部塑性变形，挤入带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条1的锁紧用凹槽2，形成螺钉止动结构15，由于平衡螺钉3的锁紧用凹槽4与有平衡螺钉孔的导磁填充钢条1的锁紧用凹槽2的结构组合，平衡螺钉3的锁紧在其应用条件下成为可能，而常规技术的锁紧结构则由于工艺空间受限无法实施；平衡螺钉3根据转子动平衡的要求决定安装数量及位置；

如图2、3、4、5、6所示，带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔6下安装有密集接触型交叉编织全阻尼绕组10，密集接触型交叉编织全阻尼绕组10由上层阻尼条11和下层阻尼条12构成，上层阻尼条11和下层阻尼条12开有平衡螺钉调整孔13，位置与平衡螺钉3对应，为后续步骤按转子动平衡要求安装平衡螺钉3提供操作空间，上层阻尼条11和下层阻尼条12的上表面有导电均衡纹理，装配前断面形状如图7所示，上层阻尼条11和下层阻尼条12采用纯铜制造，装配压形后的断面状态如图8所示，形成的导电接触状态如图9所示，保证上层阻尼条11与下层阻尼条12以及上层阻尼条11与带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔6导电接触分布均匀，使上层阻尼条11、下层阻尼条12、带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔6在导电结构上近似为一体结构，使阻尼电流路径电阻小，消除局部发热现象；如采用以往技术，导电接触状态如图10所示，难以达到设计要求，并会产生发热问题；

如图2、3、4、5、6所示，采用带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔6，带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔6有锁紧用凹槽7，封堵螺塞8带有环形易锁沟槽9，封堵螺塞8拧进螺孔后，在封堵螺塞8的环形易锁沟槽9部位打洋冲，使封堵螺塞8发生局部塑性变形，挤入带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔6的锁紧用凹槽7，形成螺塞止动结构16，由于封堵螺塞8采用软铝材料制造，允许采用上述打洋冲的锁紧方案，其环形易锁沟槽9与带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔6的锁紧用凹槽7相互配合，使其自身的锁紧在其应用条件下成为可能，而整根转子槽楔出于强度要求采用硬铝材料制造，如果采用而常规技术的锁紧结构则会发生局部材料断裂问题，无法实施；所有带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔6的螺孔全部用封堵螺塞8封堵，达到降低转子表面风磨损耗和减小阻尼电流路径电阻的目的；该发明设计结构及细节充分考虑到实际加工误差、实施操作、转子动平衡需求等影响因素，使交叉编织全阻尼绕组10达到理想接触状态，使阻尼效果达到设计要求，保证实际产品的短路电流持续时间要求达到设计指标；并在整个转子结构设计上充分考虑了静平衡以及动平衡所需的结构，保证实际产品转子实现理想的动平衡指标，保证运行振动值优秀；

平衡螺钉3根据动平衡要求决定安装数量及位置；封堵螺塞8全部安装，使转子表面趋于平整，达到降低风磨损耗的目的，并改善由于螺孔造成阻尼电流导电路径截面缩小的问题；

常规汽轮发电机的转子平衡结构如图14、15所示，转子磁极17有平衡刚度的月牙槽18，转子磁极17有平衡螺钉孔，可以根具实际动平衡需求安装平衡螺钉32，但这种结构无法实现在转子磁极上安置阻尼绕组的要求，所以以往技术常采用如图12、13所示的转子结构，27为阻尼绕组，28为平衡盘，29为平衡螺钉，30为整根转子槽楔，31为磁性填充棒，如专利‘冲击发电机ZL200710144310.0’、专利‘开纵向槽的转子大齿ZL200720116085.5’、专利‘整根转子槽楔ZL200720115971.6’，但具体实施阻尼效果及动平衡要求无法满足要求，平衡盘28还对转子冷却通风产生不良影响，本发明解决了这些不足；

本发明的一种具体应用如图1所示，转子19采用带有轴向限位功能的座式轴承20支撑，轴瓦为椭圆瓦，采用弹性隔离传动轴21与拖动电机26连接，抑制扭振现象发生，采用外置轴流风扇22和外置通风道23的通风冷却器装置24对冲击发电机进行强制通风冷却，采用可控硅微机励磁控制系统25对冲击发电机进行励磁控制。

Claims (2)

1.一种冲击发电机转子，其特征是：转子磁极的纵向槽（14）内安装带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条（1），带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条（1）有锁紧用凹槽（2），平衡螺钉（3）带有环形易锁沟槽（4），平衡螺钉（3）拧进螺孔（5）后，在平衡螺钉（3）的环形易锁沟槽（4）部位打洋冲，使在平衡螺钉（3）发生局部塑性变形，挤入带有平衡螺钉孔的导磁填充钢条（1）的锁紧用凹槽（2），形成螺钉止动结构（15）；采用带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔（6），带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔（6）有锁紧用凹槽（7），封堵螺塞（8）带有环形易锁沟槽（9），封堵螺塞（8）拧进螺孔后，在封堵螺塞（8）的环形易锁沟槽（9）部位打洋冲，使封堵螺塞（8）发生局部塑性变形，挤入带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔（6）的锁紧用凹槽（7），形成螺塞止动结构（16）；带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔（6）下安装有密集接触型交叉编织全阻尼绕组（10），密集接触型交叉编织全阻尼绕组（10）由上层阻尼条（11）和下层阻尼条（12）构成，上层阻尼条（11）和下层阻尼条（12）开有平衡螺钉调整孔（13），位置与平衡螺钉（3）对应，上层阻尼条（11）和下层阻尼条（12）的上表面有导电均衡纹理，保证上层阻尼条（11）与下层阻尼条（12）以及上层阻尼条（11）与带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔（6）导电接触分布均匀，带有平衡螺钉的导磁填充钢条（1）的平衡螺钉孔（5）与密集接触型交叉编织全阻尼绕组（10）的平衡螺钉调整孔（13）以及带有平衡螺钉调整孔的整根转子槽楔（6）的平衡螺钉调整孔对应。

2.根据权利要求1所述的一种冲击发电机转子，其特征是：平衡螺钉（3）根据动平衡要求决定安装数量及位置；封堵螺塞（8）全部安装。

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