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小水电2014年第2期(总第176期)技术交流
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毛尔盖水电站机组结构设计
陈前荣(杭州长河发电设备有限公司浙江杭州310051)
【摘要】结合毛尔盖生态放水电站卧式混流水轮发电机组结构方面的设计,对较大容量卧式发电机组采取的布置方式进行了介绍,同时对为减少轴向水推力使推力轴承稳定运行而采用的水轮机密封结构进行了分析。图7幅。
【关键词】水轮发电机组结构设计内循环推力轴承集电环无接触密封
1概述
毛尔盖水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水河中游红岩乡至俄石坝河段,是黑水河干流水电规划的“二库五级”的第三级。首部枢纽距茂县县城约90km,厂区距茂县县城约75km,距成都市260km,213国道~黑水县公路从工程区通过,下行经茂县、汶川、都江堰至成都,对外交通方便。
毛尔盖水电站的生态放水电站是水头变幅及容量较大的卧式混流水轮发电机组,于2012年正式并网发电。因其容量在卧式水轮发电机组中相对较大,而且轴承采用的是内循环方式,因此为保证机组特别是轴承能够稳定运行,在结构及布置上进行了多方面的考虑。
水轮机型号为HLA685—WJ—92,额定功率6186kW,额定转速750r/min,飞逸转速1573r/min;最大水头134.01m,额定水头132.53m,最小水头63.68m;额定流量5.2m3/s,额定点水轮机效率91.5%,吸出高度Hs≤-0.5m,轴向水推力为178~232kN,转轮重量(含泄水锥等)0.83t。
发电机型号为SFW6000—8/2150,额定功率6000kW,额定容量7500kVA,额定电压6300V,额定电流687.3A,额定转速750r/min,飞逸转速1573r/min,额定功率因数0.8,额定频率50Hz。相数为3相,绝缘等级为F/F,定子接线方式为Y,旋
收稿日期:2013-12-19
作者简介:陈前荣(1975-),男,工程师,主要从事水轮发电机设计工作。Email:chenqianrong@163.com
转方向为顺时针(从发电机端看);额定时发电机效率97.7%(计算值),径向推力轴承规格φ320,径向轴承规格φ360,转子重量18.8t,飞轮重量0.8t。
2发电机布置形式的选择
水轮发电机组采用两支点布置形式,由于机组容量在卧式机组中相对比较大,转子重量比较重,轴向水推力也不小,因此对轴承的要求比较高,如何布置发电机需综合考虑(见图1~图4)。图1和图3为发电机的两种不同布置方式,其中图1为传统布置形式,图3为经过核算采用的布置形式,现就两种不同布置形式进行受力及刚度分析,比较其优缺点。
图2及图4的受力分析进行了简化处理,将转子重量受力中心近似的认为在发电机中心线上,并将单边磁拉力方向与重力方向一致,图中所计算的结果为其合力数值;近似的认为转轮重心在转轮中心线上,转轮中心线方向不仅受到转轮重力作用,还受到因水流不对称所引起的径向力的作用,图中所计算的结果也为其合力数值。
由标准规范可知,定子和转子间的空气气隙,其最大值或最小值与其平均值之差应不超过平均值的±8%。即使是5%的空气气隙不均匀也会导致很大的电磁不平衡力作用在机组导轴承上,引起机组振动和导轴承的磨损。
因此本电站需考虑磁拉力的作用,并按±8%最恶劣的情况进行计算,由此得出磁拉力的估算公式为F=0.3DL,其中D表示转子外径,L表示铁芯长度。由电磁方案得出发电机转子外径为φ1608,
技术交流SMALLHYDROPOWER2014No2,TotalNo176
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图1发电机装配(方案1)
图2主轴(方案1)
铁芯长度为950,其磁拉力计算结果为45.8KN,故作用在发电机中心线上的作用力为233.8KN(转子重量为18.8t)。
水流不对称所引起的径向力也需考虑,有的资料认为其估算值为水轮机旋转力矩的2%,按此估算值计算,其径向力为4.
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