汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子跳動研究

張 亮

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040）

0 引言

大型汽輪發(fā)電機(jī)一般為2 極或4 極隱極式轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)速為3000 r/min 或3600 r/min。為保證電磁設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子本體表面沿圓周銑有若干軸向槽，在橫斷面上槽的分布方式有平行槽和輻射槽2 種。采用最多的是輻射槽。

2 極轉(zhuǎn)子表面除設(shè)計(jì)嵌線槽外，在磁極軸線上的大齒部分還開有橫向月牙槽，這是因?yàn)榇簖X部分的剛度比極間開小槽區(qū)內(nèi)的大，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，受自重和轉(zhuǎn)動慣量影響，依轉(zhuǎn)子位置不同，轉(zhuǎn)軸彎曲程度（撓度）也不同，當(dāng)大齒在垂直位置時，彎曲程度?。辉谒轿恢脮r，彎曲程度大。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，彎曲程度的大小都要變化兩個周期。因而轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)軸會發(fā)生雙頻振動，對大型的細(xì)長轉(zhuǎn)子，此種振動用動平衡無法消除，是不可忽視的。為此，125 MW 以上容量的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體在大齒表面沿軸向銑出一定數(shù)量的圓弧形橫向月牙槽，使大齒區(qū)域和小齒區(qū)域2 個方向剛度接近，以降低轉(zhuǎn)子雙頻振動的影響。

轉(zhuǎn)子加工過程中轉(zhuǎn)子嵌線槽內(nèi)沒有銅線，且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速較低，大齒區(qū)域和小齒區(qū)域的剛度有一定差異，在加工中轉(zhuǎn)子撓度變化也不均勻，因此可能會造成轉(zhuǎn)子加工不圓的情況。

1 轉(zhuǎn)軸加工過程的跳動研究

1.1 模擬某型300 MW 和某型600 MW 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的跳動

為了確定偏差量，建立了300 MW、600 MW 的轉(zhuǎn)軸車削模型，計(jì)算轉(zhuǎn)子在機(jī)床上的安裝狀態(tài)，考慮嵌線槽和月牙槽已經(jīng)加工完成，車削狀態(tài)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的轉(zhuǎn)子變形計(jì)算（圖1、圖2）。

圖1 某型600 MW 模型

圖2 月牙槽在水平位置的計(jì)算模型

模擬轉(zhuǎn)子車削加工過程中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，端頭的變形。分別計(jì)算轉(zhuǎn)子大齒中心線與垂直方向夾角分別為0°、30°、45°、60°、90°，5 個位置的結(jié)果轉(zhuǎn)子端頭變形。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子跳動較大的位置大約在轉(zhuǎn)子大齒中心線與垂直方向夾角為45°時。各個位置的計(jì)算結(jié)果見表1、表2。

表1 某型300 MW 汽輪發(fā)電機(jī)加工的轉(zhuǎn)子

1.2 改進(jìn)型600 MW 轉(zhuǎn)子月牙槽方案

為減小改進(jìn)型600 MW 轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器在加工過程中的跳動，采用增加月牙槽深度的方式減小車削過程轉(zhuǎn)子大齒和小齒方向的剛度差，但也增大了額定轉(zhuǎn)速時的剛度差。不同月牙槽深度對660 MW 轉(zhuǎn)子變形的影響見表3。

表2 某型600 MW 汽輪發(fā)電機(jī)加工的轉(zhuǎn)子

表3 不同月牙槽深度對改進(jìn)型600 MW 轉(zhuǎn)子變形的影響

表4 改進(jìn)型600 MW 轉(zhuǎn)子增加月牙槽個數(shù)靜止時大齒和小齒剛度之比

表5 某型600 MW 轉(zhuǎn)子增加月牙槽個數(shù)靜止時大齒和小齒剛度之比

1.3 增加月牙槽個數(shù)方案

通過對比計(jì)算600 MW 和660 MW 轉(zhuǎn)子在增加月牙槽個數(shù)以后，靜止?fàn)顟B(tài)和額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)大齒和小齒方向剛度對比，評估增加月牙槽個數(shù)對平衡660 MW 轉(zhuǎn)子靜態(tài)剛度的效果。

根據(jù)表4 和表5 的計(jì)算結(jié)果可見，增加月牙槽個數(shù)并不能改變轉(zhuǎn)子車削狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子平衡剛度。其原因是：月牙槽計(jì)算中考慮轉(zhuǎn)子銅線在額定轉(zhuǎn)速下對剛度有貢獻(xiàn)，月牙槽的深度有一部分是用來平衡轉(zhuǎn)子銅線的剛度。不論開多少個月牙槽，額定轉(zhuǎn)速和車削狀態(tài)只相差轉(zhuǎn)子銅線的剛度，而銅線的幾何尺寸和位置沒有變化，因此剛度差也不會因?yàn)樵卵啦蹅€數(shù)改變。但常規(guī)600 MW 轉(zhuǎn)子在車削狀態(tài)下的剛度比更接近1.0。

2 結(jié)語

（1）轉(zhuǎn)子開槽之后產(chǎn)生的剛度不平衡，是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子加工時產(chǎn)生跳動的原因。跳動最大值發(fā)生在斜45°方向。

（2）改進(jìn)型660 MW 轉(zhuǎn)子通過加深月牙槽方式能夠使車削工況的不平衡剛度減小，但也增大了額定轉(zhuǎn)速下的不平衡剛度。如果加深月牙槽，可能會導(dǎo)致額定轉(zhuǎn)速產(chǎn)生更大不平衡剛度。（3）增加月牙槽個數(shù)對改變靜止工況的平衡剛度無影響。