試論大型水輪發(fā)電機圓盤式轉(zhuǎn)子支架加工新工藝

孫小龍

摘? ?要：圓盤式轉(zhuǎn)子支架具有重量輕、節(jié)約材料成本和制造成本，同時具有較大的剛度、傳遞力矩大、通風損耗小的特點，因此現(xiàn)代大型水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子幾乎全部使用圓盤式支架結(jié)構(gòu)。水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接支架主軸和磁軛，主要作用是固定磁軛和傳遞轉(zhuǎn)矩。目前在三峽、瀑布溝等電站大型水輪發(fā)電機中得到成功應用。圓盤式的轉(zhuǎn)子要求有很強的加工工藝，并且支架需要很大，需要進行大量的焊接，因此需要科學選擇合適的焊接工藝，有效控制焊接精度，保障質(zhì)量并防止變形。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機? 圓盤式? 轉(zhuǎn)子支架? 加工工藝

水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接支架主軸和磁軛，主要作用是固定磁軛和傳遞轉(zhuǎn)矩。目前在三峽、瀑布溝等電站大型水輪發(fā)電機中得到成功應用。圓盤式轉(zhuǎn)子支架尺寸大，焊接量大，對加工工藝要求比較高，必須要采取有效的工地焊接工藝，才能提高焊接質(zhì)量、精度及控制焊接變形。

1? 大型水輪發(fā)電機圓盤式轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)特點

受到運輸條件限制，圓盤式轉(zhuǎn)子支架會設(shè)計成中心體和扇形支臂兩大部分，整體結(jié)構(gòu)分為好幾部分，有上下圓盤和中心體，以及腹板和立筋板等等。其中，中心體和支臂組焊及加工在工廠內(nèi)完成，運到工地后再進行焊接和組裝。一些轉(zhuǎn)子還有著上下加強板的設(shè)置。因為在焊接圓盤支架之后可能造成變形，為了防止對圓盤支架組裝產(chǎn)生影響，通常就會利用帶磁軛鍵槽的立筋板進行矯正。

2? 圓盤式轉(zhuǎn)子支架加工新工藝

2.1 傳統(tǒng)工藝的不足

圓盤式轉(zhuǎn)子支架傳統(tǒng)的制造工藝目前已臻成熟，加工精度也比較高，實踐表明，加工質(zhì)量也能契合大型水輪發(fā)電機的平穩(wěn)、安全、可靠運行的需求。不過，其也存在明顯的不足之處，例如，轉(zhuǎn)子支架的中心體和扇形支臂需要分兩次進行組圓，使得加工效率比較低，生產(chǎn)周期比較常，而且會消耗大量的人力、物力和財力資源。同時，由于大型水輪發(fā)電機的圓盤式轉(zhuǎn)子支架的尺寸比較龐大，要用大型立車進行組圓加工，加上加工周期長，導致關(guān)鍵資源長時間被占用，影響企業(yè)的產(chǎn)能。

2.2 新加工工藝應用

（1）工藝思路。傳統(tǒng)的圓盤式轉(zhuǎn)子支架加工工藝具有效率低、周期長、關(guān)鍵資源占用多等不足，無法更好地滿足當前的生產(chǎn)需求。為提高生產(chǎn)效率與效益。在分析大型水輪發(fā)電機圓盤式轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)與工藝特點基礎(chǔ)上，提出了一種新的加工工藝。在圓盤式轉(zhuǎn)子支架中，其內(nèi)筋板很多壓縮了空間，也增加了操作難度。為了讓中心體環(huán)縫背面清根徹底，必須要進行仔細的打磨，之后進行內(nèi)筋板后插裝。在支臂中，兩個不同厚度的鋼板形成大立筋板，分別從不一樣的角度進行拼焊，這增加了焊接工序的困難。支臂都使用分別裝焊，并且保障裝配尺寸的同一性。支臂材料的板厚、焊縫的尺寸相對較大，無法較好地控制焊接變形。新工藝針對這些問題，圍繞“減少轉(zhuǎn)子支架組圓次數(shù)、縮短大型立車占用時間”的總體思路，利用激光跟蹤儀與數(shù)控龍門銑等先進工具，設(shè)計出圓盤式轉(zhuǎn)子支架加工新工藝。

（2）工藝實施。遵循“謹慎試驗、及時修正”原則，在云南瀾滄江某電站機組#1機轉(zhuǎn)子支架生產(chǎn)制造中，應用該新加工工藝。該電站是重要的梯級電站，機組單機容量為350MW，采用圓盤式發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架設(shè)計。整體上，支架由中心體和10瓣扇形支臂構(gòu)成，支架外圓直徑達16160mm，支架總重量約為205.1t。因為外形尺寸比較大，分瓣數(shù)量也比較多，如果采用傳統(tǒng)加工工藝，將需要占用18m立車、22m立車等關(guān)鍵資源。經(jīng)過研究討論，采用激光跟蹤儀與數(shù)控龍門銑相結(jié)合的方法來加工。

中心筒采用熱輥成型方法卷制而成，材料是120mm厚的鋼板，將其分為三瓣，采用自動埋弧焊方法，急性焊接三條拼焊縫。在結(jié)束后要進行焊縫的UT、MT探傷檢查。如果和標準相符合，然后加工中心筒內(nèi)外圓。對于其它筋板，主要是使用數(shù)控氣割下料，并且整平下料。針對中心筒和上、下圓盤，做好直接裝配工作，并且保障其穩(wěn)定性。當焊到坡口的1/3深度時，需要清理和打磨其焊縫背面。在完成探傷檢查之后，用富氬氣體對背面的焊縫進行保護，做好封底焊縫焊接，之后針對環(huán)縫正面，分為兩次完成焊接[2]。認真進行焊縫封底焊，減少修補次數(shù)，提高焊接質(zhì)量。內(nèi)筋板的裝配采用平衡梁吊裝方式在轉(zhuǎn)胎上完成，焊接方法是半自動氣體保護焊。將中心體吊下轉(zhuǎn)胎，裝配外筋板嚴格按照圖紙，針對外筋板中間空檔處，使用半自動氣體保護焊裝焊三層臨時拉筋。在對應力熱處理消除后，去掉臨時拉筋，對焊縫質(zhì)量和尺寸進行檢查，只有在達標以后，才能夠進行下一步的噴砂和清理，然后進行涂底漆等等各項操作。

在外圓支臂中，主要是使用獨立裝焊工藝，在裝配過程中，對裝配高度公差用定位架來設(shè)置。在進行裝配之前，需要將定位樣板放置在裝配定位架下，使用倒裝位置方式裝配外圓支臂。先吊放下圓板到樣板上，然后吊裝立筋板、下圓板及擋風板等，尺寸調(diào)整好之后，進行定位焊。再把支臂吊到平臺上，做好焊接工作。安排兩個焊工，分別在對稱位置實施施焊操作，并且分為三次循環(huán)完成，保證工件的均勻變形。消除應力熱處理后，將臨時拉筋去除，再進行其他加工。

（3）支架裝配。首先，對中心體進行調(diào)整，設(shè)置好中心體的支撐架，在圓周的對稱位置上，進行楔子板的調(diào)整并吊放中心體就位，然后，用螺栓將二者緊密連接起來。以上法蘭作標準，調(diào)節(jié)中心體的水平度，使其符合標準。在下法蘭外圓，使用千斤頂頂牢中心體和支撐架，在加工時要避免中心體產(chǎn)生位移的現(xiàn)象。另外，裝配支臂，在每個扇形支臂處，放置3個自制鋼支墩，在支墩上，設(shè)置楔子板，對支臂合縫塊以及拉筋進行檢查，看是否存在損壞和雜物，如果合格，將運輸用工字鋼割去，及時清理坡口和周圍的鐵銹以及污漬。選擇4個吊環(huán)螺釘，采用對稱交錯的方式，將扇形支臂進行吊裝，對主立筋進行測量，并且在測量中使用內(nèi)徑千分尺測量，對半徑和弦距校對，檢查各焊縫的間隙值[3]。在此基礎(chǔ)上，加上墊片并對半徑和弦距值進行調(diào)整、方法。測量好各項數(shù)據(jù)并進行詳細記錄。再次，開始進行定位。4名焊工在對稱位置施焊，使用陶瓷電加熱器局部預熱高于80℃，每段定位焊長度80～100mm，焊接厚度6～8mm，間距為400mm。

3? 結(jié)語

綜上所述，通過實驗驗證，采用新的加工工藝制作大型水輪發(fā)電機圓盤式轉(zhuǎn)子支架，效果非常理想，檢查報告表明各項指標均完全符合設(shè)計要求，而且制作周期短，效率高，能較好地滿足大型水輪發(fā)電機大部件焊接變形小、焊接質(zhì)量高的設(shè)計要求。在瀑布溝、金安橋、溪洛渡和糯扎渡電站等機組發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架加工中，已經(jīng)成功應用該項工藝。這說明，基于激光跟蹤儀和數(shù)控龍門銑相結(jié)合的水輪發(fā)電機大型圓盤式轉(zhuǎn)子支架加工新工藝，具有較高的正確性、科學性及可操作性，為轉(zhuǎn)子支架加工開拓了新的加工途徑，有利于提高大件加工制造效率，縮短生產(chǎn)周期，并能有效減輕大型立車設(shè)備的工作負荷，增強生產(chǎn)管理部門調(diào)度靈活性，因而，可以在同類工件加工實踐中進一步加以推廣應用，使其經(jīng)濟效益與社會效益實現(xiàn)最優(yōu)化。

參考文獻

[1] 張杰英.大型圓盤式轉(zhuǎn)子支架工地裝焊焊接變形分析及控制[J].大電機技術(shù)，2014（4）：51-54.

[2] 周亮，王歡，邱玉海.大型水輪發(fā)電機圓盤式轉(zhuǎn)子支架加工新工藝[J].東方電機，2013，41（6）：16-17.

[3] 張全順.大型圓盤式轉(zhuǎn)子支架焊接工藝研究[J].電站系統(tǒng)工程，2012，28（3）：75-76.