抽水蓄能机组定、转子气隙调整值分析

衣 然，兰 波，杨国昌



抽水蓄能机组定、转子气隙调整值分析

衣 然，兰 波，杨国昌

（水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨 150040）

抽水蓄能机组的定、转子气隙计算准确性会影响机组运行的稳定性和各项参数，本文利用有限元方法建立了定、转子的模型，合理地对其边界条件进行了模拟和计算，并根据机组的安装流程来计算出准确的气隙安装值，以此来保证机组运行时的气隙值达到设计值。

抽水蓄能机组；气隙；有限元方法

0 前言

蓄能机组的定、转子气隙大小会影响到机组的很多参数，例如短路比、直轴瞬变电抗、励磁电压和励磁电流，这些参数都会随着气隙的大小进行变化，这些参数的变化更进一步地影响到机组在系统运行中的静态稳定性和温升关键数值，各大电站对气隙值的保证越来越看重。

设计中给出的气隙值应为在机组额定运行工况时定、转子的气隙值，而安装气隙并非是设计气隙。考虑到静止工况时转子热打键使磁轭膨胀、过速实验时导致的磁轭残余变形和额定运行时定、转子的膨胀量不一致等因素，气隙的安装值应为气隙设计值+气隙调整值，气隙的调整值计算准确与否直接关系到了机组运行时的气隙值大小。

1 计算工况

本文采用有限元方法对定、转子气隙的计算进行了模拟，文中考虑了定、转子在额定运行和静止状态时受到的各种载荷，给出精确的气隙调整值以保证在额定运行工况中气隙能够和设计值吻合，保证机组的稳定运行。

以某抽水蓄能机组为例，考虑了如下的工况进行气隙调整值的计算：

（1）过速实验时磁轭的残余变形计算；

（2）静止工况时由于重力和热打键导致的磁轭膨胀量计算；

（3）额定工况时在重力、热打键、转速和温度载荷的作用下磁轭膨胀量计算；

（4）额定工况时在扭矩和温度载荷的作用下定子铁心膨胀量计算。

2 各个工况计算结果

2.1 转子部分的计算

（2）静止工况磁轭的径向变形计算

图1 静止工况转子支架和磁轭径向变形分布

图2 静止工况下磁轭外圆径向变形值沿轴向分布曲线

（3）额定工况磁轭的径向变形计算

图3 额定工况在温度载荷K的作用下磁轭径向变形分布

图4 额定工况（不包含温度）磁轭变形径向分布

图5 额定工况（不包含温度）磁轭外圆径向变形值沿轴向分布曲线

图6 额定工况（将温度和磁轭残余变形计在内）磁轭外圆径向变形值沿轴向分布曲线

2.2 定子部分的计算

3 结果汇总

通过以上的计算结果来看，定、转子在运行工况时其径向变形在对应的轴向坐标上并非是一个均匀值，但由于气隙安装的调整方式和结构型式的原因，在进行气隙调整时按照一个平均值对转子进行调整，如表1定、转子气隙的调整平均值所示。

图7 额定工况下定子铁心的径向变形分布

图8 额定工况下定子铁心径向变形值沿轴向分布曲线

表1 气隙调整平均值

注：表中转子额定工况磁轭外圆的径向变形值=转子在额定工况下由重力、扭矩和额定转速引起的磁轭变形+由温差引起的磁轭变形+由残余变形引起的磁轭变形。

将定、转子气隙调整值按轴向变化的曲线与气隙调整平均值放在同一曲线图内作对比参考来看，可以看出两个曲线之间的最大偏差值为0.28mm，这个偏差值与气隙（39mm）相比误差在0.7%，这个偏差可以被接受，故在按照气隙调整平均值进行安装完全满足要求。

图9 定、转子气隙调整值按轴向变化的曲线与气隙调整平均值对比

[1] 白延年水轮发电机设计与计算[M]. 机械工业出版社, 1982: 289-305.

[2] 王国强. 实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M]. 西北工业大学出版社, 2001: 48-77.

The Analysis of Air Gap Between Stator and Rotor Adjustment for Pumped-storage Machine

YI Ran, LAN Bo, YANG Guochang

（State Key Laboratory of Hydro-power Equipment, Harbin 150040, China）

The air gap between stator and rotor is very important for pumped-storage machine stability and various parameter. The stator and rotor model is created by finite element program. The boundary condition is suitable to simulate the calculation model. The installed value of air gap is calculated by the pumped-storage machine installation sequence. The calculation is ensure to the air gap satisfying the design valure.

pumped-storage machine; air gap; finite element method

TM312

A

1000-3983(2014)03-0019-03

抽水蓄能国家科技支撑计划(2011BAF03B02)大型抽水蓄能机组发电电动机研制

2013-08-17

衣然（1981-），2003年毕业于哈尔滨工业大学机械制造及其自动化专业，现从事发电机组结构设计和强度、振动分析工作，工程师。

审稿人：李志和