江邊水電站轉(zhuǎn)子裝配技術(shù)措施

郭 峰，楊存勇，張彥杰

（中國(guó)水利水電第一工程局有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

江邊水電站轉(zhuǎn)子裝配技術(shù)措施

郭 峰，楊存勇，張彥杰

（中國(guó)水利水電第一工程局有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是水輪發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵部件,一般都在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配,它們的裝配質(zhì)量直接影響機(jī)組的總裝質(zhì)量乃至機(jī)組的安全運(yùn)行。本文主要介紹江邊水電站水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝過(guò)程和質(zhì)量控制過(guò)程,以及在裝配過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題和采取的處理措施,同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)的裝配經(jīng)驗(yàn),有針對(duì)性地提出了在裝配過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題,可供發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)裝配參考。

江邊水電站；轉(zhuǎn)子；裝配

1 概述

江邊水電站位于雅礱江中下游左岸一級(jí)支流、發(fā)源于四川省甘孜藏族自治州東南部九龍縣與康定縣交界處的九龍河上的第五個(gè)梯級(jí)水電站（也是最后一級(jí)電站），采用引水式開(kāi)發(fā)，本電站總裝機(jī)容量為330 MW，裝設(shè)3臺(tái)單機(jī)容量為110 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組。

發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF110—18/5400；額定容量為122.2 MVA；額定功率為110 MW；額定電流為5 113 A；額定電壓為13 800 V；額定功率因數(shù)為0.9；額定轉(zhuǎn)速為333.3 r/min；飛逸轉(zhuǎn)速為590 r/min；推力軸承負(fù)荷708 t；飛輪力矩（GD2）≥2 400 t·m2。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重234 t。

2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及裝配工藝流程

2.1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

江邊水電站轉(zhuǎn)子由圓盤(pán)式轉(zhuǎn)子中心體、疊片磁軛、磁極等構(gòu)成。

轉(zhuǎn)子中心體由主軸、轉(zhuǎn)子支架、磁軛和磁極組成，轉(zhuǎn)子中心體采用整體結(jié)構(gòu)，圓盤(pán)式轉(zhuǎn)子支架與主軸在廠內(nèi)焊接成整體加工后到貨，發(fā)電機(jī)主軸與轉(zhuǎn)子支架重量約39.2 t；轉(zhuǎn)子磁軛采用δ=4.5 mm厚優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板沖片疊壓而成，轉(zhuǎn)子磁軛現(xiàn)場(chǎng)疊片，18個(gè)磁極與磁軛采用鴿尾連接固定；磁軛與轉(zhuǎn)子支架通過(guò)周向均布的6個(gè)T型復(fù)合鍵傳遞扭矩。轉(zhuǎn)子支架的下方設(shè)有可拆卸的18塊制動(dòng)環(huán)。

2.2 轉(zhuǎn)子裝配工藝流程

轉(zhuǎn)子裝配工藝流程：安裝調(diào)整、轉(zhuǎn)子支架→安裝測(cè)圓架→磁軛片分類(lèi)、疊裝→磁軛片分段壓緊→轉(zhuǎn)子磁軛固定及熱打鍵→制動(dòng)環(huán)板安裝→磁極掛裝、接頭、引線安裝→轉(zhuǎn)子試驗(yàn)→轉(zhuǎn)子清掃噴漆。

3 轉(zhuǎn)子組裝

3.1 磁軛疊裝準(zhǔn)備

3.1.1 布置組裝千斤頂支墩

將千斤頂支墩按一期埋件位置布置，并使用水準(zhǔn)儀調(diào)整其頂面水平，使各支墩水平差在±0.5mm以內(nèi)。

3.1.2 轉(zhuǎn)子支架水平調(diào)整及固定

在工位支撐臺(tái)上，鋪一層用于保護(hù)聯(lián)軸法蘭面的橡膠墊。

然后在大軸兩端均安裝好吊具，使用2個(gè)大鉤將大軸兩端同時(shí)吊起，使大軸平穩(wěn)的吊離運(yùn)輸托架，2個(gè)大鉤配合使大軸在空中進(jìn)行翻轉(zhuǎn)直立，然后將大軸緩緩落向支撐臺(tái)上，同時(shí)在固定螺栓的墊片下放入保護(hù)硬紙板（高度為不接觸墊片）。

利用磁軛6個(gè)千斤頂和框式水平儀調(diào)整轉(zhuǎn)子中心體的水平和6處立筋的垂直度調(diào)整到0.1 mm/m以內(nèi)，必要時(shí)在主軸法蘭面和過(guò)渡法蘭之間插入相應(yīng)厚度的調(diào)整墊片。

完成后進(jìn)行臨時(shí)固定。

3.1.3 磁軛鍵安裝

按照要求安裝轉(zhuǎn)子測(cè)圓架。然后進(jìn)行磁軛鍵安裝。

“T”型鍵與打入鍵的組合厚度以扇形磁軛板的鍵槽寬度尺寸－0.1 mm為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行組合，將組合好后磁軛鍵插入轉(zhuǎn)子中心體的鍵槽部，確認(rèn)沒(méi)有卡阻。注意不是從橫向?qū)㈡I放入楔形鍵溝槽部，而是從上而下插入鍵槽，進(jìn)行與楔形鍵槽部的配合，并固定。將磁軛鍵擋塊和夾具安裝好，夾具應(yīng)保證兩邊對(duì)稱(chēng)，調(diào)整徑向鍵，使磁軛鍵外立面到中心不大于1 220 mm，垂直度不大于0.15 mm/m。

3.1.4 磁軛片分類(lèi)

1）采用最大量程為沖片自重1.5～2倍的機(jī)械稱(chēng)稱(chēng)重，讀數(shù)應(yīng)精確至0.1 kg以內(nèi)，稱(chēng)重后將沖片堆放到相應(yīng)的質(zhì)量分組中。

2）按沖片的實(shí)測(cè)重量，依0.2 kg級(jí)差進(jìn)行分類(lèi)，并按要求堆放。

3）沖片厚度測(cè)定

從同一類(lèi)沖片中取出自重為其最重、最輕及其平均重的沖片各一張，作為該類(lèi)沖片的樣片。計(jì)算并取其樣片厚度的加權(quán)平均值，作為該類(lèi)沖片的標(biāo)稱(chēng)厚度，用作磁軛沖片疊裝高度計(jì)算的依據(jù)；計(jì)算與確定樣片內(nèi)、外緣及其環(huán)向兩端的厚度差，作為預(yù)測(cè)磁軛疊裝局部高度補(bǔ)償、調(diào)整的依據(jù)。

對(duì)通風(fēng)槽片進(jìn)行矯形、除銹、清洗，使其平直、無(wú)焊渣、焊瘤和銹跡。檢查襯口環(huán)、導(dǎo)風(fēng)帶裝焊位置正確，與沖片結(jié)合嚴(yán)密，點(diǎn)焊牢固，其高度應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定；且導(dǎo)風(fēng)帶應(yīng)低于襯口環(huán)，襯口環(huán)高度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，相互高差不應(yīng)大于0.2 mm。然后對(duì)通風(fēng)槽片進(jìn)行稱(chēng)重。

3.1.5 磁軛沖片疊裝排列與布置

依據(jù)轉(zhuǎn)子磁軛各層段的結(jié)構(gòu)尺寸和相應(yīng)沖片的分類(lèi)、厚度記錄，按照同一重量類(lèi)別沖片同層布置，不同類(lèi)別重量相近的對(duì)稱(chēng)布置的原則，編制轉(zhuǎn)子沖片堆積布置表。

3.1.6 配置磁軛支撐

按照?qǐng)D紙尺寸，在轉(zhuǎn)子中心體一周布置管式千斤頂，共18處，調(diào)整千斤頂高度，使千斤頂墊塊頂面距離主軸法蘭為2 133.5±1.5 mm，千斤頂墊塊頂面的水平應(yīng)控制在整圓±0.5 mm以內(nèi)。同時(shí)在磁軛外圈搭設(shè)磁軛疊片用平臺(tái)。

在千斤頂墊塊上放置第一層磁軛鋼板，使每一接縫下面有一個(gè)千斤頂，共6處合縫。

3.2 磁軛疊裝

3.2.1 第一次壓緊段疊裝

調(diào)整磁軛片水平，使磁軛片外圈的比內(nèi)圈高1～1.5 mm，開(kāi)始用磁軛鋼板G302582P1一片一疊18層，測(cè)量磁軛高度應(yīng)為81 mm。

然后用磁軛鋼板G302582P3一片一疊18層，疊片過(guò)程中放入極間連接拉塊和磁極擋塊（G505373），測(cè)量總磁軛高度為252 mm，測(cè)量磁極擋塊上表面至主軸法蘭距離為2 343±1.5 mm，否則應(yīng)打磨磁極擋塊。

用磁軛鋼板G302582P1兩片一疊層，當(dāng)疊至總磁軛高度500 mm時(shí)，在磁軛外圓和內(nèi)圓側(cè)均勻插入導(dǎo)向銷(xiāo)，如果導(dǎo)向銷(xiāo)插入較困難，則可以用沖頭、沖帽、沖桿組合工具，用風(fēng)動(dòng)工具振動(dòng)、沖擊以使磁軛孔對(duì)齊。

當(dāng)疊片至總磁軛高度1 000 mm時(shí)，裝上預(yù)緊螺桿和套筒，對(duì)磁軛進(jìn)行一次壓緊。測(cè)量磁軛內(nèi)外圓的高度，并做好記錄，以便下段使用調(diào)整片進(jìn)行內(nèi)外圓高度的調(diào)整，計(jì)算下段磁軛鋼板的疊入層數(shù)、該段磁軛的疊壓系數(shù)。同時(shí)將該段磁軛外側(cè)適當(dāng)位置使用圓鋼進(jìn)行焊接固定，以保持該段磁軛的緊量。

3.2.2 第二次壓緊段疊裝

繼續(xù)用磁軛鋼板G302582P1進(jìn)行兩片一疊，疊至總磁軛高度為1 125 mm時(shí)，改用磁軛鋼板G302582P2進(jìn)行兩片一疊，同時(shí)放入磁極撐塊拉塊。

G302582P2磁軛鋼板共疊34層，應(yīng)保證拉塊在槽內(nèi)上下有適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)范圍，后改用G302582P1兩片一疊，當(dāng)疊至磁軛上表面與立筋上放置磁軛擋塊的缺口下底面8～10 mm時(shí)，放入2.5 mm的磁軛高度調(diào)整片（G505466）。

再放置磁軛間隔板（G403353），此時(shí)磁軛上表面與磁軛擋塊缺口還有一定的距離，可以方便的放入磁軛擋塊，磁軛擋塊放入后應(yīng)保證磁軛螺桿可以自由的穿入，將磁軛整體均勻的調(diào)高，通過(guò)磁軛下面的管式千斤頂完成，待磁軛抬高與磁軛擋塊接觸時(shí)，將磁軛擋塊與磁軛間隔板三邊焊接。

繼續(xù)用G302582P1磁軛鋼板兩片一疊，疊至總磁軛高度為2 013 mm時(shí)，改用G302582P2磁軛鋼板疊片，疊片中放入磁極極間連接拉塊，注意該拉塊應(yīng)有適當(dāng)?shù)纳舷逻\(yùn)動(dòng)范圍。

繼續(xù)使用G302582P1，P2進(jìn)行疊片，放入阻尼連接拉塊。在總磁軛高度為2 413.5 mm時(shí)，停止疊片，用預(yù)壓螺桿和套筒二次壓緊。測(cè)量磁軛內(nèi)外側(cè)高度，疊壓的磁軛下表面的水平差在徑向和圓周方向上應(yīng)調(diào)整到±1 mm以內(nèi)。已疊裝的磁軛板內(nèi)外徑向上的水平差，調(diào)整到外圓側(cè)高出+1 mm左右，掛裝磁極后疊裝的磁軛板下表面滿足水平要求。

3.2.3 磁軛永久螺桿安裝

預(yù)壓螺桿拆除和磁軛螺桿安裝交替進(jìn)行，用壓縮空氣吹掃螺桿孔，插入磁軛螺桿，螺桿下端2/3范圍涂潤(rùn)滑劑。

擰緊磁軛螺桿，磁軛下部螺母先用600 N·m擰一周（從內(nèi)圈開(kāi)始，不同分布圓擰緊方向相反，第一次從內(nèi)圈+X開(kāi)始順時(shí)針擰一周，內(nèi)第二圈從-X開(kāi)始逆時(shí)針?lè)较驍Q一周，第三圈從+Y開(kāi)始順時(shí)針擰一周，第四圈從-Y開(kāi)始逆時(shí)針擰一周，第五圈從+X開(kāi)始逆時(shí)針擰一周）。使用扁鏟拆除首次壓緊時(shí)安裝于磁軛外緣的圓鋼。

全部下端螺母用600 N·m的扭矩?cái)Q好后，開(kāi)始擰緊上部螺母，上部螺母分5次擰緊，每次按設(shè)計(jì)扭矩的20%遞增（設(shè)計(jì)總扭矩為1186～1441N·m），全部擰緊后，再以設(shè)計(jì)扭矩全部進(jìn)行2次擰緊操作，確定全部螺母擰緊。前面10根螺桿全部擰緊后測(cè)量伸長(zhǎng)量約1.9 mm，其余的螺桿按此扭矩進(jìn)行擰緊。

3.2.4 熱打鍵

通過(guò)轉(zhuǎn)子測(cè)圓架，測(cè)量磁軛外緣各磁極掛裝位置正18邊形的各邊至中心的距離，確定徑向磁軛鍵的調(diào)整量，調(diào)整磁軛的中心。然后進(jìn)行磁軛熱打鍵工作，用加熱棒對(duì)磁軛進(jìn)行整體加熱，使磁軛鍵槽與中心體立筋槽底的相對(duì)膨脹量為0.5 mm時(shí)，停止加熱，計(jì)算徑向鍵的打入長(zhǎng)度，畫(huà)標(biāo)線，將6處徑向鍵均勻打入，打鍵時(shí)按對(duì)稱(chēng)原則進(jìn)行。徑向鍵打緊后，將側(cè)向鍵打緊，打緊后割去多余部分，安裝上端磁軛鍵擋塊，防止磁軛鍵下滑。

3.3 制動(dòng)環(huán)板安裝

各塊制動(dòng)板必須稱(chēng)重，合理調(diào)配其安裝位置。利用磁軛鉸制螺桿水機(jī)側(cè)加長(zhǎng)部分把合制動(dòng)板，此時(shí)，應(yīng)調(diào)整各塊制動(dòng)環(huán)安裝位置，使各制動(dòng)環(huán)之間的間隙在兩側(cè)均勻分布。

注意調(diào)節(jié)鉸制螺桿長(zhǎng)度，螺桿頭部不可突出制動(dòng)環(huán)。

按照磁軛與制動(dòng)環(huán)內(nèi)止口的配合尺寸，調(diào)整制動(dòng)環(huán)安裝位置，使其與兩側(cè)相鄰制動(dòng)環(huán)之間的間隙均勻。

利用調(diào)整墊片調(diào)整制動(dòng)板高度，相鄰制動(dòng)板高度差小于0.3 mm，整圓小于1 mm。并保證前塊制動(dòng)板尾部，高于后塊制動(dòng)板首部（以機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向來(lái)看）。

制動(dòng)板把合螺母擰緊力矩：1182～1145N·m。

3.4 磁極安裝

完成扇形磁軛板疊裝后，進(jìn)行磁極的安裝。磁極由磁極鐵心、磁極線圈和絕緣法蘭構(gòu)成。安裝磁極時(shí)應(yīng)十分小心避免損傷磁極線圈、極間連接片和絕緣法蘭等。

磁極掛裝到疊裝磁軛前，用500 V電阻表測(cè)量磁極線圈的絕緣電阻，單個(gè)磁極電阻值：5 MΩ以上。

3.4.1 吊裝磁極

放入磁極時(shí)應(yīng)充分注意緩慢放下，停在磁極擋塊上之前，插入磁極鍵（用千斤頂?shù)葥沃┦勾艠O鴿尾與磁軛鴿尾槽部充分貼合后，停在磁極擋塊上。

吊裝磁極應(yīng)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，防止重量失衡。

安裝磁極時(shí)也應(yīng)遵循對(duì)稱(chēng)原則，即不是在轉(zhuǎn)子的同一側(cè)安裝磁極，而是對(duì)稱(chēng)輪流安裝，以避免轉(zhuǎn)子中心體重量失衡。

3.4.2 打入磁極鍵

打入磁極鍵之前，用銅線臨時(shí)連接極間連接片，用500 V高阻表分別測(cè)量各磁極分擔(dān)電壓及轉(zhuǎn)子線圈總的絕緣電阻。

各磁極的分擔(dān)電壓與各磁極分擔(dān)電壓測(cè)量值的平均值之差應(yīng)在±10%以內(nèi)，轉(zhuǎn)子線圈總的絕緣電阻值在5 MΩ以上。

上述測(cè)量值如果沒(méi)有異常，開(kāi)始打入磁極鍵。

3.5 極線圈連接與裝配

磁極線圈的上部（定子側(cè)）極間連接使用銅片柔性連接，互相交錯(cuò)疊加以增加接觸性，下部（磁軛側(cè)）極間連接在一側(cè)使用多張薄銅板重疊而成的連接片，將其用墊板夾緊連接。

連接部錫焊僅限于1號(hào)和18號(hào)磁極與轉(zhuǎn)子中心體上的勵(lì)磁連接銅排連接部。

對(duì)銅排連接部進(jìn)行錫焊之前，測(cè)量絕緣電阻（500 V高阻表）和分擔(dān)電壓，確認(rèn)無(wú)異常后開(kāi)始錫焊作業(yè)。

錫焊時(shí)，銅排連接部用工藝螺栓把緊，用噴燈或其它加溫工具使該工藝螺栓、螺母變熱后進(jìn)行錫焊。

錫焊后，檢查焊接的引線部位有無(wú)虛焊、空洞現(xiàn)象，在連接部放入絕緣襯套進(jìn)行裝配，將工藝用螺栓、螺母替換成永久使用的螺栓、螺母并把緊。

極間連接片、阻尼條連接片與銅排固定部的螺栓使用高強(qiáng)度螺栓（8.8 t）。但所用的擰緊力矩參照4.8 T的聯(lián)接螺栓擰緊力矩值：

M12：32～44 N·m（330～450 kgf·cm）；

M16：78～108 N·m（790～1 100 kgf·cm）；

M20：151～207 N·m（1540～2 110 kgf·cm）。

緊固后，使用墊片徹底鎖定。在銅排固定部，將墊片朝著銅排上有螺紋的方向折彎，注意避免由于折彎墊片導(dǎo)致銅排接地。

所有連接后裸漏部位用無(wú)堿玻璃絲帶纏繞，后用環(huán)氧膠固化。

3.6 安裝線圈支架和極間擋風(fēng)板

3.6.1 安裝線圈支撐

線圈支撐用于防止運(yùn)行中的轉(zhuǎn)子變形，通過(guò)插在2個(gè)磁軛板之間的螺桿固定塊安裝于兩相鄰磁極之間。

線圈支撐本體按下列規(guī)定擰緊力矩均勻把緊。

緊固扭矩：M30：168～187N·m（17.10～19.1kgf·m）。

用規(guī)定力矩把緊后，放置2～3 d左右再次確認(rèn)緊固扭矩。如果出現(xiàn)螺栓松弛，應(yīng)再次用規(guī)定力矩把緊。再次確認(rèn)擰緊力矩后，用止動(dòng)墊片最終予以鎖定。

3.6.2 極間擋風(fēng)板安裝

極間擋風(fēng)板是為了防止磁軛出來(lái)的風(fēng)從極間兩端漏出而影響通風(fēng)效果設(shè)置的，它通過(guò)與阻尼連接片把合到一起，再通過(guò)阻尼繞組連接片拉緊螺桿固定，在磁極上下兩端都設(shè)置該擋風(fēng)板。

擋風(fēng)板構(gòu)造上與前述線圈支撐大致相同，其材料也為絕緣物，但與線圈支撐不同的是它與磁極線圈部不接觸。

擰緊力矩也與線圈支撐相同，按照螺栓把緊力矩表規(guī)定的扭矩把緊。把緊之后進(jìn)行最終的鎖定。轉(zhuǎn)子徹底全面檢查、清掃、噴漆。

4 結(jié)語(yǔ)

在江邊水電站轉(zhuǎn)子裝配過(guò)程中，裝配工藝和測(cè)量工具對(duì)于機(jī)組的裝配質(zhì)量很重要，并制定出嚴(yán)格的裝配工藝措施，在裝配過(guò)程中不斷進(jìn)行分析、論證、優(yōu)化轉(zhuǎn)子裝配措施。轉(zhuǎn)子裝配精度滿足要求，運(yùn)行效果較好。

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TV734.2

B

1672-5387（2017）01-0038-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.01.012

2016-03-15

郭 峰（1982-），男，助理工程師，從事水電廠機(jī)組安裝、檢修及施工管理工作。