厚環(huán)板分段式磁軛在安裝過程中的調(diào)整和控制

呂志鵬，陳泓宇

（清遠蓄能發(fā)電有限公司，廣東清遠511853)

1 引言

清遠抽水蓄能電站（以下簡稱“清蓄”）共安裝4臺立式單級混流可逆式水泵水輪機—發(fā)電電動機機組，單機容量（發(fā)電工況）320MW，總裝機容量1280MW。水輪發(fā)電機組由東芝水電設(shè)備有限公司(以下簡稱“東芝水電”)總承包供貨，其發(fā)電電動機采用東芝水電典型的不設(shè)通長把緊螺桿分段厚板環(huán)形結(jié)構(gòu)（圖1），與國內(nèi)一般的轉(zhuǎn)子傳統(tǒng)磁軛疊片工藝相比,簡化了現(xiàn)場裝配工藝，大大壓縮組裝工期。但磁軛偏心量控制以及圓度、高度和水平度的調(diào)整和控制有一定的難度和特殊性，本文對此進行簡扼介紹和分析。

圖1 清蓄電站轉(zhuǎn)子中心體和磁軛結(jié)構(gòu)

2 清蓄電站轉(zhuǎn)子磁軛結(jié)構(gòu)

（1）磁軛整體高3570mm，外徑4363mm，采用50mm和75mm兩種規(guī)格Q690D/WDER650高強度環(huán)形厚鋼板疊裝組成9段，每段磁軛高度300mm(或350mm)，分別用42根M48拉緊螺桿（每極3根）緊固成一體。螺桿把緊力矩240～277（kg·m）(13～15kg/mm2)，伸長值分別為0.17～0.19mm及0.19～0.21mm。磁軛環(huán)板經(jīng)過調(diào)整平面度處理，僅對組合后各段上下平面進行精加工。

（2）9段之間均設(shè)置高度65mm的通風(fēng)道，段與段之間有H6/js6過渡配合的止口定位，通風(fēng)葉片上的止口定位，參見圖2。

圖2 通風(fēng)葉片加工

（3）磁軛與轉(zhuǎn)子支架配合結(jié)構(gòu)見圖3，磁軛內(nèi)徑設(shè)計有7處鍵槽。該結(jié)構(gòu)為浮動結(jié)構(gòu)，徑向無配合緊量，周向用切向鍵楔緊。其中T形鍵設(shè)計在廠內(nèi)裝在轉(zhuǎn)子支架上，現(xiàn)場只需安裝切向鍵。T型鍵已經(jīng)在立筋內(nèi)，在打入鍵上涂上一層紅丹粉，對準(zhǔn)裝配記號插入鍵輕輕打入，然后拔出確認磁軛鍵的匹配情況，必要時進行精加工，接著再次進行同樣操作，確認磁軛鍵的接觸情況（整體的70%以上）。確認打入鍵接觸情況后考慮打入余量并在打入鍵上劃線，將多余長度切除并去除毛刺。

圖3 磁軛與轉(zhuǎn)子支架配合結(jié)構(gòu)

將打入鍵兩個面涂抹二硫化鉬，使用7.5kg左右的錘盡量打緊，確保各個磁軛鍵余量基本相等。磁軛鍵充分打緊后應(yīng)將突出立筋上表面的部分切除并打磨。

（4）與通常的疊片磁軛相比較，明顯有以下特點：

1）沒有疊片過程中一定程度上在加各種厚度的補償片及調(diào)整水平。

2）不設(shè)置上下齒壓板。

3）沒有熱打鍵工序，也不需采取冷、熱打鍵調(diào)整磁軛圓度工藝。

4）不需要均衡穿心螺桿拉緊力矩的繁瑣工藝。

3 清蓄轉(zhuǎn)子磁軛在制造階段關(guān)鍵部位的調(diào)整和控制

（1）根據(jù)制造工藝要求，t75母材鋼板必須在鋼廠進行不平度聯(lián)檢，若不平度大于3mm則需在不加熱工況下采用鋼廠4000T液壓機進行整形處理，直至達到要求；t50鋼板則采用工廠內(nèi)部的400T液壓機調(diào)形，均必須控制不平度在3mm以內(nèi)。環(huán)板下料切割后所進行的檢查，其不平度均應(yīng)不大于3 mm，否則仍應(yīng)在不加熱情況下進行整形。

（2）對鋼板用鋼印做好壓延方向標(biāo)記，整周強度均勻堆疊環(huán)形磁軛鋼板時每張環(huán)形鋼板堆疊壓延方向應(yīng)錯開一個極。

（3）第1段磁軛外周側(cè)14根拉緊螺桿部位鉸制螺孔Φ50H7(+0.025/0)，采用鉸制螺栓把合，且“1”、“2”、“3”磁軛環(huán)板外圓側(cè)坡口采用分段焊接(圖4)以加強整段剛度。同時對圖4所示的止落塊上平面高程差、底部與制動環(huán)結(jié)合面（含止口）均有較高的加工精度要求。

圖4 第1段磁軛環(huán)板結(jié)構(gòu)

4 組裝基準(zhǔn)與工廠預(yù)組裝

由于9段磁軛裝配后總高度達3570mm，逐段車削可能產(chǎn)生段與段的錯位而不能保證整體直線度，給現(xiàn)場裝配增加難度。為解決機床加工高度限制的難點，東芝水電采用如下工藝：

（1） 第 5、6、7、8、9，5 段用臨時螺桿連成一體完成內(nèi)圓精加工、外圓尺寸及磁軛鍵槽半精加工，預(yù)裝配磁軛鍵后銑磁極鍵槽并完成鉆配用孔。

（2） 第 1、2、3、4、5，5 段磁軛環(huán)形鋼板用臨時螺桿連成一體以第5段為模板精銑磁軛鍵槽，然后精銑磁極鍵槽。

（3） 第 1、2、3、4、5 與第 6、7、8、9 共 9 段磁軛環(huán)形鋼板進行整體預(yù)組裝，如圖5所示。

圖5 9段磁軛預(yù)裝

（4）工廠預(yù)裝不僅將9段磁軛與轉(zhuǎn)子支架組裝，同時還將磁軛鍵也進行了組裝。

5 現(xiàn)場安裝對關(guān)鍵部位的調(diào)整和控制

（1）東芝水電在原編制的《清遠抽水蓄能機組發(fā)電電動機安裝質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)》中強調(diào)：

1）磁軛與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸之間的間隙相對差≤0.04mm。

2）全部疊好后再次確認磁軛與轉(zhuǎn)軸之間的間隙相對差≤0.04mm。

以通過塞尺直接測量磁軛與轉(zhuǎn)子支架立筋之間的間隙相對差為基準(zhǔn)作為兩者同心的判斷標(biāo)準(zhǔn)（當(dāng)立筋數(shù)為偶數(shù)時，可認為偏心量就是相對差的一半），這就是東芝傳統(tǒng)工藝的精髓。有時候，也有標(biāo)準(zhǔn)定為0.05mm的，如西龍池。標(biāo)準(zhǔn)的立足點是為了確保磁軛與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的同心。

（2）1號機磁軛現(xiàn)場裝配出現(xiàn)問題的探討

1）由于1號機轉(zhuǎn)子磁軛在車間未與轉(zhuǎn)子中心體預(yù)裝配，當(dāng)?shù)?段套進轉(zhuǎn)子中心體就位裝配時，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)圓周與立筋均幾無間隙，使得第1段環(huán)板難以調(diào)整，而中心體立筋與磁軛環(huán)板上部最大間隙與最小間隙差值達到0.18mm，遠大于設(shè)計值0.04mm。

2）又由于東芝緣用其傳統(tǒng)工藝將轉(zhuǎn)子中心體立筋垂直度（或水平度）的標(biāo)準(zhǔn)值制訂為0.1mm/m，安裝單位調(diào)整值為0.06mm/m，也就與采用最小二乘法計算磁軛偏心值方法不匹配造成偏差。后經(jīng)調(diào)整，中心體的法蘭水平度達到0.019mm/m≤0.02mm/m（圖6）。在實際的安裝中，第1段磁軛安裝就位后，檢查發(fā)現(xiàn)磁軛與中心體立筋止口處（磁軛下部約13 mm）0.02mm的塞尺無法通過，磁軛已無法調(diào)整，而磁軛與立筋相對間隙值較大（最大值為0.18mm），大于廠家設(shè)計值要求（中心偏差為0.04mm）；在第2段磁軛吊裝調(diào)整完成后，測量數(shù)據(jù)顯現(xiàn)，第2段磁軛與轉(zhuǎn)子中心體間隙相對偏差的最大值為0.10mm，3號掛鉤處間隙左0.08mm,右為0.06mm，4號掛鉤處無間隙。由于磁軛每段之間都有止口，所以磁軛基本沒有可以調(diào)整的空間。

3）根據(jù)現(xiàn)在的間隙差來計算轉(zhuǎn)子偏心量，僅僅是0.03mm,事實上，通過掛鋼琴線測量磁軛外圓，得出的偏心量為0.16mm。這顯然是不能接受的。

（3）通過磁軛外圓計算偏心量，一個重要前提條件是必須確認轉(zhuǎn)子中心體處于垂直狀態(tài)，其檢測手段主要是：

1）滑轉(zhuǎn)子上法蘭面水平度≤0.02mm/m。

圖6 兩種方法計算的偏心量

2）用測圓架掛垂線復(fù)核轉(zhuǎn)子中心體立筋的垂直度。

其中，“1）”為評判轉(zhuǎn)子支架是否處于垂直狀態(tài)的唯一依據(jù)；“2）”僅僅作為核查轉(zhuǎn)子支架加工精度是否滿足設(shè)計要求的手段。但是，由于機組部件加工誤差的不可避免，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的基準(zhǔn)要求，只要“滑轉(zhuǎn)子上法蘭面水平度≤0.02mm/m”就可以認定轉(zhuǎn)子支架已經(jīng)處于垂直狀態(tài)。在“轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸法蘭面水平度≤0.02mm/m”的前提下，檢測磁軛外圓、計算磁軛整體偏心值就是最終結(jié)果，這個最終結(jié)果既包含了“磁軛外徑與內(nèi)徑偏差”、“轉(zhuǎn)子支架外徑偏差”、“磁軛與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸間隙偏差”，也包含了轉(zhuǎn)子支架立筋可能存在的與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸法蘭面不垂直的加工誤差等諸多相關(guān)因素。

東芝水電最初提供《清遠抽水蓄能機組發(fā)電電動機安裝質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)》所要求的“≤0.1mm/m”。參見表1。

表1 東芝水電提供數(shù)據(jù)

所以施工單位按照0.1mm/m的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整了轉(zhuǎn)子中心體的水平度，對比0.02mm/m的標(biāo)準(zhǔn)造成機軸線有一定傾斜度的實際狀況，對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸傾斜進行了一定的修正，即達到了目前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸與磁軛之間的間隙差的情況下，磁軛的偏心量也是滿足要求的。后來東芝水電廠家的標(biāo)準(zhǔn)也進行了修改，間隙差達到0.20以下都是滿足要求的。

（4）由于轉(zhuǎn)子磁軛的重量相對于磁極要大得多，其偏心對發(fā)電機運行時的不平衡離心力的影響很大，當(dāng)磁軛偏心值已形成時，掛裝磁極實際上對轉(zhuǎn)子偏心值的影響有限。所以，對轉(zhuǎn)子整體偏心值控制的關(guān)鍵是磁軛疊裝。因此，磁軛偏心值的考核標(biāo)準(zhǔn)相對高于磁極的控制標(biāo)準(zhǔn)也是可以理解的。

GB/T8564-2003《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》率先在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中提出了轉(zhuǎn)子偏心值的概念，當(dāng)時系參照ALSTOM公司對三峽左岸轉(zhuǎn)子偏心值的數(shù)值提出了0.15mm的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，相對而言是一款偏低的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，尤其是對于高轉(zhuǎn)速抽水蓄能機組更應(yīng)該在此基礎(chǔ)上提高一個檔次。因此，清遠磁軛偏心值的控制標(biāo)準(zhǔn)≤0.15mm應(yīng)是無可非議的，或可采用《水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子偏心值的控制》（張蔚）提出的 0.08～0.10mm[1]。

轉(zhuǎn)子的實測半徑差（或曰圓度）和偏心是兩個既有相互聯(lián)系又有不同內(nèi)容的概念，轉(zhuǎn)子圓度僅是指轉(zhuǎn)子外圓各測點處的半徑相互差；轉(zhuǎn)子偏心是指轉(zhuǎn)子外圓的實際中心與軸線運轉(zhuǎn)中心的偏差（也稱為同軸度）。一般，轉(zhuǎn)子圓度偏差大不一定意味著轉(zhuǎn)子偏心值也大，轉(zhuǎn)子圓度偏差小也未必意味著其偏心值小。亦即，轉(zhuǎn)子偏心和轉(zhuǎn)子圓度是兩個不同的安裝控制標(biāo)準(zhǔn)。

因此，東芝水電《清遠磁軛安裝檢查標(biāo)準(zhǔn)說明》（編號：LTR14G00100）所闡述的“間隙相互差值≤0.20mm，目標(biāo)值相對差0.10mm以內(nèi)”的提法是不妥的。而且，非相對差的最大與最小間隙差與偏心值是無關(guān)的，只是理想中的間隙差得到控制，轉(zhuǎn)子的偏心量必然滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求罷了。圓形部件的偏心值不是依據(jù)測量間隙求取的（當(dāng)然可以此作為一個控制性或判斷的過程手段），無論是磁軛還是磁極，都只能通過測量外圓的最小二乘法公式（測點越多其精確度越高）進行計算。

6 結(jié)束語

目前清蓄電站已經(jīng)有3臺機組投產(chǎn)，通過控制磁軛與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的間隙差，達到磁軛偏心量良好的數(shù)據(jù)，各機組均在2d內(nèi)完成轉(zhuǎn)子動平衡試驗。分段式的磁軛結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場安裝簡單，可以節(jié)省工期，方便，但是一定要控制好間隙差，以及每段磁軛鋼板之間的間隙，特別是第1段掛裝，該段是疊裝基準(zhǔn)，需要盡最大努力調(diào)到最好，同時每疊1段，均進行圓度測量并計算偏心，偏心滿足要求后方可進行下一段疊裝，清遠各機組磁軛疊裝完成后測量數(shù)據(jù)優(yōu)良，本文通過對清遠環(huán)形磁軛結(jié)構(gòu)的分析介紹，希望可以給類似結(jié)構(gòu)的電站的磁軛制造以及安裝提供一定的借鑒。

參考文獻：

［1］何少潤．高轉(zhuǎn)速發(fā)電機組轉(zhuǎn)子磁軛熱打鍵工藝剖析［J］．水電站機電技術(shù)，2010(2):12-15，76.