3.水轮发电机组转子系统垂直重力负荷磁悬浮减载研究LH.ppt

安康水电站位于陕西省安康市上游18km的汉江上，安装了4台型号为SF-200-56/12800、额定功率为200 MW的水轮发电机组（额定电压13.8 kV，额定电流9 560 A，额定转速107.1 r/min），总装机容量800 MW。 发电机组为装有上导轴承的半伞式结构，顶部装有直径达5.4 m的大型同轴交流励磁发电机，额定容量为2.5 MVA。水轮机型号为HL-220-LT-550，转轮直径5.5 m，平均水头76.2 m。 推力总负荷为1600t。整个发电机组的承重不仅包括转轮、主轴、发电机转子以及蜗壳上部部分混凝土的重量，还有随水流量变化的轴向水推力。 计划设计混合磁悬浮装置提供约占承重总负荷的80%，约为1 280t。永磁悬浮装置与电磁悬浮装置各承担40%和60%，即永磁悬浮装置承担512 t，电磁悬浮装置承担768 t。 水轮发电机组转子系统垂直重力负荷磁悬浮减载研究 校训---艰苦朴素、实事求是、严格要求、勇于探索 2013.12.2 马宏忠 目录 绪论 基于Halbach阵列的永磁悬浮承重装置研究 1 电永磁磁悬浮承重装置研究 多环结构电磁悬浮承重装置研究 磁悬浮承重装置推力盘变形研究 总结与展望 2 3 4 5 6 1.1 混合磁悬浮承重装置介绍 1 绪论 传统垂直转子水轮发电机组承重系统存在的问题： 转子系统轴向负荷大 重力集中在推力轴承上 各种形式的故障的最后结果几乎都会导致轴承瓦的烧毁，需要停机换瓦。 烧瓦的最根本原因是摩擦，推力轴承的轴向负荷越大，推力瓦的变形越大，油膜的厚度越薄，当油膜厚度低于最小油膜厚度时，发生烧瓦。 混合磁悬浮承重装置介绍 电磁悬浮装置 永磁悬浮装置 电磁+永磁 混合磁悬浮承重装置介绍 永磁悬浮装置 承担一部分基本轴向负荷，以减轻机械推力轴承所承受的压力负荷，可解决传统推力轴承在长期重负荷状态下引起的轴瓦机械变形、机械老化等问题，对降低水轮发电机组的机械故障，延长机组寿命起到积极的作用。 电磁悬浮装置 水轮机的水头高度、水冲击力等变化，引起水轮机的轴向水推力负荷波动。 可通过调节电磁悬浮装置励磁电流调节电磁悬浮力，实现合理分配水轮机组轴向负荷的目的，这在传统支承方式上也是不能实现的。 另外，大型机组，永磁部分电磁力有限，增大电磁承重比例。 为保证运行稳定性，并不使转子完全悬浮（设计只承担65%-85%轴向负荷） 1 绪论 1.3 本课课题主要研究工作 永磁悬浮承重装置 基于Halbach阵列的永磁悬浮承重装置 电磁悬浮承重装置 电永磁磁悬浮承重装置 多环结构电磁悬浮承重装置 对推力盘变形进行研究 2 基于Halbach阵列的永磁悬浮承重装置研究 2.1 Halbach阵列介绍 2.2 Halbach阵列永磁悬浮承重装置介绍 最大特点：用最少量的永磁材料产生最强的单边磁场 2 基于Halbach阵列的永磁悬浮承重装置研究 以安康水电站为例 2 基于Halbach阵列的永磁悬浮承重装置研究 2.3 Halbach阵列承重装置电磁场有限元分析 图2-4 Halbach阵列永磁悬浮装置有限元模型 永磁体选用钕铁硼稀土合金材料，剩磁Br=1.5T，矫顽力Hc=1200kA/m，采用磁矢量位法（MVP）求解 图2-5 环形动永磁体上、下表面磁感应强度分布云图 图2-6 承载力分布矢量图 2 基于Halbach阵列的永磁悬浮承重装置研究 可以16MN承载力 2 基于Halbach阵列的永磁悬浮承重装置研究 2.4 承载力与Halbach阵列承重装置结构尺寸的关系 图2-7承载力与环形永磁体轴向长度的关系 图2-8承载力与环形永磁体间气隙长度的关系 2 基于Halbach阵列的永磁悬浮承重装置研究 图2-9 承载力与磁环单元径向长度的关系 图2-10 承载力与环形永磁体相对磁导率的关系 （剩磁大小固定） 改变参数改变承载力大小。在永磁材料确定后，承载力受环形永磁体轴向长度变化的影响最大，径向长度次之，气隙长度最弱。 2 基于Halbach阵列的永磁悬浮承重装置研究 图2-10 尺寸参数调整后承载力分布矢量图 项目名称 原永磁悬浮承重装置 Halbach承重装置 主轴直径/m 1.9 1.9 环形静（动）永磁体内径/m 2.0 2.0 环形静（动）永磁体外径/m 5.0 3.4 环形静（动）永磁体轴向长度/m 0.3 0.16 磁环单元径向长度/m --- 0.1 表2-2 Halbach阵列永磁悬浮承重装置可选尺寸参数 3 电永磁磁悬浮承重装置研究 3.1 电永磁磁悬浮承重装置介绍 图中：1—主轴；2—土木基础；3—铁轭；4—推力盘；5—铁心；6—铁心与推力盘间气隙；7—励磁