85MW高转速水轮发电机转子设计
GB85水轮发电机组安装技术规范
水轮发电机组安装技术规范(GB 8564-2003)1 范围本标准规定了水轮发电机组及其附属设备的安装、调试和试验的要求。
适用于符合下列条件之一的水轮发电机组的安装及验收：a) 单机容量为15MW及以上；b) 冲击式水轮机，转轮名义直径1.5m及以上；c) 混流式水轮机，转轮名义直径2.0m及以上；d) 轴流式、斜流式、贯流式水轮机，转轮名义直径3.0m及以上。
单机容量小于15MW的水轮发电机组和水轮机转轮的名义直径小于b)、c)、d) 项规定的机组可参照执行。
本标准也适用于可逆式抽水蓄能机组的安装及验收。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB 3323 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级GB/T 7409.3 同步电机励磁系统大中型同步电机励磁系统基本技术要求GB/T 7894 水轮发电机基本技术条件GB/T 9652.1 水轮机调速器与油压装置技术条件GB/T 9652.2 水轮机调速器与油压装置试验验收规程GB/T 10969 水轮机通流部件技术条件GB/T 11120 L-TSA汽轮机油GB 11345 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级GB/T 18482 可逆式抽水蓄能机组启动试验规程GB 50150 电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB 50168 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB 50171 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范DL/T 507 水轮发电机组启动试验规程DL/T 679 焊工技术考核规程DL/T 827 灯泡贯流式水轮发电机组启动试验规程JB/T 4709 钢制压力容器焊接规程JB/T 6204 大型高压交流电机定子绝缘耐电压试验规范JB/T 8439 高压电机使用于高海拔地区的防电晕技术要求JB/T 8660 水电机组包装、运输和保管规范3 总则3.1 水轮发电机组的安装应根据设计单位和制造厂已审定的机组安装图及有关技术文件，按本规范要求进行。
湖北杨东河(渡口)电站高转速大容量水轮发电机设计
东河 （ 渡 口） 电站发 电机 为国内采 用实芯磁极结 构
的最 大 容 量 、 最 高 转 速 的水 轮 发 电机 ， 许 多 设 计 具 有 一 定 的创 新 性 。 已在电站成功投入运行多年 ， 性
能 指标全面满 足 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ７ ８ ９ ４ — ２ ０ ０ ９的标准及业 主的 要 求 。该电机的成功设计 ，可供水 电行业 同行参
湖 北 杨 东 河 （渡 口 ） 电 站 水 轮 机 型 号 Ｈ Ｌ ８ ４ 一 Ｌ Ｊ 一 １ ５ ５ ， 水 轮发 电机型号 为 Ｓ Ｆ ２ ５ ． ５ — ８ ／ ３ ２ ５ ０ ，
电机额 定 容量 ２ ５ ． ５ Ｍ Ｗ， 长期 超 出力 ＋ ｌ Ｏ ％， 额定 转速 ７ ５ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 。国内单机容量 ２ ０ Ｍ Ｗ 以上 ， 额 定 转速 ７ ５ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ以上 的水 电站 为数不多 ，高速 、 大
湖北杨 东河（ 渡 口） 电站 高转速大容 量水轮发 电机设计
周 祥 德
（ 湖南云箭集 团有 限公 司 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ １ ０ ０ ）
摘 要： 国内单机容量 ２ Ｏ ＭＷ 以上 ， 额定 转速 ７ ５ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ以上 的水 电站屈指可数 ， 缺少 该类水轮发 电机 的设计经验 ， 湖北杨东河（ 渡 口） 电站发电机 为国 内采用实芯磁极 结构 的最大容量、 最 高转速 的水轮发 电机 ， 机组设计具有 一定的 创新性 。该机 已在 电站成功投入运行 多年 。本文介绍 了湖北杨东 河（ 渡 口） 电站水轮发 电机 的设计特 点、 有关参数 的
第４ Ｏ卷 第 ５期
２ ０ １ ７年 ５月
水
电 站 机
电 技 术
Ｖｏ １ ． ４ ０ ＮＯ ． ５ Ｍａ ｖ ． ２０１ ７
首台国产600MW水轮发电机关键技术设计与应用
首台国产600MW水轮发电机关键技术设计与应用作者：丁元生王贵来来源：《科技视界》 2013年第25期丁元生王贵来(构皮滩发电厂，贵州余庆 564408)【摘要】水轮发电机作为开发利用水电资源的最重要的电气设备，随着水电开发与利用程度的不断提高，水轮发电机的体积与容量越来越大，目前，我国已投产单机容量600MW及以上水轮发电机的主要有三峡电站、龙滩电站、小湾电站，但其发电机均为国外设计、生产或者国外设计，国内生产的巨型水轮发电机组。
构皮滩电厂600MW水轮发电机组是在吸取、借鉴以上电站机组基础上的首台国产巨型水电机组，这种600MW的巨型机组发电容量大、尺寸大、电压高、轴承推力负荷大，设计制造难度较大。
因此，对构皮滩电站600MW大型发电机近四年运行数据的分析，总结国产首台600MW的巨型机组新技术、新工艺的应用情况，旨在推进开发国产更加稳定，更大容量水轮发电机组，同时也为国内新投巨型水电机组提供强有力的借鉴意义。
【关键词】构皮滩电厂；国产首台；600MW水轮发电机组；运行数据分析；新技术、新工艺；应用研究0 引言随着三峡、龙滩等单机容量大于700MW大型水轮发电机等一批国外设计、生产水电机组的相继并网发电，为早日实现巨型水电机组的国产化，推进我国掌握巨型水电机组设计、制造核心技术，构皮滩600MW机组在吸收和借鉴基础上，首次由国内自主设计和制造，投运近四年来，经过大量的设计修改和消缺治理，机组运行基本稳定，包括电气参数、温升、通风、振动、摆度及主要结构部件变形等都满足了相应的设计标准，充分证明了我国已经具备了大型水电设备设计、制造、安装的能力。
这些大型全空冷水轮发电机的投产向全世界表明，中国已完全掌握巨型水电机组的设计核心技术，可完全自主设计、制造、安装和运行维护，且经过近四年运行跟踪和设备缺陷治理工作，积累了丰富的运行经验，为推进生产制造更加成熟，容量更大的国产机组做积累了丰富经验。
1 槽电流的设计构皮滩发电机槽电流为7127.8A，目前在全国已运行的600MW水轮发电空冷机组中最大。
石头峡水轮发电机组转子热套技术方案
水电站发电机转子磁轭加热方案一、概述1．水电站水轮发电机组在运行的时候，转子磁轭会受到较大的离心力及转动惯量，特别是转子直径较大、磁极高度较高、机组转速高，巨大的离心力会使迭片磁轭产生明显的径向变形，从而使磁轭与转子支架之间产生径向分离间隙，转子直径越大或者转速越高，分离间隙越大，这不仅会使机组引起过大摆动与振动，甚至还会使转子支架立筋上的挂钩因受到冲击而断裂，造成严重事故。
为了保证机组在这种情况下能安全可靠运行，必须使磁轭与转子支架间有一定的机械紧量，因此在转子装配过程中应预先给磁轭与转子支架一个预紧力，冷打磁轭键的传统方法无法满足预紧力，因此必须采用加热的方法，加热是在冷打键的基础上，将磁轭加热达到一定的温度使之膨胀。
这样在磁轭与转子支架之间将会产生一定的温差，根据热胀冷缩的原理，然后将磁轭键打入规定的深度，依靠这种预紧量，借以抵消磁轭径向变形的影响，确保机组能长期安全可靠稳定的运行。
2．主要技术参数磁轭外形尺寸：3432/2512×1445㎜通风隙间隙：460×80×6㎜共计756个单边胀量：0.6㎜此胀量需温度升高70℃左右（在室温的基础上）磁轭总重：40T二、加热设备的选取及布置方案1．加热器：在磁轭铁芯的通风隙中布置超薄型硅晶片加热片（460×70×4.5㎜）。
此转子圆周由6片叠片组成，每片3个极点，共有18个极点，从上到下共6层，根据叠片叠装方式，为确保磁轭受热均匀，每层每个极点布置6片超薄硅片加热器，4个极点接1个回路，加热器每片功率250W电压220V，5层18个极点共布置约540片（精确数量最终可根据实际情况增减）超薄硅晶片加热器，每3个极点从上到下分2回路控制，共12个回路，每片功率为220W电压110V。
在转子底部布置6片辅助加热片（AC220V-5KW/片）。
此转子共计15个回路，采用防火阻燃电缆CN20-25连接至控制柜，控制柜接头为快速插件连接，加热器侧为螺栓连接。
80MW卧式变频调速同步电动机转子设计与计算
设计与研究上海大中型电机2020.No.2 80MW卧式变频调速同步电动机转子设计与计算王涛，徐立敏,李海鹏(哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨150000)摘要：对80MW卧式变频调速同步电动机的转子设计和计算进行了全面的介绍，主要包括轴和磁辄结构、磁极和磁极线圈结构、阻尼系统结构，并计算了转子各部分的刚强度(通过认真研究和自主创新，熟悉并掌握了此类电机转子的设计和分析技术，为同类型电机的转子设计提供了一些有益的参考。
关键词：转子结构;磁辄;磁极中图分类号：TM341文献标识码：A DOI编码：10.16712/,«0£9«131-1868/tm.2020.02.0020引言80MW电机是目前国内设计并生产制造的单机容量最大的卧式凸极变频调速同步电动机，其驱动的设备为机。
该电机容量大,运行的工作转速范围广，最高转速速度高，并频繁启停机。
作为变 换能传递转矩的主要部件，电机转子为凸极结构有显露的磁极,励磁绕组为集中绕组，励磁电流通过励置供给(转子的机械性能，制造是影响机行的重要因素，因此,转子的设计是整个电机设计的关键(转子的设计要求：(1)要有足够的刚度和强度，在电机高速运行时不发生有害变形并在工况下不得失去稳定；(2)结构合理、紧凑，各紧固件连接牢靠，有的电性能;(3)有的通风结构；(4)具有机组要求的转动惯量(J)。
文详细介绍了电机转子的结构强度的计算数据。
1电机的基本技术参数和转子的有关参数额定功率80MW，额定转速500r/min，额定频率50Hz,工作转速100-860r/min,工作频率10-86Hz,额定电压11kV,功率因数1.0,绝缘等级F 级，相数3(同相位的双绕组),防护等级IP54—6—(IP23),冷却方式IP8A6W7,结构型式IM7315,工S10,有刷励磁。
转子磁极12个，磁极型式凸极，转动惯量(J)#80t-m2,转子外径2560mm,临界转速$1032r/min,转向从电机侧向压缩机看为逆时针旋转,非连续变速变负载工式，根据情况每天可能多次起停机。
大型水轮发电机结构方案设计系统探讨
大型水轮发电机结构方案设计系统探讨近年来，随着我国科技的不断创新与发展，很大程度上推动了相关行业的发展建设。
尤其是水利行业的建设发展，作为其中比较重要的零部器件水轮发电机也应运而生。
下面文章就针对我国大型水轮发电机在结构设计上存在的一系列问题进行简要的分析与总结，希望通过文章的论述可以为相关从业人员提供一定的参考意见，并能更好地促进我国国民经济的建设发展。
关于大型水轮发电机结构设计一直以来都是比较容易忽视的，但它的作用和影响确实不可估量。
下面就对其进行详细分析。
标签：大型水轮发电机；结构方案；设计Abstract：In recent years，with the continuous innovation and development of science and technology in China，to a large extent，promote the development and construction of related industries. In particular，the construction and development of the water conservancy industry，as one of the more important parts of the hydrogenerator also came into being. The following article briefly analyzes and summarizes a series of problems existing in the structural design of large hydro generators in our country，hoping that through the discussion of the article，some reference opinions can be provided for the relevant practitioners. And can better promote the construction and development of our national economy. It is easy to ignore the structural design of large hydrogenerator，but its function and influence are inestimable. The following is a detailed analysis of this.Keywords：large hydrogenerator；structural scheme；design引言目前而言，我国大型水轮机的发展相对是比较良好的，前景也比较广阔。
水轮发电机转子改造设计
水轮发电机转子改造设计王慧【摘要】通过对水轮发电机转子的性能进行分析,针对水轮发电机现场运转出现的问题,进行转子改造设计,包括轴、转子支架的优化设计、磁轭、磁极、制动系统、除尘系统、集电环和刷架,以及转子引线等.改造后的麻石电站1#水轮发电机转子结构设计合理,目前该机组已经发电,运行状况良好.【期刊名称】《防爆电机》【年(卷),期】2016(051)001【总页数】4页(P42-45)【关键词】水轮发电机;转子;转子支架;轴;磁极;磁轭【作者】王慧【作者单位】哈尔滨电机厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨150040【正文语种】中文【中图分类】TM312麻石水电站位于广西融水县大浪乡融江干流上，属低水头河床式电站。
电站原设计装有三台轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量100MW，其中1#机组的水轮机转轮直径为5.3m，发电机单机容量为28MW，于1972年12月投产。
2010年电站拟将1#机组的水轮机转轮直径由5.3m改扩为5.5m，发电机容量由28MW 改扩为36.5MW，机组部件全部更新，发电机基础不变。
本文着重就1#水轮发电机改造转子部分的结构设计进行介绍。
型号：SF36.5-56/9000；额定容量：42.941MVA；额定功率：36.5MW；额定电压：10.5kV；额定功率因数：0.85(滞后)；额定频率：50Hz；相数：3；额定转数：107.1r/min；飞逸转速：305r/min；接线方式：Y；推力负荷：730t；GD2：8500t-m2；旋转方向：俯视顺时针；冷却方式：密闭自循环空气冷却。
麻石1#改造水轮发电机为立轴半伞式密闭自循环空气冷却三相凸极同步发电机(见图1)。
发电机转子外径为φ8436,重量为200t。
主要部件包括：顶轴、主轴、转子支架、磁轭、磁极、集电环、刷架、转子引线、制动系统、除尘系统、励磁电缆等。
2.1 轴发电机采用三段轴结构，机组轴系由发电机顶轴、转子支架中心体、发电机主轴和水轮机主轴组成。
85MW高转速水轮发电机转子设计
85MW高转速水轮发电机转子设计【摘要】发电机转子是水轮发电机组中的关键部件，对于大容量、高转速转子结构设计更是行业内研究的重点和难点。
本文重点介绍GD-3电站转子结构设计特点、关键部件应力分析及结构优化成果，为同类高转速水轮发电机转子结构设计提供参考、借鉴和经验交流。
【关键词】高转速转子；结构特点；应力分析Design of 85MW High Speed Hydro Generator RotorsHU Jin-xiuHU Xiang-fu（DEC DongFeng Electric Machinery Co.，LTD. Leshan Sichuan，614000，China）【Abstract】Generator rotor is the key component among the hydro generating unit. The structural design for the rotor with large capacity and high speed is the focus and difficulty of the research in industry. In this paper, the structural design characteristics of generator rotor and the stress analysis and structural optimization result of the key components for GD-3 Project in Ethiopia are presented for the purpose of reference and experience exchange for the structural design of high speed hydro generator rotors of similar kind.【Key words】High Speed Rotor; Structural Characteristics; Stress Analysis1电站概述埃塞俄比亚GD-3水电站位于埃塞俄比亚首都亚的斯南部，装设3台单机容量85MW的立轴混流式水轮发电机组。
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85MW高转速水轮发电机转子设计
【摘要】发电机转子是水轮发电机组中的关键部件，对于大容量、高转速转子结构设计更是行业内研究的重点和难点。
本文重点介绍GD-3电站转子结构设计特点、关键部件应力分析及结构优化成果，为同类高转速水轮发电机转子结构设计提供参考、借鉴和经验交流。
【关键词】高转速转子；结构特点；应力分析
Design of 85MW High Speed Hydro Generator Rotors
HU Jin-xiuHU Xiang-fu
（DEC DongFeng Electric Machinery Co.，LTD. Leshan Sichuan，614000，China）
【Abstract】Generator rotor is the key component among the hydro generating unit. The structural design for the rotor with large capacity and high speed is the focus and difficulty of the research in industry. In this paper, the structural design characteristics of generator rotor and the stress analysis and structural optimization result of the key components for GD-3 Project in Ethiopia are presented for the purpose of reference and experience exchange for the structural design of high speed hydro generator rotors of similar kind.
【Key words】High Speed Rotor; Structural Characteristics; Stress Analysis
1电站概述
埃塞俄比亚GD-3水电站位于埃塞俄比亚首都亚的斯南部，装设3台单机容量85MW的立轴混流式水轮发电机组。
发电机机型为SF85-14/5000，水轮机型号HLA892-LJ-245，最大水头273m，采用密闭自循环双路径向无风扇端部回风冷却系统。
具有上、下两个导轴承，推力轴承与上导轴承合用一个油槽，布置在上机架推力油槽内。
该电站单机容量大、转速高，飞逸工况下发电机转动部件的最大线速度高达168.37 m/s。
发电机设计时，需确保各主要受力部件满足发电机在各种工况下运行的安全稳定性，同时还需考虑其工艺性和经济性。
高转速、大容量水轮发电机的结构设计，特别是转子结构设计一直是行业内研究的重点和难点，它的性能好坏直接影响整个机组的安全稳定运行。
GD-3电站发电机主要技术参数:
额定容量100MV A
额定功率85MW
额定电压13800V
额定电流4183.7A
额定功率因数0.85（滞后）
额定频率50Hz
额定转速428.6 r/min
飞逸转速763.4 r/min
额定励磁电压240V
额定励磁电流970A
转动惯量(GD2) ≥1260 t.m2
2转子结构
转子是水轮发电机组核心部件之一，它的设计、制造和安装质量等直接影响机组的总装质量乃至机组的安全运行。
图1发电机转子结构
GD-3电站根据发电机通风冷却方式，转子采用旋转挡风板、无风扇结构。
它主要由磁极、磁轭、转子支架、主轴等组成，具体结构见图1。
2.1磁极
磁极是水轮发电机产生磁场的主要部件，由磁极铁芯、磁极线圈及阻尼绕组等组成，通过T尾和磁极键固定在磁轭上。
因此，它不但要具备良好的电磁性能，还必须有一般转动部件具有的机械性能。
GD-3电站磁极结构设计时，为了降低加工工艺，经反复论证，并通过大量计算和有限元分析，设计一种当前加工能力可实现又能满足产品性能要求的结构，见图2。
图2磁极装配
2.2磁轭
转子磁轭是发电机磁路的重要组成部分，也是固定磁极的结构部件。
GD-3电站磁轭采用叠片磁轭结构，轴向长2160mm（含上下磁轭压板），多边形至对边尺寸为3286mm。
叠片磁轭装配由磁轭冲片、通风槽片、拉紧螺杆、磁轭压板、
锁定板、卡键、磁轭键等组成。
磁轭冲片的叠片方式对磁轭的重量、磁轭的应力和拉紧螺杆的剪应力有直接影响。
发电机极数少（14极）、转速高、转动惯量要求高，合理选择磁轭叠片方式显得尤为重要。
磁轭冲片设计时，设计人员将层间相错一个极距的基本叠法和层间相错1/2个极距的叠片方式作了详细的计算分析。
2.3转子支架
转子支架是水轮发电机的主要组成部分，也是将磁轭和主轴连接成一体的关键部件。
GD-3电站转子支架采用圆盘式结构，由轮毂、上圆盘、下圆盘、立筋及筋板组成，其机械性能通过强度计算和有限元应力分析得以保证。
轮毂用20SiMn锻造而成，上圆盘、下圆盘、立筋材料均采用高强度钢板。
该结构具有重量轻，刚度大的优点，特别适合本机组的径向通风方式。
3主要部件有限元分析
通过CATIA三维软件对磁极、转子支架建立几何模型，并用MSC.Ptran有限元软件建立计算模型，利用MSC.MARC有限元软件进行有限元计算分析。
3.1磁极强度有限元分析
1）计算模型取1/14模型，施加循环对称约束。
采用4节点四边行单元建模，由磁极结构及受力状况采用平面应力计算模型进行计算。
2）磁极材料为：2\WDER550；弹性模量：1500000MPa；泊松比：0.3；密度：5.75525×10-10t/mm3；屈服强度：550MPa。
磁极键材料为：锻45；弹性模量：206800MPa；泊松比：0.3；密度：7.85×10-9t/mm3；屈服强度：355MPa。
3）计算结果：额定工况下磁极的V on Mises应力分布图见图3。
图3额定工况下磁极的V on Mises应力分布
3.2转子支架有限元分析
1）由对称性取结构1/7建立计算模型，小三角筋板采用四边形壳单元，其余部件采用八节点六面体单元。
2）轮毂材料：锻20SiMn，弹性模量：206800MPa，泊松比：0.3，密度：7.85×10-9t/mm3，屈服强度：225MPa；拉伸强度：470MPa；延伸率：14%。
支架其他部件材料：
Q390，弹性模量：206800MPa，泊松比：0.3，密度：7.85×10-9t/mm3，屈
服强度：≤16mm，≥390MPa；≤16～35mm，≥370MPa；≤35～100mm，≥330MPa。
拉伸强度：490～650MPa；延伸率：19%。
3）计算结果：额定工况下磁极的V on Mises应力分布图见图4。
图4额定工况下磁极的V on Mises应力分布
根据有限元分析计算结果，额定工况计算应力偏大，调整了转子支架上、下圆板及腹板材料，最终选用了性能更好的优质钢板，满足机械性能要求。
4结论
针对大容量高转速水轮发电机转子设计，在结构设计时合理应用新技术、新结构，并运用有限元分析手段，通过对发电机结构的合理调整，提高了机组的安全稳定性，为同类高转速水轮发电机转子结构设计提供参考、借鉴和经验交流。
【参考文献】
［1］白延年.主编.水轮发电机设计与计算[M].北京：机械工业出版社，1982.
［2］陈锡芳.主编.水轮发电机结构运行监测与维修[M].北京：中国水利水电出版社，2008.。