張河灣抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子安裝出現(xiàn)的問題及解決方法

王國柱1,2，林志宏1

（1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003；2.河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

1 概述

張河灣蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測魚鎮(zhèn)的甘陶河干流上。電站距石家莊市直線距離53km，公路里程77km，距井陘縣城45km。電站總裝機(jī)容量1000MW。本電站并入冀南電網(wǎng)，擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用任務(wù)。

電站設(shè)計(jì)安裝4臺(tái)250MW發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，由VOITH-FUJI供貨，由中國水電四局機(jī)電安裝分局負(fù)責(zé)安裝，發(fā)電電動(dòng)機(jī)為半傘式（具有上、下導(dǎo)軸承，推力軸承在下部）、三相 、立軸、空冷、可逆式同步電機(jī)，帶有空氣冷卻器的閉路循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)與水泵水輪機(jī)軸采用法蘭螺栓連接。發(fā)電電動(dòng)機(jī)組主軸采用分段軸結(jié)構(gòu)。機(jī)組消防采用水噴霧滅火系統(tǒng)。

2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該電站轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子中心體、磁軛和磁極組成。轉(zhuǎn)子中心體與立筋為整體圓盤式焊接結(jié)構(gòu)。整個(gè)中心體有9個(gè)立筋，即隔一個(gè)磁極位置有一個(gè)立筋。磁軛疊裝在施工現(xiàn)場進(jìn)行，磁軛由2mm厚的沖片堆疊而成，整個(gè)圓周每層6張沖片，采取每四層錯(cuò)疊一個(gè)磁極位置的方法疊入。設(shè)計(jì)磁軛高度為2920±2mm。按照廠家設(shè)計(jì)工藝，分別在磁軛高度為750mm（第一次壓緊）、1500mm（第二次壓緊）、2250mm（第三次壓緊）和2920mm（第四次壓緊）四個(gè)階段進(jìn)行壓緊。其中廠家設(shè)計(jì)第一次壓緊和第三次壓緊只是對(duì)磁軛內(nèi)側(cè)的9個(gè)立筋位置用M36的螺栓進(jìn)行壓緊。另外兩次（第二次和第四次）壓緊則是通過162根M36的螺栓和9根M20的螺栓對(duì)整個(gè)磁軛進(jìn)行壓緊。擰緊扭距都為800N-M，轉(zhuǎn)子上、下壓板均為分塊式結(jié)構(gòu)。其中下壓板9塊，安裝時(shí)通過臨時(shí)布置在其底部的支撐進(jìn)行調(diào)平。磁軛堆疊過程中應(yīng)隨時(shí)監(jiān)控其水平度是否變化，尤其是在每次壓緊后都應(yīng)檢查并調(diào)整其符合要求。在每個(gè)立筋位置的磁軛內(nèi)部有一塊上壓板，磁軛堆疊完成后，將其連同磁軛一起把緊，在其上部還設(shè)計(jì)有一橫鍵插入立筋上的掛鉤內(nèi)，此壓板同時(shí)具有防止磁軛鍵跳出的作用。在磁軛外部有一圈厚度為20mm的分塊式壓板，將磁軛牢牢壓住。軸向通過兩對(duì)T型鍵將立筋與磁軛固定，徑向則是在立筋和磁軛之間塞入彈簧板，將立筋背后的頂絲把緊，以使彈簧板變形，從而達(dá)到固定磁軛的目的。轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)9對(duì)磁極，為了避免因疊片過程中鐵片的錯(cuò)位導(dǎo)致磁極掛裝困難，磁極掛裝前要用“鴿尾”狀拉刀對(duì)磁極鍵槽進(jìn)行拉銑。磁極與磁軛之間采用上、下兩對(duì)徑向鍵來固定。

3 安裝過程中出現(xiàn)的問題及解決方法

（1）磁軛沖片運(yùn)輸途中受損。2006年11月12日，VFH所供的轉(zhuǎn)子組裝設(shè)備等150箱到達(dá)天津新港。由于在從日本到天津的運(yùn)輸途中，遇上風(fēng)浪，貨物出現(xiàn)不同程度的破損。其中65箱是轉(zhuǎn)子磁軛沖片，通過與廠家協(xié)商，決定由廠家負(fù)責(zé)對(duì)其中受損的磁軛沖片進(jìn)行現(xiàn)場處理。處理主要是平整、去毛刺和浮銹。處理了8760片，其中有136片受損嚴(yán)重?zé)o法修復(fù)。1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子疊片是用處理過后的磁軛沖片

（2）磁軛緊度不夠。該電站抽水蓄能機(jī)組設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速333.33rpm，轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)9對(duì)磁極，磁極外徑2770mm,每個(gè)磁極重約6.5t。這就意味著，機(jī)組運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子磁軛不僅是內(nèi)部與轉(zhuǎn)子中心體立筋連接的部位要承受由自身重量和磁極重量帶來的徑向力；磁軛外部與磁極連接的部位還要承受因磁極重量和機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的巨大雙向離心力。為此，磁軛的緊度至關(guān)重要。

該電站1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子安裝過程中,當(dāng)將磁軛堆疊至設(shè)計(jì)高度，并按照廠家設(shè)計(jì)扭矩要求將磁軛永久螺桿把緊之后發(fā)現(xiàn)：上、下部磁軛仍然存在約2mm的間隙。如圖1所示,用“一”字螺絲刀可以輕松插進(jìn)磁軛當(dāng)中。

圖1 磁軛緊度檢查

檢查磁軛內(nèi)部發(fā)現(xiàn)磁軛緊度同樣不能滿足要求。磁軛緊度不夠不僅會(huì)導(dǎo)致磁軛與轉(zhuǎn)子中心體立筋之間、磁極與磁軛之間的連接不夠牢固，影響機(jī)組的安裝質(zhì)量而且還會(huì)對(duì)后續(xù)磁極鍵槽的拉銑造成困難。如圖2所示，磁極鍵槽拉銑過程中，拉刀將一張張磁軛層層翻起，不僅導(dǎo)致拉銑時(shí)間延長，更重要的是磁極鍵槽的拉銑質(zhì)量不能滿足磁極安裝要求。

圖2 磁極鍵槽拉銑時(shí)磁軛層層翻起

施工現(xiàn)場經(jīng)過反復(fù)檢查磁軛沖片厚度，發(fā)現(xiàn)磁軛沖片內(nèi)、外薄、中間厚是造成此不良現(xiàn)象的直接原因。在用廠家到貨的厚度為1mm的補(bǔ)償片進(jìn)行多次調(diào)整都未達(dá)到要求的情況下，當(dāng)時(shí)采取了3種措施進(jìn)行補(bǔ)救：①加工楔形補(bǔ)償片塞入磁軛間隙中，即將廠家提供的厚度為2mm的磁軛沖片切下，到加工廠磨成前端為1mm的楔型片將其塞入磁軛當(dāng)中。如圖3所示。②在磁軛堆疊過程中，將原來廠家設(shè)計(jì)的第一次壓緊和第三次壓緊時(shí)只壓緊磁軛內(nèi)部9根M36螺桿的方法，改為采用162根螺栓全部壓緊，從而避免由于磁軛過高使壓緊力不能傳遞到磁軛底部的影響。③增加永久螺桿的扭鉅。在滿足永久螺桿材料的屈服強(qiáng)度σy和安全系數(shù)Sf的前提下將原來設(shè)計(jì)扭矩800N-m提高到1000N-m。從而增加片間壓力。

圖3 疊片過程中加入楔形片

事實(shí)證明，采取上述措施后，磁軛緊度有了很大的改觀，測量間隙由4～5mm縮小為1.5～5.5mm，現(xiàn)場督導(dǎo)確定再在轉(zhuǎn)子上端向下測量約220～250mm處再加2mm的楔形片兩層，個(gè)別位置加4層小片（僅1處）和3層小片（4處）。

2007年4月8日完成加片，4月9日完成壓緊，滿足了廠家設(shè)計(jì)要求，有效保證了磁軛與轉(zhuǎn)子中心體之間的連接及磁軛和磁極之間的連接質(zhì)量。

（3）分塊式下壓板的調(diào)整。該蓄能電站轉(zhuǎn)子制動(dòng)環(huán)直接用螺栓與下壓板把合，所以安裝時(shí)下壓板的水平度將直接影響后續(xù)制動(dòng)環(huán)安裝的水平度。轉(zhuǎn)子組裝時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子中心體在支撐上調(diào)平后，按照標(biāo)記安裝下壓板，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使其徑向水平度≤0.5mm，軸向波浪度≤1.5mm。檢查下壓板與立筋、下壓板與掛鉤之間的間隙符合要求后進(jìn)行磁軛堆疊。首先將磁軛堆疊至約100mm高。用導(dǎo)向銷釘檢查壓板和磁軛的螺栓孔是否同心，若不同心則進(jìn)行調(diào)整。再次檢查下壓板的水平度符合要求后繼續(xù)進(jìn)行磁軛堆疊。當(dāng)堆疊至第一次壓緊高度后，穿入臨時(shí)壓緊螺桿并對(duì)稱把緊。把緊后檢查發(fā)現(xiàn)下壓板的水平度較差，分析其原因是因?yàn)椋焊鲏K壓板之間沒有任何關(guān)聯(lián)，壓緊過程中，不同位置的螺栓將相應(yīng)位置的壓板提起且提起的高度不一。為了保證磁軛壓緊過程中螺栓的拉緊力矩一致，磁軛壓緊均勻，各塊下壓板的水平度應(yīng)該保持一致。為此，如圖4所示，安裝單位制作了專門的小擋塊，在磁軛壓緊前，下壓板波浪度符合要求的前提下，將其搭接焊在相鄰的兩塊下壓板上，從而將各分塊下壓板連成一個(gè)整體，這樣，螺栓壓緊時(shí)，各塊壓板一起受力，從而保證整個(gè)一周磁軛的壓緊度一致。磁軛壓緊結(jié)束，拆出臨時(shí)壓緊螺桿，檢查下壓板波浪度符合要求后即可以繼續(xù)進(jìn)行磁軛堆疊。當(dāng)磁軛最終疊裝完成，壓緊結(jié)束，永久螺桿全部安裝完畢，并按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)扭矩打緊后，再次檢查下壓板的水平度及各分塊壓板的波浪度依然符合設(shè)計(jì)要求。此時(shí)即可磨去小擋塊。

圖4 各分塊壓板之間搭焊小擋塊

4 結(jié)語

該蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)采用進(jìn)口設(shè)備，國內(nèi)安裝單位對(duì)設(shè)備制造廠家的設(shè)計(jì)理念、制造水平知之甚少。1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子安裝過程中遇到的幾個(gè)問題是也是安裝單位首次遇到，在進(jìn)行處理的同時(shí)施工周期被大大延長，業(yè)主單位積極協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、廠家和施工單位的關(guān)系，合理安排工期，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題一查到底，1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子經(jīng)過現(xiàn)場處理，滿足了生產(chǎn)廠家的工藝標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過近五年的運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)符合合同要求。