大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場安裝工藝研究

周若愚（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場安裝工藝研究

周若愚
（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

摘要：轉(zhuǎn)子是水輪發(fā)電機(jī)的重要轉(zhuǎn)動部件，其作用是產(chǎn)生磁場，主要由中心體、轉(zhuǎn)子支架、磁軛和磁極等組成，通過主軸與下面的水輪機(jī)連接，轉(zhuǎn)子安裝的質(zhì)量直接影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文根據(jù)魯?shù)乩娬巨D(zhuǎn)子特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了扇形支架焊接、磁軛疊裝、大力筋及磁極安裝等工藝，闡述了轉(zhuǎn)子安裝過程中的質(zhì)量控制難點(diǎn)、重點(diǎn)；通過魯?shù)乩娬巨D(zhuǎn)子安裝，總結(jié)了大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場安裝工藝及技術(shù)控制措施，以期對類似大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場安裝提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子；水輪發(fā)電機(jī)；魯?shù)乩娬?；安裝工藝

0引言

魯?shù)乩娬疚挥谠颇鲜〈罄碇葙e川縣與麗江地區(qū)永勝縣交界的金沙江中游河段上，為金沙江中游水電規(guī)劃8個梯級電站中的第7個電站，電站以發(fā)電為主，裝設(shè)6臺單機(jī)容量360MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，電站保證出力為946.5MW，多年平均發(fā)電量為99.57億kW·h，年利用小時數(shù)4610h。

轉(zhuǎn)子由中心體、分瓣支臂、磁軛裝配、磁極裝配及其它附件組成，轉(zhuǎn)子上部與上端軸聯(lián)接，下部與發(fā)電機(jī)主軸聯(lián)接。轉(zhuǎn)子外徑為Ф14063.3mm，磁軛高2270mm，轉(zhuǎn)子裝配總重為847.15t，額定轉(zhuǎn)速為100r/min，飛逸轉(zhuǎn)速為200r/min。轉(zhuǎn)子支臂由5瓣組成，現(xiàn)場組裝時先將轉(zhuǎn)子中心體與分瓣轉(zhuǎn)子支臂把合成整體并焊接成一體；轉(zhuǎn)子磁軛為高強(qiáng)度沖片現(xiàn)場疊壓而成，轉(zhuǎn)子磁軛在現(xiàn)場加熱并進(jìn)行熱加墊套工作，使磁軛熱套在轉(zhuǎn)子支臂上，與轉(zhuǎn)子支臂形成一個整體。磁軛外側(cè)掛裝60個磁極，磁極掛裝完成后在安裝間進(jìn)行整體耐壓試驗(yàn)后吊入機(jī)坑。

轉(zhuǎn)子安裝流程見圖1。

1轉(zhuǎn)子支臂安裝

1.1轉(zhuǎn)子支架組合

（1）轉(zhuǎn)子中心體安裝

將轉(zhuǎn)子中心體支撐吊裝就位，用螺栓將中心體支撐把合在基礎(chǔ)板上，測量并調(diào)整中心體支撐上平面水平不大于0.02mm/m，并檢查支撐與基礎(chǔ)板把合面無間隙。

圖1轉(zhuǎn)子安裝流程圖

將清掃干凈的轉(zhuǎn)子中心體吊放到轉(zhuǎn)子中心體支撐上，測量、調(diào)整轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面的水平。合格后，對稱均勻地將轉(zhuǎn)子中心體用工具螺栓固定到轉(zhuǎn)子中心體支撐上。檢查中心體支撐上平面與轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面之間是否存在間隙，用精密水準(zhǔn)儀測量中心體下法蘭水平度，應(yīng)不大于0.03mm/m。以轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面內(nèi)鏜口為基準(zhǔn)，利用吊鋼琴線的方法檢查中心體上、下止口的同心度（鋼琴線直徑為φ0.30mm）。

（2）測圓架安裝

安裝轉(zhuǎn)子測圓架前，復(fù)查轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面水平度，并清理轉(zhuǎn)子中心體上法蘭面。將中心測圓架組合成一整體，清理轉(zhuǎn)子測圓架中心柱法蘭面，利用止口及連接螺栓，將測圓架中心柱初步固定在轉(zhuǎn)子中心體上法蘭面。在測圓架大軸相互垂直的兩個方位上,懸掛兩條直徑為0.30mm鋼琴線,調(diào)整測圓架中心柱的垂直度，要求測圓架中心柱垂直度不大于0.02mm/m。

以轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面止口內(nèi)圓為基準(zhǔn)，將轉(zhuǎn)子測圓架與中心體下法蘭內(nèi)鏜口的同心度調(diào)整到0.05mm以內(nèi)。復(fù)查轉(zhuǎn)子測圓架中心柱的垂直度，利用止口及連接螺栓，將轉(zhuǎn)子測圓架中心柱把合在轉(zhuǎn)子中心體上法蘭面。

吊裝轉(zhuǎn)子測圓架的止推軸承，并將止推軸承固定在中心柱上。組合轉(zhuǎn)子測圓架支臂，將測圓架支臂吊放在止推軸承上，并采用加配重塊的方式調(diào)整測圓架支臂的水平，其水平度應(yīng)不大于0.02mm/m。測圓架調(diào)整后，要求利用中心測圓架轉(zhuǎn)臂重復(fù)測量圓周上任意點(diǎn)的半徑誤差不得大于0.02mm，旋轉(zhuǎn)一周測頭的上下跳動量不得大于0.20mm。

在轉(zhuǎn)子測圓架的使用過程中，應(yīng)分階段校核中心測圓架的準(zhǔn)確性。

（3）轉(zhuǎn)子支架掛裝

清理各支架組合支墩基礎(chǔ)板表面，將各支架組合支墩吊裝就位，用水準(zhǔn)儀測量并調(diào)整支架組合支墩上每對楔子板頂面高程，并控制在2mm以內(nèi)。根據(jù)制造廠內(nèi)的預(yù)裝標(biāo)記，對稱掛裝轉(zhuǎn)子支架扇形支臂，并調(diào)整轉(zhuǎn)子支架扇形支臂。打緊轉(zhuǎn)子扇形支臂與轉(zhuǎn)子中心體之間的切向組合塊組合螺栓,然后將扇形支臂間的徑向組合塊組合螺栓按從內(nèi)到外的打緊順序?qū)ΨQ打緊。測量轉(zhuǎn)子支架各立筋半徑，其應(yīng)在R=6725.3（-0.5～0mm）范圍內(nèi),同時,制動環(huán)把合面圓周波浪度不大于2mm。

復(fù)測轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面水平度，并測量轉(zhuǎn)子扇形支臂所有立筋的絕對半徑；檢查扇形支臂制動環(huán)把合面徑向水平度及周向波浪度，要求其周向波浪度不應(yīng)大于2mm，徑向水平度不應(yīng)大于0.5mm，否則，應(yīng)對其進(jìn)行處理。

1.2轉(zhuǎn)子支架焊接

為控制焊接變形，加工若干塊150mm×300mm× 20mm騎馬板。在轉(zhuǎn)子中心體與支臂間的切向環(huán)形焊縫以及扇形支臂間的徑向焊縫位置處，沿焊接時焊縫收縮方向搭焊騎馬板；在轉(zhuǎn)子中心體與支架腹板之間的軸向搭接焊縫，以及轉(zhuǎn)子圓盤支架上、下扇形板與中心體切向環(huán)形對接環(huán)焊縫間，打入一定數(shù)量小鋼楔。同時，根據(jù)焊縫情況對轉(zhuǎn)子支臂焊縫進(jìn)行加固。

預(yù)熱焊縫后，采用手工電弧焊焊接轉(zhuǎn)子支架，選用E5015焊條，最大焊接線能量小于30KJ/cm，層間溫度≤260℃，焊條擺動寬度≤3倍焊條直徑。為控制焊接變形，焊接采用對稱施焊方式，焊接速度應(yīng)盡可能一致，相鄰兩層焊縫的焊接方向必須相反。對組裝間隙大的焊縫，采用鑲邊堆焊，并采用多層多道分段退步焊。對于對接焊縫先焊完1/2正縫后，方可對背縫進(jìn)行清根，背縫清根干凈后進(jìn)行背縫焊接，完成后焊接剩余正縫。除底層及蓋面層外其余各層每焊一層均應(yīng)錘擊以消除焊接應(yīng)力。

對焊接過程進(jìn)行監(jiān)測和記錄，并根據(jù)焊接變形，及時調(diào)整焊接有關(guān)工藝參數(shù)等。

轉(zhuǎn)子支臂焊接完成后，修磨焊縫表面、通風(fēng)孔配割面及支架切向和徑向組合塊角焊焊疤，對所有焊縫進(jìn)行100%UT+MT探傷。

2轉(zhuǎn)子磁軛疊壓

2.1大力筋掛裝

將大力筋背部清洗、打磨干凈。用橋機(jī)將大力筋吊裝至相應(yīng)支撐上，用花藍(lán)螺栓臨時點(diǎn)焊固定在轉(zhuǎn)子支架上。調(diào)整大力筋掛鉤與中心體下法蘭高差滿足設(shè)計要求。用內(nèi)徑千分尺、測圓架測量調(diào)整大力筋分布半徑滿足設(shè)計要求，考慮到焊接收縮的影響，焊前大力筋分布半徑比設(shè)計值要大3mm。掛線錘初步調(diào)整大力筋徑向、軸向垂直度在1mm以內(nèi)。

2.2磁軛預(yù)疊裝

（1）磁軛預(yù)疊裝及調(diào)整

按要求安裝磁軛下壓板，依據(jù)磁軛疊片圖及磁軛堆積表進(jìn)行磁軛疊裝，以+Y方向?yàn)槠瘘c(diǎn)，順時針開始，將10層特殊磁軛沖片疊裝后，開始疊裝普通片，直至疊裝到100mm高度。用測圓架及內(nèi)徑千分尺測量預(yù)堆磁軛的半徑及圓度滿足要求，分別將涂有二硫化鉬的導(dǎo)向銷插入調(diào)整好的磁軛，反復(fù)調(diào)整測量磁軛半徑，圓度整形滿足要求。

（2）大力筋調(diào)整

用基準(zhǔn)筋調(diào)整時的方法檢查其半徑、垂直度高程滿足要求。調(diào)整其他大力筋時，旋動大力筋底部支撐螺栓，調(diào)整其與轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面高差滿足設(shè)計要求。在測圓架上架2塊百分表，以基準(zhǔn)筋上下兩點(diǎn)為起點(diǎn)，調(diào)整其他大力筋半徑及徑向垂直度滿足設(shè)計要求。以基準(zhǔn)大力筋磁軛鍵頂部中心為起點(diǎn)，分別測量相鄰大力筋間弦距滿足要求。

2.3磁軛疊壓

清洗磁軛沖片，沖片按每級0.2kg重量差進(jìn)行等分，并測量記錄各部位厚度，按圖紙編制疊片表。根據(jù)磁軛疊片圖，按預(yù)堆段磁軛的末端一層磁軛沖片開始正式疊裝，磁軛疊片每層16個基礎(chǔ)層，每個基礎(chǔ)層由5張磁軛片組成。每個基礎(chǔ)層錯開一個磁極，按7層為一個基本循環(huán)，一個循環(huán)的結(jié)束為另一個循環(huán)的起始層；磁軛疊片時所使用的定位長短銷釘交錯放置，在疊片時隨疊片的高度增加而提升，安裝上壓板后拆除定位銷釘；在整個磁軛疊裝過程中必須不斷檢查中心體下法蘭水平、磁軛底部的平面度，隨時用千斤頂調(diào)整。

磁軛疊片分五次壓緊，預(yù)壓力矩為1800Nm，每次預(yù)壓前后必須用測圓架檢查和調(diào)整磁軛圓度，以免磁軛不圓或中心偏移，調(diào)整磁軛圓度時可用在大力筋與轉(zhuǎn)子支臂筋板加斜楔的方法調(diào)整；第四次壓緊后測量磁軛厚度、波浪度，根據(jù)前四次壓緊量及設(shè)計最終高度，計算最后一段磁軛疊裝數(shù)量；最后一層特殊磁軛沖片疊裝完成后安裝上壓板；最終壓緊用液壓拉伸器分三遍逐步升壓至設(shè)計壓力的方式進(jìn)行壓緊，并測量螺栓的拉伸值滿足設(shè)計要求。

3磁軛熱加墊

磁軛疊壓完成后，對大力筋進(jìn)行焊接，焊前分上、中、下三處在焊縫的背縫布置搭接板，在各焊縫兩側(cè)處，打上測量變形的樣沖點(diǎn)，大力筋采用對稱焊，焊接完成后，對磁軛半徑、圓度、轉(zhuǎn)子中心體水平進(jìn)行檢測并記錄，同時，測量大力筋與磁軛間間隙d，以備磁軛熱加墊配墊時用。

熱加墊理論值t=3.4mm，計算調(diào)整墊片厚度t1=t+d，配置調(diào)整墊片；計算轉(zhuǎn)子磁軛收縮的墊片厚度，取上1、上2、中、下1、下2五處測量的間隙的數(shù)值，再加上收縮值。如果上、中、下測量的間隙差別大于0.3mm時，要考慮配制上、中、下不同厚度的墊片。

加熱磁軛至徑向膨脹約4.1mm（打鍵后徑向量增加設(shè)計值為0.7mm），參考加熱溫度為T=室溫+75℃，加熱的溫升控制在6～10℃/h，磁軛膨脹后，迅速插入調(diào)整墊片，磁軛冷卻后緊固。磁軛溫度冷卻后,測量磁軛圓度、半徑及徑向垂直度滿足要求。冷卻后，測量磁軛上壓板與大立筋上部凹槽頂面的距離，根據(jù)測量數(shù)據(jù)，計算鎖定板與上壓板之間所需加的墊片厚度，安裝大力筋鎖定板。

4磁極掛裝

（1）磁極掛裝前，復(fù)測磁軛半徑滿足要求；清洗轉(zhuǎn)子支臂及磁軛，清掃磁極墊片及磁極鍵；對單個磁極進(jìn)行電氣試驗(yàn)，檢查繞組極性、直流電阻、交流阻抗、絕緣電阻等技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計要求；按照磁極鐵芯的長度確定磁極中心，并標(biāo)識清楚；參考轉(zhuǎn)子下?lián)隙?、定子鐵芯中心實(shí)際安裝高程等數(shù)據(jù)確定磁極掛裝高程（與轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面高差）。

（2）依據(jù)磁軛半徑，各相應(yīng)磁極厚度及轉(zhuǎn)子設(shè)計半徑，估算磁極加墊厚度。以1號磁極為基準(zhǔn)磁極，將磁極起吊后放入磁軛鴿尾槽內(nèi)，待下降1/3高度后，將準(zhǔn)備好的磁極墊片及涂有二硫化鉬磁極鍵插入鍵槽，隨磁極下降而下降，磁極掛裝見圖2。

（3）用大錘打緊磁極鍵，測量磁極半徑滿足設(shè)計要求，否則應(yīng)將磁極拔出后重新配墊，反復(fù)調(diào)整至實(shí)測半徑滿足設(shè)計要求。

圖2磁極掛裝示意圖

（4）掛鋼琴線測量磁極垂直度，用水準(zhǔn)儀測量磁極中心與轉(zhuǎn)子下法蘭面滿足要求。

（5）根據(jù)1號磁極掛裝方法，掛裝其他磁極。

（6）磁極掛裝完成后，復(fù)測轉(zhuǎn)子中心體水平及測圓架滿足要求，測量磁極半徑、圓度、高程，并作記錄。

磁極掛裝完成后，根據(jù)設(shè)計圖紙要求，安裝磁極連接線、制動板、阻尼環(huán)等附件。

磁極掛裝后對轉(zhuǎn)子進(jìn)行絕緣電阻、交流阻抗及耐壓試驗(yàn)，最后對轉(zhuǎn)子整體進(jìn)行徹底清掃，按照廠家要求進(jìn)行噴漆防腐。

5轉(zhuǎn)子安裝的重點(diǎn)及難點(diǎn)

5.1大力筋安裝過程控制

在大力筋安裝及焊接時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①基準(zhǔn)大力筋調(diào)整完成后，在進(jìn)行其他大力筋調(diào)整時，由于大力筋弦距、徑向垂直度調(diào)整時會相互影響，因此，大力筋弦距、徑向垂直度調(diào)整應(yīng)同步進(jìn)行。②大力筋控制尺寸是依靠磁軛尺寸控制調(diào)整，因此，在大力筋安裝調(diào)整完成后，預(yù)裝部分磁軛，在保證磁軛圓度情況下，對大力筋進(jìn)行檢查調(diào)整，大力筋應(yīng)完全垂直，磁軛與大力筋之間沒有徑向間隙。磁軛每壓緊一次，在磁軛控制尺寸檢查完成后，都應(yīng)該按上述要求檢查大力筋。③在大力筋焊接時，焊道分布為先兩邊后中間。為減小變形，大力筋焊縫全部采用φ3.2焊條進(jìn)行焊接，同時應(yīng)隨時監(jiān)測大力筋變形情況，根據(jù)變形情況改變焊接順序以減少變形，必要時應(yīng)中斷焊接，待焊縫在石棉被覆蓋下緩慢冷卻至與環(huán)境溫度一致時，測量大力筋軸向及周向垂直度，從而調(diào)整焊接順序。

5.2磁軛疊裝過程控制

轉(zhuǎn)子磁軛疊壓前，在調(diào)整合格的大立筋上，用深度尺測量大立筋頂部到轉(zhuǎn)子支架頂部的距離，在大立筋頂部將測量數(shù)值打上鋼印。在每段磁軛疊裝完成后，需要注意以下幾點(diǎn)：①用帶有百分表的測圓架和深度尺檢查大立筋的軸線位置。如果測量值與大立筋頂部的鋼印數(shù)值不一致，則要調(diào)整大立筋。②用精密水平儀和帶百分表測圓架，檢查下壓板的水平。如果下壓板不水平則調(diào)整下壓板。③用測圓架檢查磁軛的同心度，必要的話，用塑料錘或液壓工具重新調(diào)整磁軛。④檢查磁軛大立筋的調(diào)整，大力筋必須完全垂直，磁軛與磁軛鍵之間應(yīng)沒有徑向間隙。

6結(jié)語

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是水輪發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，對整個機(jī)組的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。轉(zhuǎn)子磁軛在運(yùn)行過程中由于受到強(qiáng)大的離心力作用，可能會產(chǎn)生磁軛徑向變形，使磁軛與中心體發(fā)生徑向分離。同時，受運(yùn)輸條件限制，大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子部件都是散件到貨，需要在現(xiàn)場進(jìn)行組裝，所以現(xiàn)場轉(zhuǎn)子安裝質(zhì)量控制也是整個發(fā)電機(jī)安裝過程控制的重中之重。

魯?shù)乩娬驹谵D(zhuǎn)子組裝過程中，重點(diǎn)對支臂焊接、大力筋安裝、轉(zhuǎn)子圓度和半徑測量、磁軛熱加墊等關(guān)鍵工藝和難點(diǎn)進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。采用了小型加熱塊在磁軛通風(fēng)槽均勻布置加熱方法和磁軛熱加墊工藝，以及采用多種磁極組合鍵對磁極進(jìn)行調(diào)整控制，保證了轉(zhuǎn)子組裝質(zhì)量和后期機(jī)組安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉文清.最新水利水電機(jī)電安裝工程施工工藝與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊[M].合肥：安徽文化音像出版社，2006.

[2]吳強(qiáng)，徐禮達(dá)，黎家金.皂市水電站水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝工藝[J].人民長江，2008(5).

[3]DLT5230-2009.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場裝配工藝導(dǎo)則[S].

[4]GB/T8564-2003.水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].

[5]王正偉，喻疆，方源，等.大型水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性分析[J].水力發(fā)電學(xué)報，2005（4）.

中圖分類號：TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）04-0038-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.011

收稿日期：2014-09-19

作者簡介：周若愚（1983-），男，工程師，從事機(jī)電安裝技術(shù)管理工作。