三峽水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯安裝技術(shù)

尚培軒

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

1 三峽水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯簡(jiǎn)介

水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯是發(fā)電機(jī)的重要組成部件，是機(jī)組磁路的一部分。它由定子機(jī)座、定子硅鋼片、通風(fēng)槽片、拉緊螺桿等組成。三峽電站是目前世界上容量最大的電站，總裝機(jī)容量32 臺(tái)700MW的水輪發(fā)電機(jī)。其中左岸電站14 臺(tái)，右岸電站12 臺(tái)，地下電站4 臺(tái)。三峽左岸電站ALSTOM 水輪發(fā)電機(jī)是目前世界上最大的水輪發(fā)電機(jī)組。定子鐵芯外徑23100mm，定子鐵芯高度2950.4mm，右岸和地下電站的機(jī)組尺寸也和左岸相當(dāng)。由于尺寸和運(yùn)輸?shù)南拗?，定子機(jī)座被設(shè)計(jì)為分瓣結(jié)構(gòu)，運(yùn)輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場(chǎng)組焊、疊片。

2 定子鐵芯安裝前的準(zhǔn)備工作

進(jìn)行鐵芯安裝前依次進(jìn)行安裝平臺(tái)的搭設(shè)，定子測(cè)圓架的安裝調(diào)整，基礎(chǔ)板的埋設(shè)，地腳螺栓的拉伸試驗(yàn)，定子機(jī)座的組合焊接，定子連接環(huán)的組合焊接。

3 工藝過(guò)程

3.1 定位筋的安裝

定位筋的安裝是定子裝配工作中精度要求高而又復(fù)雜的工作，因?yàn)槎ㄎ唤钍氰F芯的堆疊基準(zhǔn)，而在焊接過(guò)程中，定位筋和機(jī)座又常常發(fā)生變形而影響定位筋的安裝精度，同時(shí)環(huán)境溫度也是影響定位筋安裝尺寸不可忽視的因素。為保證定位筋的安裝質(zhì)量達(dá)到要求，在三峽項(xiàng)目上，定位筋的安裝標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

大等分定位筋要求為：大等分定位筋扭斜＜0.05mm；定位筋半徑公差為+0.20mm～-0.10mm；同一層環(huán)板水平弦距差不超過(guò)0.15mm；同跨距定位筋上、下弦距相差不超過(guò)0.10mm。

焊接前定位筋要求為：定位筋與托塊徑向應(yīng)沒(méi)有間隙；托塊與環(huán)板的間隙應(yīng)＜1mm；定位筋扭斜0.08mm；定位筋半徑公差+0.20mm～-0.10mm；定位筋弦距差＜0.20mm。

焊接后定位筋要求為：定位筋與托塊徑向應(yīng)沒(méi)有間隙；托塊與環(huán)板的間隙應(yīng)＜1mm；定位筋扭斜＜0.10mm；定位筋半徑公差為+0.40mm～-0.10mm；定位筋弦距差＜0.20mm。

三峽所有定子定位筋為雙鴿尾定位筋，每根定位筋由多塊托板固定，托板與機(jī)座環(huán)板焊接。裝配定位筋采用大等分弦距的方法，先安裝和調(diào)整首根定位筋合格后，再以首根定位筋為基準(zhǔn)，調(diào)整其余大跨距定位筋。合格后進(jìn)行跨距內(nèi)定位筋的調(diào)整。首先按照?qǐng)D紙要求位置，安裝調(diào)整第1 根定位筋，用測(cè)圓架測(cè)量其半徑、扭斜、徑向垂直度。用掛鋼琴線的方法測(cè)量其周向垂直度，尺寸和位置檢查合格后，點(diǎn)焊托板。以第一根基準(zhǔn)筋為準(zhǔn)，安裝和調(diào)整其余大跨距定位筋，使用內(nèi)徑千分尺測(cè)量其弦距，尺寸合格后點(diǎn)焊托板。大跨距內(nèi)在每?jī)筛ㄎ唤钪g均勻安裝其余根定位筋，用弦距樣板調(diào)整其弦距，使用內(nèi)徑千分尺調(diào)整其半徑。

定位筋托塊焊接采用CO2氣體保護(hù)焊，由多名焊工對(duì)稱跳躍焊接，托板兩側(cè)焊縫分3次焊接完成，焊角尺寸不小于圖紙要求。焊縫要求10%PT 檢查，托塊焊接方向及順序如圖1。

圖1 托塊焊接方向及順序

3.2 下齒壓板安裝及下壓板溫度計(jì)的安裝

定位筋安裝完成后，用硅鋼片作樣板，使用進(jìn)口取芯鉆頭和磁力鉆在下環(huán)板上配鉆穿心螺栓孔。整圈疊3層沖片檢查穿心螺桿孔的位置。使用工具將下齒壓板與機(jī)座下環(huán)板臨時(shí)固定，測(cè)量其水平，并按測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)下齒壓板進(jìn)行加工，使加工后的下齒壓板安裝后周向平面度＜2mm，徑向水平＜1.5mm，兩相鄰壓指高差＜0.50mm，合格后焊在下環(huán)板上。焊接后對(duì)尺寸超差的齒壓板進(jìn)行處理，使之合格，并對(duì)焊縫進(jìn)行100%PT。

下壓板電阻溫度計(jì)安裝前使用2500V 搖表測(cè)量1min 絕緣電阻，要求絕緣電阻值＞10kΩ，用惠斯頓電橋檢查電阻值符合要求，電阻值按環(huán)境溫度計(jì)算。按圖紙安裝綁扎測(cè)溫計(jì)后檢查電阻是否短路，并使用500V 搖表測(cè)量1min 絕緣電阻，要求絕緣電阻值＞10kΩ。

3.3 鐵芯疊片及壓緊

定子鐵芯的疊片和壓緊根據(jù)鐵芯高度采用分段壓緊形式，每次使用不同的壓緊力。

（1）疊片前測(cè)量大約50 箱沖片高度，計(jì)算鐵芯堆積時(shí)補(bǔ)償齒端背部高差所需的補(bǔ)償片數(shù)量。并在疊片過(guò)程中隨時(shí)抽查沖片厚度。補(bǔ)償片共有四種規(guī)格。要求使用時(shí)相鄰兩段補(bǔ)償片不能同型號(hào)，以便最大程度地減小鐵芯內(nèi)部氣隙。同時(shí)階梯段不能疊入補(bǔ)償片，補(bǔ)償片只能位于每段中部。每疊完一小段，需測(cè)量每段的鐵芯高度來(lái)保證設(shè)計(jì)高度公差。根據(jù)預(yù)計(jì)算補(bǔ)償片的分布位置和數(shù)量疊裝補(bǔ)償片，每次壓緊后需測(cè)量鐵芯高度值，計(jì)算周向補(bǔ)償片的分布和數(shù)量，并在下段鐵芯堆積過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)償。最終達(dá)到圖紙要求的鐵芯高度，并且同一縱截面齒端和背部高差不大于5mm。

（2）按照?qǐng)D紙疊階梯片，每層之間沿順時(shí)針?lè)较蝈e(cuò)開(kāi)1/3，疊片高度達(dá)到20mm 時(shí)，插入槽樣棒，每張沖片插2套，槽樣棒伸出高度不超過(guò)100mm，當(dāng)槽樣棒末端達(dá)到疊片表面時(shí)，將槽樣棒向上移動(dòng)。每疊完一小段，按上述要求測(cè)量每段的鐵芯高度，并根據(jù)預(yù)計(jì)算補(bǔ)償片的分布位置和數(shù)量疊裝補(bǔ)償片，每次壓緊后需測(cè)量鐵芯高度值，計(jì)算周向補(bǔ)償片的分布和數(shù)量，并在下段鐵芯堆積過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)償。疊片過(guò)程中對(duì)鐵芯整形的要求，國(guó)內(nèi)和ALSTOM 公司的要求是不同的。國(guó)內(nèi)通常是使用金屬質(zhì)地的槽樣棒和整形棒對(duì)定子鐵芯進(jìn)行整形和定位，ALSTOM 公司則使用質(zhì)地比鐵芯沖片硬度低的環(huán)氧玻璃布板作為槽樣棒的材料，以保證槽樣棒在槽內(nèi)滑動(dòng)的情況下對(duì)鐵芯絕緣不產(chǎn)生損傷。并且不使用整形棒對(duì)鐵芯進(jìn)行整形，只使用塑料錘輕敲鐵芯內(nèi)圓來(lái)保證沖片靠緊定位筋。

（3）疊片至預(yù)壓高度時(shí)，安裝上壓板、壓緊螺栓后，先用勾型扳手交叉擰緊螺母，螺母每次只擰一圈，直到用勾型板手?jǐn)Q不動(dòng)為止。然后用液壓拉伸器擰緊，先確定到達(dá)規(guī)定伸長(zhǎng)值時(shí)的壓力大小，然后開(kāi)始分?jǐn)?shù)次壓緊，直到達(dá)到該壓力。螺母每次轉(zhuǎn)動(dòng)不超過(guò)2 圈。達(dá)到最終的壓力后，還要以最終壓力再擰數(shù)圈，直到螺母幾乎無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)為止。以三峽右岸哈電機(jī)組為例，在鐵芯高度上預(yù)壓分為7次，每次預(yù)壓采用多次并且不同的壓緊力。最終壓緊采用了9 次不同的壓緊力。

4 鐵損試驗(yàn)及其他

定子鐵芯壓緊清理后即可進(jìn)行鐵芯的鐵損試驗(yàn)，試驗(yàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。試驗(yàn)后對(duì)鐵芯再次進(jìn)行拉伸，標(biāo)準(zhǔn)按最終拉伸壓力進(jìn)行。并抽查10%拉緊螺桿的伸長(zhǎng)。對(duì)鐵芯兩端端片進(jìn)行粘接固化。

5 結(jié)語(yǔ)

三峽機(jī)組采用了當(dāng)代最先進(jìn)的技術(shù)，研究這些技術(shù)及對(duì)比國(guó)內(nèi)外不同的技術(shù)方案可以增強(qiáng)我國(guó)在水輪發(fā)電機(jī)技術(shù)上的實(shí)力，為我國(guó)自主設(shè)計(jì)巨型機(jī)組和常規(guī)機(jī)組打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。