概念
定子葉片材料
水輪發電機鐵心葉片材料,通常採用矽鋼片。矽鋼片是一種含碳量很低的薄型鋼板。為了得到可行的低磁滯損耗.在特殊控制條件下進行生產。一般純鐵不適用於交變磁場中,主要因為其電阻率小,會引起大的渦流損耗。加入矽元素後,由於矽與鐵形成固溶體型合金,因而提高了電阻率。矽鋼片就是利用電阻率增加,減少由於厚度方向引起的渦流損耗。渦流損耗是與矽鋼片的厚度成比例的,通常鐵心用的矽鋼片厚度為0.35~0.5mm。
在電機中套用的矽鋼片分冷軋和熱軋兩種。冷軋的矽鋼片又分為有取向和無取向兩種。有取向矽鋼片即是各向異性,當磁通方向與軋制方向平行時,其單位損耗特別低,因此是變壓器鐵心的一種理想材料,但在發電機內套用時。其範圍極其有限。無取向矽鋼片即是各向同性,用與各向異性矽鋼片類似的方法軋制而成,在軋制質量、電氣性能等方面與有取向的矽鋼片相比較,具有優越性。因此,在大型水輪發電機的定子鐵心葉片上採用各向同性的冷軋矽鋼片,已成為普遍的做法。有關發電機使用的矽鋼片牌號及性能可參考有關規範或標準。
扇形葉片
設計扇形葉片時.每張葉片上的槽數必須為整數,並使片間接縫處不在齒上。為避免相鄰扇形葉片邊緣搭疊,接縫處應留有0.2~0.25mm的間隙。另外,為防止接縫處槽底錯牙損傷繞組絕緣,應將接縫處的槽底直角處沖成30°倒角2mm。
考慮到疊片方便,扇形片鴿尾槽應比鴿尾筋尺寸大1~1.5mm。通常每張扇形片上開有兩個鴿尾槽,即每張葉片上有兩根鴿尾筋。但有一些電機因選擇槽數的原因,也用一個半槽,即每張葉片上只能布置一根半鴿尾筋。設計時,兩根鴿尾筋之間的距離控制在350~450mm,如果尺寸太小,在結構布置上會造成一定的困難。大型水輪發電機也有採用每張扇形片上開有三個鴿尾槽,如三峽水電站發電機葉片弦長1069.9mm,每張扇形片上布置三個鴿尾槽。
設計扇形葉片時,首先要考慮其疊裝條件,同時必須合理地選擇扇形葉片的數目和尺寸以及每片的槽數。每張扇形葉片可選的槽數為6、7、8、9、10、11、12、13。但一般情況下,都選用9、10、11、12等槽數。定子裝壓時.為了避免扇形葉片的接縫不集中在一處,造成不必要的附加氣隙而影響電磁性能,在疊裝葉片時需要交錯疊裝。為了方便疊裝,通常採用1/2交錯疊裝,但並不十分適合。這樣交錯疊裝,由於接縫面的原因使定子軛截面減少了一半,所以在可能的情況下,採用1/3、1/4和1/5的交錯疊裝方法為宜。
扇形葉片絕緣
由於沖頭和沖模之間必須有間隙,在沖剪時模具的刃口處產生剪下和彎曲,因此葉片的一邊總是有毛刺,即使在新模具開始使用時也存在,有時葉片的毛刺最大可達0.08mm左右。扇形葉片在除去毛刺後即進行絕緣,即將扇形葉片在塗漆機上塗上一層矽鋼片漆,常用牌號有1611號漆,屬於A級。F級牌號為133號漆,漆膜厚度在0.015~0.02mm範圍內。扇形葉片的絕緣用來限制鐵心中的軸向/徑向渦流。
通風槽片
大、中型水輪發電機大都採用徑向通風系統。因此,在定子鐵心段必須設計有一定數量的由通風槽片構成的通風溝。通風槽片由扇形葉片、通風槽鋼及襯口環組成。通風槽片用的扇形葉片材料一般為0.65mm厚的酸洗鋼板。酸洗鋼板表面要求平整、光滑、不得有氧化皮或其他污跡。通風槽片在點焊通風槽鋼時,齒部易產生變形致使碰上定子繞組。因此,通風槽片的槽型需要擴孔,以避免損傷繞組。一般槽型擴孔在直徑方向增加2mm,槽寬方向也增加2mm左右。通風槽片在齒部槽楔部分的尺寸,通常依據比例圖來選取,倒角也為60°,選取尺寸的原則是通風槽片在槽口部分不碰槽楔。
通風槽鋼是形成定子通風溝的主要零件。採用的通風槽鋼高度規格有4mm、6mm、8mm和10mm四種,材料有普通Q235鋼和非磁性鋼兩種。通風槽鋼表面要求光滑,沒有縱向擦傷、裂縫、毛刺和其他外部缺陷;鋼條必須平直,無論是側面或水平面都不允許有波浪形彎曲;鋼條上不允許有氧化膜妨礙點焊;每米長度內鋼條繞縱軸扭轉角度不允許大於5°。
過去中、小型水輪發電機通風槽鋼常用的材料為低碳鋼。近年來,在大、中型水輪發電機中,特別是內冷發電機,電磁負荷值越來越高,端部漏磁通和電樞電流在繞組邊中產生的漏磁通,使通風槽鋼中存在著相當大的漏磁通。尤其是當齒部的磁通密度很高(B0>1.5T)時.在葉片齒部的通風槽鋼對磁通形成相當大的分支路,造成通風槽鋼內損耗增加和發熱。採用非磁性的合金鋼作為通風槽鋼,對減少損耗將起到很大的作用。所以,一些電磁負荷較高的水輪發電機,都採用非磁性的合金鋼作為通風槽鋼。為了降低成本,非磁性通風槽鋼可只用於齒部。因為鐵心軛部的漏磁通是很小的,可以採用普通的通風槽鋼。
通風槽鋼和襯口環現都採用點焊的方法固定於扇形葉片上,點焊間距一般在50~60mm為宜。為了減小風阻,靠近齒部通風槽鋼應彎成內徑為R14的圓弧。注意焊通風槽鋼時的槽鋼彎頭不能伸出葉片,以免損傷繞組。襯口環位於扇形葉片的鴿尾槽處,點焊3點。點焊通風槽鋼和襯口環後,在通風槽鋼表面噴鐵紅醇酸底漆和淺灰色硝基內用磁漆各一層,或按工廠的專門規範噴漆。