整體加工式轉(zhuǎn)子磁軛制造及安裝概要

王永亮

摘 要：未來一段時間，抽水蓄能項(xiàng)目將大面積采用加工式轉(zhuǎn)子磁軛結(jié)構(gòu)，本文將對該磁軛結(jié)構(gòu)的制造、安裝流程、特點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行基本的論述。以便于沒有接觸過改型產(chǎn)品的相關(guān)從業(yè)人員和，能對改型產(chǎn)品有基本的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：加工式磁軛；磁軛段；冷卻水槽；T尾槽；磁極

引言

隨著抽水蓄能電站建設(shè)的快速發(fā)展，整體加工式轉(zhuǎn)子磁軛由于其剛性、穩(wěn)定性好，對安裝公司專業(yè)性要求較低，安裝后外形尺寸精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，正在逐步得到應(yīng)用。之前，國內(nèi)主流發(fā)電設(shè)備制造廠商對于該型轉(zhuǎn)子磁軛均處于研究、設(shè)計(jì)階段，有經(jīng)驗(yàn)的安裝承包商也并不多，國內(nèi)已經(jīng)裝機(jī)的改型產(chǎn)品大部分均為日本制造，國內(nèi)也并沒有針對改型產(chǎn)品的專用控制標(biāo)準(zhǔn)。目前的“水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范GBT8564—2003”用于指導(dǎo)該型轉(zhuǎn)子的安裝明顯過于粗糙，即便是對于普通高轉(zhuǎn)速的蓄能機(jī)組，也已經(jīng)不再適用。2017年該型產(chǎn)品首次在深圳抽水蓄能項(xiàng)目，由國內(nèi)制造商進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)制造、并進(jìn)行了安裝驗(yàn)證，效果均達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。加工制造期間，通過摸索和實(shí)踐積累，整理一出部分有針對性的控制標(biāo)準(zhǔn)和注意事項(xiàng)，希望對未來其他項(xiàng)目同類型產(chǎn)品的生產(chǎn)制造以及安裝能起到參考作用，幫助進(jìn)一步降低成本，避免安裝返工。

1磁軛段的制造

加工式磁軛一般采取分段加工制造，在工地進(jìn)行整段拼裝。以國產(chǎn)某項(xiàng)目為例：該項(xiàng)目共計(jì)9段磁軛段，每段由5層30mm厚鋼板疊裝而成，鋼板的接觸面進(jìn)行了加工并進(jìn)行了防腐。5層整圓的鋼板在工廠疊裝在一起，用短螺桿拉緊，形成一段密實(shí)的磁軛段。

由于制造磁軛段的鋼板一般都由整張鋼板下料而成，這種環(huán)形件下料后周邊四角和中心圓部分的廢料在其他產(chǎn)品上很難得到應(yīng)用，提高了生產(chǎn)成本。在未來制造當(dāng)中，應(yīng)適當(dāng)采取多塊鋼板拼焊的形式生產(chǎn)磁軛段鋼板，降低成本。但由于該型鋼板強(qiáng)度較高，焊接后變形不容易控制，所以，對小塊下料后的拼焊工藝以及焊后的熱處理尤為重要。

疊裝好的磁軛段首先加工內(nèi)圓，之后加工與磁軛凸鍵配合的鍵槽。加工完畢后，將磁軛段按順序套裝在轉(zhuǎn)子支架上，以內(nèi)圓為基準(zhǔn)，根據(jù)內(nèi)圓與轉(zhuǎn)子支架主立筋的間隙，調(diào)整轉(zhuǎn)子支架和磁軛段的同心度。要求各間隙值最大偏差0.05mm。完畢之后，加工外圓和磁極T尾槽。加工完畢后的磁極T尾槽直線度應(yīng)小于每米0.05mm，檢查時，應(yīng)使用吊鋼絲檢查方法，而不是用機(jī)床打表測量，因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)踐，加工后的表面基本是與機(jī)床導(dǎo)軌平行的，打表測量的方法無法排除導(dǎo)軌本身存在直線度誤差和傾斜。以深蓄項(xiàng)目為例，使用機(jī)床刀頭安裝百分表，從上至下測量磁軛段外圓某一個豎向截面的垂直度時，表跳動可以控制在0.05mm。但實(shí)際用吊鋼絲法進(jìn)行測量時，可以發(fā)現(xiàn)：該截面豎向垂直度僅可以達(dá)到0.15mm，而且外圓尺寸由下至上，逐漸變小。整個磁軛呈現(xiàn)規(guī)則的圓錐形，該趨勢與機(jī)床的導(dǎo)軌傾斜趨勢一致。建議在制造廠增加吊鋼絲檢查工序。

2磁軛段的現(xiàn)場疊裝

安裝時，首先調(diào)平轉(zhuǎn)子支架?？刂圃诿棵?.02mm范圍，由于蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)子普遍較小，該法蘭面水平很容易可以調(diào)整到0.03mm，建議安裝時，按國標(biāo)的要求可以相應(yīng)提高。之后復(fù)測主立筋或凸鍵的垂直度，與測得的水平數(shù)據(jù)相互印證。垂直度應(yīng)控制在每米0.05mm，立筋掛鉤處，整圓高程偏差0.5mm，之后開始整段套裝磁軛。主立筋垂直面靠近底部掛鉤部位有50mm范圍為定位段，這個區(qū)域與磁軛段間隙很小，單邊只有0.25mm。該間隙可以保證第一段磁軛套入后，無需大范圍調(diào)整即可得到與轉(zhuǎn)子支架有較好的的同心度。調(diào)整后，磁軛段與各定位段間隙誤差不超過0.05mm。之后，用測圓架或者吊鋼絲支架復(fù)測第一段外圓與轉(zhuǎn)子支架的同心度。并復(fù)測轉(zhuǎn)子支架的上法蘭水平。之后每次掛裝一段磁軛后，都要復(fù)測轉(zhuǎn)子支架水平。因?yàn)?，一旦水平變化，磁軛段絕對半徑的測量就會發(fā)生較大誤差，計(jì)算得出的同心度也無法采用。

按同樣方法將全部9段磁軛掛裝完畢后，進(jìn)行最終驗(yàn)收測量。9段磁軛疊裝后，經(jīng)過實(shí)踐其偏心可以控制在0.15mm，所以，驗(yàn)收各段絕對半徑和計(jì)算出的圓度，均應(yīng)按國標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的提高，而不是按現(xiàn)有的要求，依據(jù)空氣間隙的百分比來進(jìn)行驗(yàn)收。

3磁軛熱加墊

整體加工式磁軛與轉(zhuǎn)子支架之間的固定方式，有浮動式和非浮動式兩種。浮動式磁軛與轉(zhuǎn)子立筋存在較小的間隙，相對不固定，旋轉(zhuǎn)期間自適應(yīng)以求得較好的同心度。非浮動式的磁軛一般采取熱加墊的方式，將磁軛和轉(zhuǎn)子之間相對固定，并給予磁軛一定的緊量。保證磁軛在運(yùn)行期間，溫度升高的情況下，仍能可靠的和轉(zhuǎn)子支架抱緊，同心度不發(fā)生變化。

磁軛的熱加墊成功與否，主要有三點(diǎn)：（1）加熱迅速，位置準(zhǔn)確。（2）冷卻有效，能夠得到加墊間隙。（3）有計(jì)劃的冷卻，控制不規(guī)則冷卻帶來的磁軛變形。

要保證加熱能夠迅速，上下部磁軛同時膨脹，關(guān)鍵是加熱片的布置，一般以每噸磁軛3千瓦布置加熱板，磁軛下部要多。因?yàn)闊崃肯蛏仙?，頂部溫度自熱高于底部，所以，要抑制頂部溫升過快。加熱膨脹量要考慮加墊時，磁軛段本身的錯牙可能影響墊片的插入，而且墊片由多片不銹鋼薄板組成，其單片之間有一定間隙，加上轉(zhuǎn)子磁軛較高，組合后的墊片長而且軟，更加給加墊增加了難度。所以，計(jì)算使用的加熱功率時，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加一些，確保磁軛膨脹后得到的間隙要大于加墊的厚度。一般，應(yīng)當(dāng)將磁軛和凸鍵之間的間隙加熱到比加墊后尺寸大0.5mm，才能保證墊片順利插入。

蓄能機(jī)組普遍直徑較小，轉(zhuǎn)子支臂短，受熱后很容易和磁軛同時膨脹，這樣很難得到所需的加墊間隙。所以，一方面要確保加熱功率足夠，使磁軛迅速升膨脹，而不至于將多余熱量傳導(dǎo)給轉(zhuǎn)子支架。另一方面，無論如果防護(hù)，都不能阻止熱量向轉(zhuǎn)子支架傳導(dǎo)，來保證磁軛和轉(zhuǎn)子支架有足夠的溫差，那么支臂的冷卻就更加重要了。否則轉(zhuǎn)子支架和磁軛同時向外圓膨脹，需要的加墊間隙永遠(yuǎn)也無法得到。

一般建議使用流水或干冰冷卻，在轉(zhuǎn)子中心體下部砌有水槽，冷卻后的廢水經(jīng)水槽收集，使用泵排走。冷卻水直接作用于立筋背部和各支臂上，有效保證磁軛和支架之間有所需的溫差。由于磁軛需要整體加熱，各磁軛段的拉緊螺桿與螺母間的鎖定方式應(yīng)采取焊接或者鎖片等機(jī)械鎖緊方式，涂抹螺紋鎖固膠的方式并不可行，一方面螺紋尺寸比較大，鎖固膠的作用有限；另一方面，加熱后，鎖固膠會老化，失去鎖定的作用。磁軛段鋼板間防腐需要使用耐高溫油漆，否則磁軛加熱過程中，油漆會變軟，被拉緊螺桿產(chǎn)生的片間壓力從鋼板縫隙擠出，影響外觀，也影響磁軛緊度和波浪度。加熱前建議在磁軛內(nèi)圓等容易被冷卻水淋到的部位涂刷防銹漆，避免加熱工作結(jié)束后，磁軛大面積生銹。要安排復(fù)雜的除銹工作。

冷卻過程應(yīng)以緩慢為主，首先是保溫被內(nèi)冷卻，之后將保溫被底部掀開釋放多余的熱量，最后將保溫被徹底掀開進(jìn)行全面冷卻。一直到轉(zhuǎn)子溫度降低到室溫之前，外圍的防火苫布不打開，避免風(fēng)直接吹到轉(zhuǎn)子磁軛上面。根據(jù)實(shí)踐，快速冷帶來的不規(guī)則收縮，會使磁軛段圓度變化，會嚴(yán)重影響T尾槽的直線度，進(jìn)而影響后續(xù)磁極的掛裝。檢驗(yàn)后的磁軛圓度和同心度也不能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。此處建議加熱前，使用拉筋將各磁軛段焊接在一起，可以有效降低各段之間在冷卻過程中產(chǎn)生的相對位移。保證最終磁軛同心度和圓度。

4其他注意事項(xiàng)

加熱之前要符合轉(zhuǎn)子支架的強(qiáng)度，確保熱加墊后不會產(chǎn)生有害的變形。以深蓄轉(zhuǎn)子支架為例：其中心體圓筒采用鋼板彎折成型，中心體壁厚120mm，使用ANSYS程序?qū)ζ鋭倧?qiáng)度進(jìn)行了分析計(jì)算。內(nèi)容包括：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架三種工況計(jì)算：（1）靜止工況；（2）額定運(yùn)行工況；（3）飛逸轉(zhuǎn)速工況。對其分別進(jìn)行有限元模型分析。

得到結(jié)果：由分離轉(zhuǎn)速計(jì)算得轉(zhuǎn)子支架定位筋與磁軛熱加墊單邊緊量0.95mm。在各種工況下剛強(qiáng)度滿足要求。按綜合應(yīng)力的峰值和危險斷面的平均應(yīng)力進(jìn)行校核。其應(yīng)力均滿足強(qiáng)度要求。按服役40年計(jì)算，其疲勞損傷0.189，滿足疲勞強(qiáng)度要求。

加熱后的轉(zhuǎn)子，除了測量磁軛外，應(yīng)檢查上法蘭面平面度。個別情況下，由于設(shè)計(jì)和制造原因造成的轉(zhuǎn)子中心筒剛性不足，加墊后，磁軛向中心產(chǎn)生巨大的徑向收縮力?？赡軙⒅行膱A筒擠壓變形。進(jìn)而造成上法蘭面的變形，產(chǎn)生波浪度。如果在安裝期間不及時檢查識別出來，在轉(zhuǎn)子吊入機(jī)坑后，盤車階段發(fā)現(xiàn)該問題，將產(chǎn)生大面積的返工。

制動環(huán)的安裝應(yīng)當(dāng)注意，不應(yīng)按照國標(biāo)后一塊不應(yīng)凸出前一段的要求控制，因?yàn)樾钅軝C(jī)組有正反轉(zhuǎn)。所以，各塊制動環(huán)接縫處要求錯牙不大于0.2mm。整圓波浪度不大于0.5mm，不滿足要求的，使用墊片進(jìn)行調(diào)整，保證制動工況平穩(wěn)，延長制動器閘板壽命。

5結(jié)語

通過生產(chǎn)制造和安裝積累起來的一些關(guān)鍵注意事項(xiàng)，對后續(xù)類似產(chǎn)品的生產(chǎn)制造提供了很多可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)?？梢杂行П苊饧庸ず蟠跑椡鈭A在垂直方向的直線度誤差；在合理的范圍提進(jìn)一步提高安裝要求；避免多次加熱磁軛，對外形產(chǎn)生有害影響等，提高施工效率的同時，降低成本并避免返工。

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