透平发电机转子

透平发电机转子按转速的不同，可分为全速二极 转子(转速为3000r/min或3600r/min)和半速四极转 子(转速为1500r/min或1800r/min)。 轴及铁芯透平发电机转子由于在高速下旋转， 离心力较大，因此不管是二极转子或四极转子，磁极一 般采用隐极式。在一定冷却条件下，透平发电机单机容 t的提高，受到转子直径和转子长度的限制，而转子直 径受锻件机械强度的限制，其长度受到刚度的限制。采 用氢内冷和水内冷技术，为进一步提高单机容量提供 了条件。 转子需承受从原动机传递来的转矩，其中绝大部 分转化为电磁转矩，一小部分用来带动励磁机，其余部 分则转化为机械损耗及某些附加损耗。当发电机二相 或三相突然短路时，由于定子绕组中电流突然增大，电 磁转矩随之骤增，转子所受的瞬时转矩，较额定转矩骤 增好几倍(一般约4~8倍). 由于转子的自重在支承之间各部位产生弯矩，在 下部截面引起拉伸应力，在上部截面引起压缩应力。因 此转子旋转时，各截面上由弯矩引起的应力具有交变 的性质，系对称循环的应力。 的导磁性能，钒在0.25%以内对材料磁性也无直接形 响，其他合金元素会削弱材料的磁性，碳对导磁性能影响最大。

透平发电机转子(turbogenerato:rotor) 是透平发电机的旋转部分。主要由导电的转子绕 即励磁绕组(包括引线、集电环)，导磁的铁芯(大. 齿和扼部)以及转子轴伸、护环、中心环和风扇等组 。其作用是在励磁绕组中通人励磁电流产生磁场，书 动机带动下旋转，切割定子绕组，感应出交流电动 分类按转子绕组冷却方式的不同，透平发电机车 可分为空气外冷、氢外冷、气体内冷和水内冷等部分。

下面介绍国外几家著名公司的典型全氢冷透平发电机。

2 美国西屋公司的新系列模块化全氢冷透平发电机

20世纪80年代中期，美国西屋公司根据它对90年代以后电力工业需要的预测，开始进行新系列100~600MW全氢冷透平发电机的设计(图1)。整个系列有3组直径，包括200多个规格的60Hz发电机及200多个规格的50Hz发电机。对每组而言，转子外径Dr、定子铁心内径Db、定子槽底直径Dsb、定子铁心外径Dc和机座外径Dl，均保持不变，改变定子铁心、转子本体长度(轴向长度增量为101.6mm)或定子槽形，就可以获得一种新规格发电机。到90年代中期，西屋公司完成了整个系列透平发电机施工设计，试制样机也已投入运行。

2.1 冷却系统

该系列透平发电机采用全氢冷系统。氢压为0.414MPa，对燃气轮机拖动的较小发电机可在0.21MPa下运行。在定子绕组，氢气通过布置在两根罗贝尔线棒间的一排矩形薄壁不锈钢管，从线圈边的一端流到另一端，即采用轴向冷却方式。在转子绕组方面，氢气从两端通过空心导线进入，然后从转子中部排入气隙。在发电机汽端，一台多级轴流式风扇吸入来自气隙、铁心、定子线圈的氢气，以及经过管道来自出线盒的氢气，并将氢气送入两台立式氢气冷却器中，冷却后，氢气又从两端进入定子线圈、转子线圈、定子铁心和定子连接线。流经连接线的氢气进入出线套管后再进入出线盒。

先进的全氢冷透平发电机

众所周知，氢气是一种良好的冷却介质，具有密度小、比热高、导热率大等优点。氢气的这些优点很早就引起电机工程界的注意。1913年，德国西门子公司提出用氢气作为电机的冷却介质，还制作了一个模型进行试验，但因试验中发生氢气爆炸而中途夭折。继后，德国学者舒勒(M.Schuler)和西屋公司工程师费尔德(Field)、吉尔曼(Gilman)、纽伯里(Newburry)等相继对氢气冷却电机进行过分析和实验研究。1923年，美国通用电气公司(GE)开始对氢冷电机进行实验研究。1926年，GE公司制成世界上第一台试验型氢外冷汽轮发电机(50MW)。1928年，西屋公司改制成首台氢外冷汽轮发电机(6MW)。同年，西屋公司制成首台工业用氢外冷同步调相机(15MVA)。从1930年后，GE公司和西屋公司正式承接氢外冷汽轮发电机的订货，批量生产氢外冷汽轮发电机。欧洲和前苏联的电气公司从1937年后也开始生产氢外冷汽轮发电机。

在开发氢外冷汽轮发电机的同时，国外一些公司又开展了直接氢气冷却(氢内冷)汽轮发电机的研究。1951年，美国AllisChalmers公司率先制成定子表面空冷、转子氢内冷的试验型汽轮发电机(60MW)。1953年，GE公司、西屋公司和德国AEG公司分别研制成转子氢内冷的汽轮发电机。第2年，AllisChalmers，GE和西屋公司相继研制成定、转子绕组均采用氢内冷的汽轮发电机。而在欧洲国家和前苏联，各主要电气公司或工厂从1954年后也开始生产氢内冷汽轮发电机。

1956年定子水冷汽轮发电机在英国问世，两年后转子水内冷汽轮发电机在中国诞生。水冷技术的诞生，使大型汽轮发电机的冷却系统呈现多元化格局，各个公司根据用户需要和本公司技术特色、经验，发展不同的定转子绕组冷却系统。美国西屋公司对氢冷技术情有独钟，在100~1000MW的广大范围内采用全氢冷方式;美国GE公司在100~350MW内采用了全氢冷方式，而在300~1200MW范围内多采用水氢冷却系统;西门子公司在120~250MW间采用全氢冷方式，而在大于250MW的范围内则发展了水氢冷却和全氢冷却两大系统，其中THRI，THDI和THDD系列透平发电机为全氢冷系统，涵盖69MVA到830MVA;ABB公司仅在100~250MW范围内采用全氢冷方式;Alsthom公司的透平发电机技术与ABB公司类似，公司也只在中等容量机组中采用全氢冷系统。

20世纪80年代后，燃气轮机技术取得重大进展，大型燃气轮机的诞生和推广应用点燃了人们研究较大容量新型全氢冷透平发电机的热情，也因此近年来全氢冷透平发电机技术取得了长足进步。