[发明专利]一种用于水轮发电机的磁悬浮减载装置

说明书

本发明公开了一种用于水轮发电机的磁悬浮减载装置，包括铁芯、设置在所述铁芯下侧面的多个环形的绕组和设置在铁芯下方并与绕组存在工作气隙的衔铁，所述铁芯固定设置，围绕水轮机大轴安装并与之保持间隙，所述衔铁固定安装在水轮机大轴上，铁芯下侧面设置有以水轮机大轴轴心为中心呈同心圆布置的多个环形的铁芯齿部，两相邻铁芯齿部之间为线槽，所述多个环形的绕组分别安装在各线槽中。本发明装置可以抵消水轮机向下的轴向力，从而来降低推力轴承的负荷。在不同的工况下，装置还可以根据推力轴承轴向负荷的变化，调节励磁电流来控制电磁力的大小，这样可以使推力轴承免受波动力的反复冲击，受力稳定，不易损坏，也有利于降低对发电机的干扰。

技术领域

本发明涉及了一种立轴式水轮发电机组中用来克服轴向力的磁悬浮装置，属于水轮发电机系统关键技术和磁悬浮领域。

背景技术

目前，我国电力行业已到了一个繁荣发展时期，这个时期在正朝着规模强大的电网和机组方向发展，并具有高信息化程度和高科技的双高特点。在水利发电领域，我国已建成许多个单机容量700MW级的大型水电机组，并具有了自主研发的能力，但是，由于我国建设水电站地理环境恶劣，小容量的机组无疑会带来一系列问题，发展单机容量1000MW级以上的水轮发电装置可以整合并充分资源，提高经济效益，非常适合我国水利发电的发展现状。《我国“十三五”电力科技二十项重点关注技术》也明确提出“1000MW高性能大容量水电机组技术”是重点关注方向之一。

1000MW级水电机组容量大、尺寸大，其中一个重要的技术难点即是推力轴承。大型水轮机一般都采用立轴式结构，推力轴承是水轮发电机的关键部件，支撑着机组的全部轴向负荷，其性能的优劣对机组性能的发挥起着极其重要的作用。随着装机容量的日益增大，对推力轴承要求更高。而在超大负荷的长期运行下，摩擦和机械牢固性老化更进一步加剧，需要采用更大的PV值和轴瓦面积设计，而轴瓦压力和温度不平衡更会引起部件局部或整体变形，导致推力瓦局部瓦温或整体温升过高，影响推力轴承运行的可靠性。为了优化大型水轮发电机组推力轴承的结构、参数，提高其运行可靠性，大型发电设备制造企业均投入了大量的人力和物力，对推力轴承进行全面的研究。总的来说，推力轴承问题的解决方案可以分为两个技术方向，一方面通过在轴承设计的创新结构和新材料的运用上改进，提高轴承本身的负荷能力，另一方面利用其它技术手段减轻或分散轴承负荷是一种可行的方案。

磁悬浮技术是利用电磁力将物体无机械接触地悬浮起来，是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术(高新技术)。作为一项高科技技术，随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展，受到国内外的广泛关注，应用于磁悬浮列车、磁悬浮轴承、磁悬浮电机及各类特殊应用的领域，并取得了显著的成果。磁悬浮轴承和磁悬浮列车是研究关注最多的两个方向，目前已经进入工业化阶段。这些磁悬浮技术的发展为1000MW级巨型水轮发电机组的悬浮减载提供了理论基础和实际应用的可能。

发明内容

技术问题：为了克服立轴式水轮发电机现有承重装置推力轴承的负荷大、容易老化损坏、维护困难及经济代价大等问题，本发明提出一种结构简单可靠，可以为推力轴承克服大部分或全部轴向力，减少了维护频率、降低了经济成本的用于水轮发电机的磁悬浮减载装置，该装置使轴承负荷大大降低的同时受力稳定，降低由于受力的波动引起的震动损坏及对发电系统的扰动。

技术方案：本发明的用于水轮发电机的磁悬浮减载装置，采用电磁结构悬浮，包括铁芯、设置在所述铁芯下侧面的多个环形的绕组和设置在铁芯下方并与绕组存在工作气隙的衔铁，所述铁芯固定设置，围绕水轮机大轴安装并与之保持间隙，所述衔铁固定安装在水轮机大轴上，铁芯下侧面设置有以水轮机大轴轴心为中心呈同心圆布置的多个环形的铁芯齿部，两相邻铁芯齿部之间为线槽，所述多个环形的绕组分别安装在各线槽中。

进一步的，本发明装置中，所述多个环形的铁芯齿部的齿部径向宽度均不相同，使各铁芯齿部所受力矩相同，各绕组匝数相同。