斜卡水電站轉(zhuǎn)子磁軛斜鍵安裝工藝

錢烽祥，鄭遠(yuǎn)超

（四川久隆水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610094）

斜卡水電站工程位于四川省九龍縣境內(nèi)，總裝機(jī)3×45 MW，水輪發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為375 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速為703 r/min，慣性力矩為900 t·m2。水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁軛為迭片式結(jié)構(gòu)，用2.5 mm厚鋼板沖制成磁軛扇形沖片。疊片時(shí)各層間相錯(cuò)一個(gè)極距，每極用一個(gè)銷子定位，整圓用螺桿拉緊，兩端由分塊式磁軛壓板夾緊，疊片磁軛和轉(zhuǎn)子支架用斜鍵打緊。

機(jī)組運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子磁軛將受到巨大的離心力的作用，巨大的離心力會(huì)使磁軛發(fā)生顯著的徑向變形，使磁軛與支臂發(fā)生徑向分離間隙，轉(zhuǎn)速愈高，分離間隙愈大[1]。這不僅會(huì)使水電站機(jī)組產(chǎn)生過大的擺度與振動(dòng)，甚至還會(huì)使支臂掛鉤因受沖擊而斷裂，甚至造成嚴(yán)重的運(yùn)行事故。因此，斜卡電站磁軛鍵的安裝應(yīng)分兩次進(jìn)行，分別為冷打鍵和熱打鍵。冷打鍵即為在冷狀態(tài)下打鍵，熱打鍵即為在熱狀態(tài)下打鍵。

1 磁軛斜鍵安裝

1.1 冷打磁軛斜鍵

冷打鍵主要功能為調(diào)整磁軛圓度，減少磨圓工作量。通過冷打鍵還能消除磁軛螺孔與螺桿之間的配合間隙，使熱打鍵時(shí)能獲得準(zhǔn)確的單側(cè)緊量。

冷打鍵的工序過程如下：

先用測(cè)圓架及千分表測(cè)得磁軛外圓的圓度。精研磁軛斜鍵，使鍵的工作面之間能夠良好接觸。用布拉凈鍵槽，裝入抹上凡士林的磁軛斜鍵，長(zhǎng)鍵（打鍵）在內(nèi)，大頭在上；短鍵在外，大頭在下；用大錘逐步將磁軛斜鍵打緊。根據(jù)磁軛圓度記錄，先打入半徑方向偏小的磁軛鍵，借以調(diào)整磁軛圓度和偏心度。然后均勻、對(duì)稱地用12磅大錘把磁軛斜鍵及斜楔打緊，直到10磅大錘連續(xù)三次，鍵只下去0.08 mm～0.25 mm為合格。打緊過程中應(yīng)測(cè)量轉(zhuǎn)子圓度變化進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整，使得磁軛圓度各半徑與設(shè)計(jì)半徑之差小于等于設(shè)計(jì)氣隙值的±3.5 %（±0.84 mm），磁軛各邊對(duì)稱度小于等于0.3。在各配對(duì)鍵的側(cè)面畫一橫線，作為下一步熱打鍵的起始線。

1.2 熱打磁軛斜鍵

1.2.1 計(jì)算電加熱總?cè)萘?/p>

電加熱總?cè)萘坑?jì)算公式為：

式中P為電加熱總?cè)萘?，kW；K0為保溫系數(shù)一般取2～4，本文K0值取為3； Δt為計(jì)算溫差，取60℃；G為磁軛總重量，kg；C為磁軛材料的比熱，鋼C=0.50(kJ/kg·℃)；T為預(yù)計(jì)所需加熱時(shí)間，s。

取預(yù)計(jì)所需加熱時(shí)間T為5 h，則加熱容量為：

1.2.2 計(jì)算打入熱打鍵打入深度值

計(jì)算磁軛重心半徑，公式如下：

式中R1為內(nèi)切圓半徑（磁軛內(nèi)圓），取1 251 mm；R2為外切圓半徑（磁軛外圓），取1 671 mm；

得磁軛重心半徑為：Re=1 471.06 mm

計(jì)算單側(cè)緊量，公式為：

式中α為磁軛材料的平均線膨脹系數(shù)，取值為11×10-6/℃。

當(dāng)磁軛比立筋支架溫度為60 ℃時(shí)：

單側(cè)緊量為：δ=△ΤαRe=60 ℃×1 471.06 mmmm；

打入深度為：L=δ×n=0.97×200=194 mm；n為斜鍵的比例系數(shù)，取值為1∶200；

在此基礎(chǔ)上，驗(yàn)證打鍵深度的合理性，即正常運(yùn)行時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力、飛逸轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)組產(chǎn)生的離心力與熱打鍵打入后產(chǎn)生的預(yù)緊力相比較。該機(jī)組轉(zhuǎn)子中心體共八根支柱，打八根熱打鍵，每根熱打鍵所打出的單側(cè)緊量為δ。

式中E為彈性模量，取值2×106N/m2；A為磁軛橫截面積，A=磁軛總高度（1 750 mm)×｛磁軛外徑（1 671 mm）—磁軛的內(nèi)徑（1251mm）｝=7 350 cm2；L為磁軛周長(zhǎng)，該轉(zhuǎn)子磁軛周長(zhǎng)為125.1 cm。則磁軛比立筋支架溫度高60 ℃時(shí)，δ=0.97×8=7.76 mm：F預(yù)緊力=9.12×107N；

根據(jù)離心力公式：

式中m取87 000 kg，正常運(yùn)行時(shí)nn=375 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速時(shí)為nR=703 r/min；R取平均值半徑1.018 m。

在未計(jì)算冷打鍵的預(yù)緊力時(shí)，在磁軛比立筋支架溫度高60 ℃時(shí)的預(yù)緊力已大于飛逸轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的離心力，且反算得到的安全系數(shù)為1.9，滿足安全系數(shù)ns=1.5～2.0之間的要求，此時(shí)表示工作狀態(tài)安全。因此要求磁軛比立筋支架溫度高60 ℃且熱打鍵的打入深度為194 mm。算出打入深度后，再在長(zhǎng)線上畫熱打鍵的終止線。

1.2.3 打熱打鍵

打熱打鍵前，需先利用電熱法對(duì)轉(zhuǎn)子磁軛加熱，根據(jù)已計(jì)算好的加熱總?cè)萘?、單個(gè)加熱棒及加熱板的發(fā)熱功率，選擇合適數(shù)量的加熱器布置在磁軛下面和磁極掛裝面，轉(zhuǎn)子支架和磁軛用導(dǎo)電良好的導(dǎo)線接地；在磁軛外面和頂部及底部用石棉布嚴(yán)密覆蓋，再用石棉布將整個(gè)磁軛圍住，達(dá)到保溫的效果。

在完成檢查加熱準(zhǔn)備工作后，通電加熱。磁軛加熱升溫均勻，升溫速度不大于10 ℃/h，同時(shí)要求相同時(shí)間內(nèi)，磁軛的溫度增加高于轉(zhuǎn)子支架的溫度增加，加熱時(shí)間控制在12 h以內(nèi)，用紅外點(diǎn)溫槍嚴(yán)格監(jiān)控各部溫度。待磁軛與轉(zhuǎn)子支架溫差達(dá)60 ℃時(shí)，斷開加熱電源，用大錘快速、均勻、對(duì)稱地打入長(zhǎng)磁軛斜鍵至標(biāo)記位置，打鍵過程中應(yīng)隨時(shí)測(cè)量、檢查磁軛圓度、同心度，并做好相應(yīng)記錄。

1.2.4 完成磁軛裝配

拆除保溫及加熱元件，讓磁軛自然緩慢均勻地冷卻到室溫。復(fù)查磁軛同心度及圓度，磁軛上、中、下各測(cè)一點(diǎn)，做好記錄。合格后，將磁軛鍵留有能拔鍵的余量長(zhǎng)度后，即把其他多余長(zhǎng)度割除，然后磨平割口面，再兩鍵搭焊，并點(diǎn)焊在磁軛和立筋上。掛裝磁極平面用長(zhǎng)度＞1 000 mm平尺檢查平直，磨去高點(diǎn)。再裝配壓板、調(diào)整墊片，把緊各緊固件并點(diǎn)焊。用磁軛T尾槽拉刀拉削磁軛沖片掛裝磁極T尾槽。至此磁軛裝配完成。

2 結(jié)語(yǔ)

斜卡水電站按照上述安裝工藝和要求，可使轉(zhuǎn)子磁軛安裝的同心度和圓度達(dá)標(biāo)，不僅能夠減小機(jī)組運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的不平衡力矩和發(fā)電機(jī)氣隙的不均勻程度，也減小了機(jī)組振擺，為機(jī)組長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。