水轮发电机定子结构设计

作者：宋厚祁日期

日期：2016.12

电磁设计：是发电机设计的关键和基础，所有工作都是以电磁设计为基础点展开。

¾发电机设计

技术设计：总体结构的布置、选型，各部件各工况下的机械设计图纸设计：绘制出各零部件的具体尺寸、材料、工艺方法、加工要求等。（部套设计）刚度、强度、应力、通风、冷却等计算。

¾

所涉及的主要标准：GB/T 7894-2009 《水轮发电机基本技术条件》

GB/T 8564-2003 《水轮发电机组安装技术规范》

¾《水轮发电机设计与计算》——白延年主编

定子装配机座加工（焊接）

定子铁心定子线圈（棒）装配

引出线装配

端箍装配

一、机座加工（焊接） 1 结构介绍构介绍

¾多为钢板焊接、圆形结构，多层支撑环板、支撑钢管，盒型筋，机座外壁以及起吊圆钢组成，其内侧承载定子铁心和定子绕组，外侧承载空气冷却器等附件。

¾机座加工（焊接）

整圆

分瓣（234瓣

大合缝板：厂内叠片，工地下合缝线

分瓣（2,3,4…瓣

）

小合缝板：工地整圆，工地叠片下线

¾斜立筋从内向外的倾斜方向与机组旋转方向相反（后倾）；斜立筋后倾时，电磁转矩使定子机座直径变大，可以适应定子铁心的热膨胀，有利于防止铁心翘曲。

2 主要计算

2.1 带铁心机座的刚度校核（Excel或者ZH计算JZGD）

2.2 大合缝板相关计算

突然短路时，机座合缝板螺栓的拉应力及销钉剪应力

分别为：

——突然短路扭矩；——合缝板螺栓分布重心直径（cm）;

——合缝板螺栓总截面积

式中合缝板螺栓总截面积

。式中D——合缝板销钉分布重心直径（cm）；

A——合缝板销钉受剪总截面积

。

3 注意事项

¾核对定子机座与上机架连接尺寸及方位；

¾核对定子机座与基础板连接尺寸及方位；

¾机座上空冷器窗口大小及方位与空冷器的配合(并与机组通风方式有关)；¾灭火水管方位、开孔大小；

定子测热装置线方位开孔大小（发电机端子箱位置）；

¾定子测温及加热装置出线方位、开孔大小（发电机端子箱位置）；

¾上、下挡风圈安装螺孔位置及大小；

¾定子引出线方位与高程；

¾大机组考虑起吊穿杆位置及同心度；

¾考虑定子铁心固定片焊接操作窗口。

二、定子铁心1 结构介绍构介绍

¾定子铁心由扇形片、通风槽片、定位筋、齿压板、拉紧螺杆及固定片等零部件装压而成；其是磁路的主要组成部分并用以固定绕组。

9红色标记为定子结构设计相关的电磁参数

¾定子扇形片设计：①每张扇形片槽数Ze取整数，常用范围为7~13；

②定子整圆的扇形片数一般取整数，且应防止产生轴电流，即

应满足N/P等于偶数或分子为偶数的分数（N——扇形片叠

装时的接缝数；P——极对数）；

③布杆；

结合相关计算数据合理布置定子拉紧螺杆数目；

④参考以往已运行机组的冲片，并合理选择弦长。

鸽尾槽的型式和尺寸

为避免叠片时相邻扇形片边缘搭叠，接缝边应

留有0.2毫米的间隙；

为防止接缝处槽底错牙损伤线圈绝缘，应将接

缝处的槽底直角处冲成30度（2mm）。

缝处的槽底直角处冲成30度（2mm）

¾通风槽片设计：

为避免点焊热变形而引起的扇形片齿部、

槽底翘曲，导致叠片槽形错牙，需要将

扇形片扩槽即沿齿槽周边冲去15毫米

扇形片扩槽，即沿齿槽周边冲去1.5毫米

的宽度（手册为2毫米）。

¾拉紧螺杆设计：

选择合适的螺杆材料，图纸直线度标注；

材料须满足Q/EK J121-2016《发电机拉紧螺杆用材采购技术规范》的要求。主要计算

2 主要计算

2.1 定子齿压板与拉紧螺杆的计算（Excel）

2.2 定位筋、托块焊缝应力计算（手册—计算公式及算例）

子与作用力计算（计算式算例）

2.3 定子铁心与机座热膨胀作用力计算（手册—计算公式及算例）

3 注意事项

¾衬口环A与通风槽钢注意相互位置；

¾衬口环B与齿压片长度方向问题；

¾固定片在铁心轴向位置安放，与机座中环保持适当距离；

固定片在铁心轴向位置安放与机座中环保持适当距离；

¾固定片与机座上拉紧螺杆孔及机座立筋的位置关系如何确定；

定子铁内径公差标注依据：气隙、安装规范、过往已运行机组数据；

¾定子铁心内径公差标注依据：气隙、安装规范、过往已运行机组数据；

¾注意铁心叠压完工后，槽形尺寸公差标注（如：0到-0.3）；

¾计算铁心扇形片重量公式：扇形片净面积、片数/周、Lt-bv*nv、密度、叠压系数；¾通风槽钢斜角方向与机组旋转方向的一致性。

三、定子线圈(棒)装配

构介绍

1 结构介绍

¾定子线圈(棒)装配由线圈(棒)、槽楔、槽楔垫及绝缘、绑扎材料等零部件组成；

其是发电机的导电元件及磁路的组成部分。

线圈设计(作图—定子线圈6.3kV/10.5kV，参数化制图)

¾定子绕组设计

线棒设计(利用Excel程序进行计算)

线棒设计(利用E l程序进行计算)

¾线圈(棒)设计须依据绝缘、防晕规范：电压等级6.3kV0EK.730.234

63kV—0EK730234

电压等级10.5kV—0EK.730.230