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水轮发电机定子机座结构与加工分析蔡永辉

发表时间：2021/7/27 来源：《基层建设》2021年第14期作者：蔡永辉

[导读] 定子机座是水轮发电机的重要结构部件之一，对水轮发电机的高效与正常运行有着重要的影响

        潮州市汇能电机有限公司广东潮州 521000
        摘要：定子机座是水轮发电机的重要结构部件之一，对水轮发电机的高效与正常运行有着重要的影响。本文将通过对水轮发电机定子机座的结构特点分析，围绕水轮发电机定子机座的加工及其具体工艺进行研究，以供参考。
        关键词：水轮发电机；定子机座；结构；加工；分析

        定子机座在水轮发电机工作运行中，能够对定子铁心以及定子线棒起到较好的固定和支撑作用，从而对水轮发电机的安全与正常运行进行支持。其中，根据水轮发电机定子机座的结构情况，按照不同的型式划分，定子机座主要包含整圆式与分瓣式两种不同的结构类型，并且这两种结构型式的定子机座均是采用钢板进行焊接形成的。通常情况下，定子机座是采用大齿压板的结构形式，由机座结构中的各层环板通过盒型筋以及贯通钢管、立筋等进行连接组成形成，它不仅能够满足定子机座的刚度与强度需求，进行上机架以及有关构件的作用承受，而且能够对定子铁心运行中所产生的热膨胀作用及其影响进行适应，避免铁心发生翘曲等。此外，在水轮发电机的定子机座加工中，根据其内径大小与加工条件等因素，对定子机座的内径则可以划分成加工与气割两种不同的情况类型，在具体加工与研究中应引起重视。下文将通过对水轮发电机定子机座的结构特点分析，围绕其具体加工及有关要点进行研究，以供参考。
        1、水轮发电机定子机座的结构特点分析
        如下图1所示，即为水轮发电机的定子机座剖面结构示意图。根据该图不难看出，水轮发电机定子机座整体是由钢板进行焊接形成，一般为7层环板与垂直钢筋板、机座外壁、以及多个等距分布的垂直斜元件等组成，在水轮发电机的定子结构中，需要在外侧对空气冷却器的附件进行承载，内侧则需要对定子铁心与绕组进行承载，从而对水轮发电机的定子结构完善性以及水轮发电机组的正常运行进行支持。值得注意的是，与整圆式结构的定子机座不同，分瓣式定子机座在加工过程中，是通过场内预装和施工现场组圆焊接实现的，它不仅能够为定子机座现场组装与焊接的顺利实施进行支持，而且对其在水轮发电机组中的正常运行使用也具有较为积极的作用和影响。

        图1 水轮发电机定子机座的剖面结构示意图
        1.1整圆式定子机座及其结构特点分析
        整圆式定子机座的外壁一般是圆形或者是等边的多边形，其环板之间的垂直立筋为径向分布，并且在对整圆式结构的定子机座设计中，根据其结构特点以及运输的需求，可通过将整个机座设置为上下环板与大齿压板的结构形式，同时在环板之间进行盒型筋与长方形立筋设置，以满足其结构设计与运行使用的有关需求。整圆式结构的定子机座，在定子铁心外径不高于3m的情况中应用较多，且适用性表现较为突出，并且其机组的额定转速相对较高，但机组额定容量则比较小，是以悬式机组为主。在对整圆式结构的定子机座进行组合焊接前，需要对定子机座各层环板的固定贯通钢管孔进行加工和处理，对基础与底环的连接则需要在定子机座整体焊接完成后进行退火处理、振动时效以消除残余应力。
        1.2分瓣式定子机座及其结构特点分析
        分瓣式结构的定子机座在分瓣部位进行合缝板设置，并使用螺栓对其连接组合形成一个整体。此外，早期的分瓣式定子机座是采用工厂组合焊接模式进行加工制成的，由工厂对定子机座的各结构部件进行组合形成一体，再进行叠片与嵌线加工，随着分瓣式定子机座结构设计与加工的不断改进，逐渐演变为在施工现场进行组合焊接形成整圆后，并进行叠片与嵌线的操作模式，从而对定子机座的整体刚度及其电机性能进行改善。通常情况下，分瓣式定子机座在铁心外径高于3m的定子机座结构设计中应用较多，并且根据其直径大小不同，对其分瓣设计也存在较大的差异。其中，分瓣数量越多的分瓣式定子机座，其发电机组的额定容量则越大，而其额定转速则相对较低。分瓣式定子机座的结构设置中，为便于进行加工和完成工厂内组装，其结构通常以大齿压板为主，并且在合缝部位设置小的合缝板和定位销钉等，以对其在施工现场的组合安装与焊接操作提供支持，在对定子机座的底板与基础板连接进行整体焊接完成后，也需要进行消除应力处理；对定子机座的下环板进行工厂内加工中，应确保其平整，并且对其进行焊接后作为拼接实施的主要基准面，同时也是定子叠片的重要基础平台，为定子机座的加工及其各构件连接安装提供良好的支持。
        2、水轮发电机定子机座的加工研究
        根据上述对水轮发电机定子机座的结构与特点分析，在进行水轮发电机定子机座的加工中，应注意从定位筋的安装与焊接以及对整圆式、分瓣式等不同结构形式的定子机座具体加工上进行详细分析。
        2.1 对定位筋的安装与焊接工艺分析
        将水轮发电机定子机座的各结构部件运至施工现场后，需要在施工现场对其进行安装组合与焊接、叠片处理。其中，对机座与铁心之间则是采用双鸽尾的浮动式定位筋进行连接和固定，从而对定子机座安装应用基础上的发电机组长期运行及其可靠性进行支持，同时对铁心整体性进行改善和提升，有效解决铁心热膨胀的影响。值得注意的是，在进行双鸽尾式的定位筋安装与焊接中，主要是通过将机座的高度方向划分成上、中、下三段不同的铁心段，并在进行对应工艺铁心段的内径与槽型等尺寸调整基础上，对定位筋位置进行确定，以进行定位筋的托块焊接，从而对定子铁心的尺寸合格性以及定位筋托块焊接质量进行保障。在对定位筋托块的焊接中，主要采用二氧化碳气体保护焊进行焊接支持，从而对其焊接质量和效果进行保障。
        2.2 不同结构型式的定子机座加工分析
        对不同结构型式的定子机座加工分析，主要是针对整圆式与分瓣式定子机座的加工进行研究。其中，在进行整圆式定子机座的加工中，由于这类定子机座的外径均小于6m，属于直径尺寸较小的定子机座，多是由普通的立车进行大齿压板平面以及各层环板内径加工，并且为确保其加工质量，根据有关要求可通过厂内加工或者是工地加工方式进行，即通过数控镗床进行编程加工，以满足其定子机座加工的具体要求，或者是以加工后的环板内径为基准，对螺孔位置进行划线确定后，利用钻床进行加工，从而达到相应的定子机座加工目的。而对分瓣式定子机座的加工，则通过将定子机座分瓣运送至施工现场后，在施工现场进行定子机座安装与焊接操纵，使其形成整圆后，再进行叠片等，以满足其加工需求。
        3、结束语
        总之，对水轮发电机定子机座结构及其加工的研究，有利于促进水轮发电机定子机座的结构及其加工发展逐步规范化与系列化，从而有效降低定子机座的加工成本，提高其产品加工的质量和效果，为水轮发电机的正常工作与高效运行提供良好的支持，具有十分积极的作用和意义。
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