80 MW電動(dòng)機(jī)制造工藝

黃秀波

(哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

80 MW同步電動(dòng)機(jī)是我國重點(diǎn)項(xiàng)目工程用電機(jī)，目前是世界上單機(jī)容量最大的同步電動(dòng)機(jī)。我公司在沒有任何參考圖樣的情況下，自主研發(fā)了此類電機(jī)。該電機(jī)的研制成功，對整個(gè)電機(jī)制造行業(yè)的發(fā)展意義重大，它填補(bǔ)了國內(nèi)在此類電機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域中的空白。產(chǎn)品制造完成后，由有關(guān)人員及專家共同檢驗(yàn)、鑒定，其技術(shù)性能和質(zhì)量均能達(dá)到用戶的要求。

電機(jī)在制造工藝上有著諸多特點(diǎn)，有些更是我公司首次采用。在充分吸收和消化設(shè)計(jì)圖樣情況下，借鑒了水輪發(fā)電機(jī)的制造工藝，編寫了詳盡的工藝文件，在制造過程中不斷改進(jìn)，從單個(gè)部件的加工，到最終產(chǎn)品的裝配、試驗(yàn)，均按相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，是此項(xiàng)目成功的關(guān)鍵因素。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)概述

1.1 產(chǎn)品主要技術(shù)數(shù)據(jù)

型號：TBP80000-12

額定功率：80 MW 額定電壓：11 000 V

(同相位的雙繞組)

額定電流：2×2 123.2 A 額定頻率：50 Hz

額定轉(zhuǎn)速：500～860 r/min 功率因數(shù)：1.0

相數(shù)：3 極數(shù)：12

防護(hù)等級：IP54 絕緣等級：F

結(jié)構(gòu)型式：IM7315 工作制：S10

冷卻方式：IC8A6W7 工作頻率：10-50-86 Hz

1.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

(1) 電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、帶高壓泵的兩個(gè)軸承、外罩、冷卻器等部件組成。

(2) 電動(dòng)機(jī)軸有兩個(gè)軸伸端，一端為傳動(dòng)端，通過軸端法蘭與用戶壓縮機(jī)相連。另一端為非傳動(dòng)端，即測速端，與盤車裝置相連。

(3) 電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組均采用F級絕緣，經(jīng)VPI處理。

(4) 電動(dòng)機(jī)定子鐵心是在已加工好的機(jī)座內(nèi)進(jìn)行疊片，通過拉緊螺桿把緊形成整體機(jī)座。

(5) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用凸極型式，即在軸上熱套經(jīng)粗加工后的磁軛。在磁軛部分加工出鍵槽，再將磁極用定位鍵固定在軸上。

2 電動(dòng)機(jī)制造工藝

2.1 轉(zhuǎn)子磁軛的套裝

轉(zhuǎn)子的磁軛部分是由內(nèi)孔直徑大小不同的十一塊磁軛板組成，通過加熱套裝在軸上。

傳統(tǒng)工藝方法是將每一塊磁軛板分別加熱，調(diào)整水平后將軸套入磁軛板上。每套裝一塊磁軛板都要等到冷卻至室溫后再套裝下一塊磁軛板，套裝磁軛板工期較長。此次采用將軸豎立起來，調(diào)整垂直后，用壓板固定在地坑平臺(tái)上，同時(shí)加熱4～5塊磁軛板，利用定位銷和專用工裝限定每一塊磁軛的位置，然后進(jìn)行冷卻并借助磁軛板自重及外力來消除板間的間隙，總體分兩次即可完成磁軛的套裝，從而有效縮短了工藝時(shí)間。

2.2 轉(zhuǎn)子磁軛加工

磁軛材料選用低合金高強(qiáng)度鋼。磁軛加熱后套裝在轉(zhuǎn)軸上，磁軛的加工難點(diǎn)在于T型鍵槽的加工。磁軛上的鍵槽由12組組成，而每組又由三個(gè)鍵槽組成。這樣整個(gè)磁軛的鍵槽就由72個(gè)鍵槽組成，鍵槽越多其加工難點(diǎn)越大，要求每個(gè)鍵槽的分度就得更準(zhǔn)確。因此采取在軸的法蘭端，安裝分度連接盤的工藝方法，見圖1。在坐標(biāo)鏜床的工作平臺(tái)上用兩個(gè)支撐架將轉(zhuǎn)軸擺放好，使轉(zhuǎn)軸水平，調(diào)整平行度≤0.02 mm。在軸的本體端面上劃出線槽，調(diào)整軸頸處支撐架，再調(diào)整轉(zhuǎn)軸與分度盤的同心度≤0.02 mm。

圖1 軸與分度連接盤的把合示意圖

找到轉(zhuǎn)軸中心坐標(biāo)和銑刀位置坐標(biāo)，調(diào)整后使之重合，進(jìn)行銑方和銑槽。每個(gè)鍵槽分兩次粗銑，槽深留余量滿足精銑要求，每銑完一個(gè)槽，軸旋轉(zhuǎn)180°銑對稱的另一個(gè)槽，這樣既保證了槽加工精度又保證了其位置精度，見圖2。

圖2 磁軛槽加工示意圖

2.3 轉(zhuǎn)子磁極釬焊

轉(zhuǎn)子磁極阻尼環(huán)與阻尼條在設(shè)計(jì)上選用了插接釬焊的連接方式，在實(shí)際生產(chǎn)過程中采用了中頻感應(yīng)釬焊方法。具體的操作要點(diǎn)如下：

(1) 阻尼環(huán)與阻尼棒的焊前清理，均使用砂紙或工業(yè)百潔布擦出銅亮色，再用酒精或丙酮溶液將部件擦拭干凈，去除一切影響釬焊質(zhì)量的油、污、銹等雜質(zhì)。

(2) 感應(yīng)線圈的形狀應(yīng)按照阻尼環(huán)的厚度及弧度制作，形狀不合適可能會(huì)導(dǎo)致磁極鐵心在釬焊過程中發(fā)生過燒或熔化。

(3) 釬焊材料的選擇，根據(jù)機(jī)組對導(dǎo)電特性的要求及磁極阻尼環(huán)與阻尼棒組裝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用合適規(guī)格的BCu80PAg釬焊焊絲。

(4) 使用額定功率不小于70 kW的中頻感應(yīng)釬焊機(jī)組進(jìn)行焊接，而且感應(yīng)線圈銅管的尺寸也應(yīng)按照設(shè)備的冷卻水設(shè)置特性加以考慮。

(5) 釬焊溫度的控制按照釬料的特點(diǎn)控制在要求的范圍區(qū)間，在實(shí)際操作過程中，應(yīng)使用點(diǎn)觸式測溫儀或紅外式測溫儀監(jiān)控。

(6) 操作者需按溫度區(qū)間及接頭熔化程度選擇填料時(shí)機(jī)，在填料時(shí)應(yīng)均勻、持續(xù)，保證釬縫的自然虹吸特性以確保質(zhì)量。

(7) 最終釬焊完成后應(yīng)仔細(xì)檢查釬焊接頭，阻尼環(huán)與阻尼棒釬焊接頭表面不應(yīng)存在釬料金屬未熔化，釬料金屬小球，釬焊接頭黏接不良或母材燒損跡象，所有接頭在母材或釬焊接頭區(qū)域不得有裂紋。

2.4 定子鐵心裝壓

定子鐵心疊裝方式為內(nèi)壓裝，即在定子機(jī)座內(nèi)圓上以定位筋為基準(zhǔn)，兩端裝有扇形齒壓板，通過扇形齒壓板穿過的拉緊螺桿在油壓機(jī)上將鐵心壓緊。鐵心疊裝采用專用的裝夾工具及焊接夾具，借助壓板將鐵心壓緊，使疊片后的鐵心符合設(shè)計(jì)要求。工藝過程：準(zhǔn)備裝壓中所需的設(shè)備，工具和材料，并檢查它們的完好程度，全面清理機(jī)座使其內(nèi)無毛刺、鐵屑和其他異物，而后測量內(nèi)機(jī)座的內(nèi)徑，并按工藝規(guī)程把鐵心定位筋掛好并保證定位筋的弦距等分。將機(jī)座吊放在方箱上，傳動(dòng)端朝下，調(diào)整機(jī)座水平及垂直在0.2 mm/m之內(nèi)，開始疊第一段鐵心，疊裝采用1/2疊裝。第一段鐵心疊完后在鐵心槽內(nèi)插入槽樣棒，每張扇形片應(yīng)放入兩根槽樣棒。對鐵心進(jìn)行整形，使鐵心內(nèi)徑、槽形、段的長度均符合圖紙要求。第一段鐵心合格后再繼續(xù)疊下一段的鐵心，疊到600 mm左右時(shí)需進(jìn)行一次預(yù)壓。加壓時(shí)壓力要逐漸升高到規(guī)定值，并保壓到規(guī)定的時(shí)間，然后降低壓力到規(guī)定值，再次升壓，從而實(shí)現(xiàn)反復(fù)加壓的過程。疊完鐵心并裝上定子壓板后在壓緊狀態(tài)下打入弧形鍵，并按要求焊接牢固。最后，將端箍及銅環(huán)支架焊接在壓板上。

2.5 定子嵌線及真空壓力浸漆

2.5.1 定子線圈絕緣材料的選擇

電機(jī)定子繞組由條式線棒組成，條式線棒由多股并聯(lián)的絕緣股線組成，有玻璃纖維單面補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶、聚酯薄膜單面補(bǔ)強(qiáng)少膠云母帶和全固化整浸防暈帶。

2.5.2 定子線圈主絕緣結(jié)構(gòu)

經(jīng)過多次絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，確定少膠VPI絕緣系統(tǒng)定子線圈絕緣結(jié)構(gòu)如下：槽部繞組線采用薄型滌綸玻璃絲包燒結(jié)漆包銅扁線，換位加換位絕緣及填充墊條；線圈雙面主絕緣厚度比同類同電壓等級的模壓結(jié)構(gòu)線棒主絕緣厚度減薄1.3 mm；防暈層采用HEC5442-1A云母帶與HEC5442-1B云母帶交替半疊繞，再1/3繞一層防暈帶。

2.5.3 定子嵌線工藝

定子嵌線在嵌線封閉間進(jìn)行，定子線圈為條式模壓的F級線圈，按接線方式連成繞組。采取了試嵌線圈的工藝，通過試嵌線圈確定其綁環(huán)位置、槽內(nèi)墊條應(yīng)增減的數(shù)量及線圈在槽內(nèi)側(cè)面的松緊程度。嵌線時(shí)為保證端部的整齊，制作了樣板，以傳動(dòng)端為基準(zhǔn)進(jìn)行控制，每個(gè)槽線圈側(cè)面需要墊的半導(dǎo)體墊條厚度和長度都做了記錄?？刂屏硕瞬啃边厜|塊位置和斜邊的間距。極間連接的銅環(huán)預(yù)先進(jìn)行了平直、彎形，預(yù)裝標(biāo)記出焊接部分，其余部分包上絕緣，裝到繞組上后，焊頭包扎。絕緣包扎比較細(xì)，整個(gè)絕緣包扎質(zhì)量良好，嵌線后繞組電氣性能一次試驗(yàn)合格。

2.5.4 VPI真空浸漆

定子嵌線后須在Φ5 m浸漆罐中采用ET884-1環(huán)氧無溶劑浸漬樹脂進(jìn)行真空壓力浸漆。由于定子較高且漆面不夠，因此無法一次全部整浸，只能采用先浸一半，經(jīng)過空中翻身后再浸另一半，最后整體烘干的方式。為此制作了專用浸漆工具。

2.6 定子的空中翻身

定子裝配后總重達(dá)100 t，尤其定子線圈高出定子的兩端端板達(dá)800 mm，這就給定子在浸漆和制造中的翻身帶來很大的困難。為了在整個(gè)翻身過程中不損壞線圈端部，利用機(jī)座上的底腳板把合孔固定翻身工具，特制了翻身工具及吊梁，達(dá)到了空中實(shí)現(xiàn)翻身的目的，如圖3所示。

圖3 定子空中翻身

3 電機(jī)總裝試驗(yàn)

80 MW電機(jī)也是目前國內(nèi)總噸位最大的電動(dòng)機(jī)，總噸位接近300 t，其中轉(zhuǎn)子噸位約110 t，定子噸位約100 t。電機(jī)噸位超出了廠內(nèi)的單臺(tái)吊車吊裝能力，通過對廠內(nèi)各方面能力進(jìn)行了評估，最終定下該電機(jī)總裝方案：定子用工藝墊板墊高，吊車吊平轉(zhuǎn)子后插入定子，通過調(diào)整定子下面的墊板數(shù)量和吊車的高度來實(shí)現(xiàn)將電機(jī)中心高降下來。為此設(shè)計(jì)制造了工藝墊板、軸承座安裝小車、工藝支撐架等一系列的工藝工裝來保證電機(jī)總裝的順利進(jìn)行，并對最終的工藝方案進(jìn)行了評審。順利實(shí)現(xiàn)了廠內(nèi)總裝并完成全部廠內(nèi)試驗(yàn)。

4 結(jié)語

電機(jī)廠完成總裝配后，試驗(yàn)一次啟動(dòng)成功，并順利的通過了各種機(jī)械、電氣性能試驗(yàn)。電機(jī)試驗(yàn)完成后發(fā)往使用單位與壓縮機(jī)進(jìn)行了對拖試驗(yàn)，完成了設(shè)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)的最終考核。電機(jī)制造過程中攻克了磁極阻尼環(huán)與阻尼條的焊接質(zhì)量、定子線圈絕緣系統(tǒng)問題，解決了定子空中翻身和浸漆問題以及在吊車能力不足的情況下電機(jī)總裝等工藝難題。此電動(dòng)機(jī)項(xiàng)目的研發(fā)成功，標(biāo)志著我國在此領(lǐng)域完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。