零間隙雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)下的大型發(fā)電機(jī)定子鐵心疊壓

陳珊英，吳金水，黃小紅

（東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，杭州 310020）

0 前言

國(guó)外比較普遍采用以上下端各疊一段沖片找正上下槽重合中心線為基準(zhǔn)，即以沖片鴿尾槽精度來定位鴿尾筋的裝筋方法。但是機(jī)組安裝實(shí)踐表明這種方法具有費(fèi)時(shí)、繁瑣、不易掌握并且質(zhì)量不易控制等缺陷，所以國(guó)內(nèi)摒棄了這種方法，各自尋求適合自己結(jié)構(gòu)的新工藝。我公司通過借鑒燈泡式貫流機(jī)組的懸浮式雙鴿尾筋疊片方式后，與立式機(jī)組鐵心多次冷中壓相結(jié)合開發(fā)出適合功果橋機(jī)組定子鐵心疊壓的新方法。并應(yīng)用于功果橋項(xiàng)目上達(dá)到了非常不錯(cuò)的效果。該項(xiàng)目首臺(tái)機(jī)已于2011年10月成功發(fā)電。

云南功果橋水輪發(fā)電機(jī)定子采用了我公司特有的零間隙懸浮式雙鴿尾筋及穿心螺桿新結(jié)構(gòu)。由于新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)疊壓工藝也會(huì)有所不同。這種結(jié)構(gòu)是分瓣柔性定子機(jī)座在現(xiàn)場(chǎng)組焊成整體后，使裝焊的托塊和雙鴿尾筋之間徑向間隙為 0，利用機(jī)座本身的柔性能力從而達(dá)到機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行過程中機(jī)座能適應(yīng)和吸收鐵心的熱膨脹而不會(huì)產(chǎn)生鐵心翹曲變形。除了對(duì)雙鴿尾筋的位置精度有極高的要求外，現(xiàn)場(chǎng)壓指的波浪度控制也是鐵心疊壓極重要的因素之一。所以我公司對(duì)現(xiàn)場(chǎng)需要焊接在大齒壓板上的下壓指墊板實(shí)行了配加工，為整圓疊片創(chuàng)造了良好的工作條件。整圓疊片過程中不僅結(jié)合了多次中壓的疊壓方法，而且還通過帶碟形彈簧的非磁性穿心螺桿絕緣結(jié)構(gòu)的最終保壓使鐵心之間很好地貼合成為一個(gè)剛性整體，從而減少局部松動(dòng)、噪聲、發(fā)熱、振動(dòng)，保證了機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 發(fā)電機(jī)主要參數(shù)及定子鐵心主要尺寸

發(fā)電機(jī)型號(hào)為 SF225-64/14700，額定容量為250MVA，額定電壓 15750V，額定功率因數(shù) 0.9，采用空冷密閉雙路循環(huán)通風(fēng)冷卻，額定勵(lì)磁電壓410V，額定勵(lì)磁電流1700A，額定推力負(fù)荷2100t。

定子機(jī)座分6瓣在工地組焊成正24邊形整體，外側(cè)至對(duì)邊16050mm，高3170mm，共有5層環(huán)板1層頂板。定子鐵心內(nèi)徑為Ф13800mm，整圓由52張沖片組成，共624槽；鐵心共分47段，46道通風(fēng)溝，總高度為1780mm；156根雙鴿尾筋，312根穿心螺桿。定子機(jī)座頂板支撐上機(jī)架，下有定子基礎(chǔ)連接。

2 定子鐵心疊壓方法

2.1 鐵心疊壓前期準(zhǔn)備及條件

定子機(jī)座在安裝場(chǎng)完成組焊，內(nèi)部搭平臺(tái)工作空間徑向?qū)?1m，內(nèi)部中心測(cè)圓架重新校準(zhǔn)。雙鴿尾筋、托塊、定子沖片、裝筋?yuàn)A具、量具等零件和工具準(zhǔn)備就緒。

2.2 確定雙鴿尾筋的安裝、調(diào)整、焊接方案

國(guó)內(nèi)外在焊接定位筋上有很大的區(qū)別。

國(guó)外目前在找準(zhǔn)定位筋位置上有三種堆疊沖片的方式：

（1）上下各疊一段工藝鐵心，以整形后的沖片定位筋槽形為基準(zhǔn)；

（2）分上、中、下疊三段工藝鐵心，以整形后沖片的定位筋槽形為基準(zhǔn)；

（3）先安裝大等分基準(zhǔn)定位筋，然后進(jìn)行整圓疊片至 300mm后，再在整形滿足要求的沖片中插入其余的定位筋，并焊好第一層定位筋托塊，以此類推焊接各層托塊。

以上三種方法是以先堆疊部分層的沖片為基準(zhǔn)再調(diào)整焊接定位筋；這種保證鐵心尺寸合格后再進(jìn)行裝焊定位筋的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力且復(fù)雜，而國(guó)內(nèi)則基本上是先調(diào)整焊接好定位筋后再堆疊沖片，即以定位筋為基準(zhǔn)堆疊沖片。這種方法相當(dāng)于架好了骨架然后再上整體，所以具有工期短、易操作、還保證了定子鐵心的整體合格尺寸的優(yōu)勢(shì)。我公司就借鑒了此種方法在功果橋機(jī)組上。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)在廣泛采用有間隙的懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)，但我公司采用的是零徑向間隙懸浮式雙鴿尾筋的形式（如圖1）。通過對(duì)定子鐵心耐波浪度應(yīng)力的計(jì)算，鐵心的耐擠壓應(yīng)力值是鐵心熱應(yīng)力值的 4.6倍（該值大于1即可），按照我公司眾多機(jī)組的實(shí)際業(yè)績(jī)經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)越的防膨脹變形結(jié)構(gòu)，雙鴿尾筋和鐵心之間零間隙對(duì)機(jī)組而言是安全的，此時(shí)定子機(jī)座完全能夠承受和吸收鐵心熱膨脹后擠壓，在1.7MPa的沖片預(yù)壓應(yīng)力下鐵心完全不會(huì)發(fā)生翹曲變形的情況。所以我們?cè)诎惭b雙鴿尾筋時(shí)不用在雙鴿尾筋與托塊之間打入臨時(shí)楔子。

2.3 雙鴿尾筋的安裝、調(diào)整、焊接

在機(jī)座各環(huán)板上劃出雙鴿尾筋分布線，用單頭千斤頂頂住托塊固定在機(jī)座上，并用裝筋調(diào)整工具(如圖2)調(diào)整雙鴿尾筋半徑、向心度、垂直度、弦距，依照先大等分再小等分的原則，先確定并調(diào)整基準(zhǔn)筋，按一定的焊接順序搭焊基準(zhǔn)筋托塊，然后調(diào)整各等分區(qū)內(nèi)的其余雙鴿尾筋，接著按一定的焊接順序焊托塊，進(jìn)行雙鴿尾筋尺寸檢查，合格后，并按一定的焊接順序進(jìn)行雙鴿尾筋托塊滿焊工作。最后進(jìn)行雙鴿尾筋尺寸檢查，雙鴿尾筋焊接完成。

圖1 零間隙懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)

焊接托塊的順序直接影響到雙鴿尾筋的精度，影響到鐵心沖片能否順利疊壓以及疊壓質(zhì)量。為了減少托塊焊接時(shí)雙鴿尾筋的變形量，應(yīng)在不拆除各種調(diào)筋工具時(shí)對(duì)托塊進(jìn)行多遍、跳焊、先徑向后周向的焊接原則。在滿焊完成且冷卻后再拆除工具。調(diào)整性的復(fù)焊后每焊完一遍后應(yīng)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，以便指導(dǎo)下一遍的焊接方向。

圖2 裝筋調(diào)整工具

2.4 大齒壓板的下壓指焊接

由于定子機(jī)座是在現(xiàn)場(chǎng)組焊成一體的，下壓指還未焊接到大齒壓板上，所以雙鴿尾筋調(diào)整完畢后需要鉆孔和焊下壓指塊（如圖3）。

先按調(diào)整好的雙鴿尾筋預(yù)疊一層沖片做為樣板，號(hào)劃?rùn)C(jī)座大齒壓板上的鐵心壓緊螺桿孔位置，并鉆312個(gè)均布的Ф34mm通孔。

再對(duì)帶有墊板的下壓指塊進(jìn)行預(yù)裝，測(cè)量水平，對(duì)壓指下的墊板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配加工，使壓指周向水平偏差≤2mm，徑向水平偏差≤1.5mm，任意相鄰三個(gè)壓指高差≤0.5mm。調(diào)整合格后焊接下壓指墊板于機(jī)座大齒壓板上。

圖3 下壓指塊焊接

2.5 鐵心疊片和壓緊

定子鐵心疊片采用整圓疊片方式，疊片時(shí)采用單片一疊，一圈由52張沖片組成，沖片按順時(shí)針方向1/3搭接方式。首張沖片位于+Y方向，普通沖片厚度為0.5mm。

由于采用的是零間隙的懸浮式雙鴿尾結(jié)構(gòu)，所以疊片時(shí)沖片直接與鴿尾筋靠緊就行。與傳統(tǒng)有間隙懸浮式雙鴿尾筋相比，在工藝上具有多方面的優(yōu)勢(shì)：

（1）省去了每超過一層環(huán)板拔取楔子的這部分麻煩工藝；

（2）疊片時(shí)易操作；

（3）測(cè)量簡(jiǎn)單，無反復(fù)調(diào)整雙鴿尾筋過程，復(fù)測(cè)結(jié)果穩(wěn)定。

零間隙懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)不僅保證了鐵心沖片在整圓上分布更均勻，還大大縮短了工期。

疊片中采用槽楔撐塊，疊片用棒，T型螺桿輔助疊片，用槽樣棒、整形棒、槽形檢測(cè)用棒整形和檢測(cè)槽形，使槽形尺寸得以在安裝公差范圍之內(nèi)。疊片過程中采用4次冷壓的方式提高鐵心的整體性和密實(shí)度，有利于提高鐵心抗翹曲能力。當(dāng)鐵心疊到中壓段數(shù)時(shí)，我們用臨時(shí)小齒壓板加上臨時(shí)螺桿和套筒的冷壓工具（如圖4）裝夾在鐵心的上下端，同時(shí)再用8個(gè)液壓拉伸器在312個(gè)螺桿中的8個(gè)均布拉伸，逐步再換鄰近8個(gè)均布拉伸，這樣一遍加壓后再加壓幾遍，達(dá)到312個(gè)螺桿受力均勻，從而達(dá)到鐵心整體均壓，再測(cè)量各段加壓后高度值控制鐵心高度。

冷中壓的壓力要小于最終壓緊的壓力比較合理（最終壓緊的壓力值為 1.7MPa）。碟形彈簧在這1.7MPa最終預(yù)緊壓力的作用下能夠束縛住在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中鐵心熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力，并且在鐵心高度有所壓縮時(shí)能夠吸收一部分高度保留一定的力作用在鐵心上，使鐵心長(zhǎng)期有效地貼合成一體，提高鐵心剛度，防止鐵心翹曲松動(dòng)。

在疊到一定高度的通風(fēng)槽板后需要安裝絕緣帽，貫穿穿心螺桿長(zhǎng)度方向上于各絕緣帽之間需要安裝絕緣套管使穿心螺桿和鐵心之間保持絕緣。

圖4 定子鐵心疊壓工具

根據(jù)312處碟簧高度和拉緊螺桿伸長(zhǎng)量測(cè)量數(shù)據(jù)綜合后，疊壓完成后碟簧平均高度與設(shè)計(jì)值相差無幾，鐵心拉緊螺桿伸長(zhǎng)量平均值3.06mm也在設(shè)計(jì)值3.13mm公差范圍之內(nèi)。

疊壓過程相當(dāng)順利，鐵心高度、緊度、齒脹、槽形、段長(zhǎng)等均符合設(shè)計(jì)要求。鐵心圓度結(jié)果（整圓36處軸向每層檢查結(jié)果綜合數(shù)據(jù)）如表1。

表1 鐵心疊壓內(nèi)圓半徑測(cè)量公差數(shù)據(jù)表/mm

3 結(jié)論

零間隙懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)和絕緣的穿心螺桿碟簧結(jié)構(gòu)在功果橋機(jī)組的成功安裝應(yīng)用，證明該結(jié)構(gòu)實(shí)際與理論設(shè)計(jì)是一致的，有利于簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)疊壓工藝。液壓拉伸器工具的應(yīng)用不僅節(jié)省了人力物力，而且使鐵心的受力在周向更加均勻，更貼合成為一體，尤其是碟形彈簧預(yù)緊壓力的加載有效防止由于長(zhǎng)期運(yùn)行鐵心松動(dòng)引起的翹曲現(xiàn)象，有利于機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。功果橋定子鐵心疊壓的成功經(jīng)驗(yàn)是我公司零間隙懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用。對(duì)以后的類似大型機(jī)組設(shè)計(jì)和安裝均提供了有益的經(jīng)驗(yàn)，具有較大的實(shí)際參考意義。

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