某電站貼壁貫流式水輪發(fā)電機定子鐵芯裝配工藝研究

張波 李樑 唐和平

摘 要：簡要介紹了某電站貼壁貫流式水輪發(fā)電機定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點，分析了貼壁貫流式水輪發(fā)電機定子鐵芯裝配過程中的重點、難點，并制定了貼壁貫流式水輪發(fā)電機定子鐵芯的裝配工藝。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機;貼壁貫流;定子鐵芯;定位筋

0 引言

由于受水頭及泡頭比的限制，燈泡貫流式水輪發(fā)電機尺寸難以做大[1]。同時，受泡頭比及轉(zhuǎn)子外徑尺寸限制[2]，燈泡貫流式水輪發(fā)電機的定子機座不得不舍棄中間環(huán)板、加強筋，導(dǎo)致其定位筋只能直接裝焊到定子機座內(nèi)壁上，因此該類機組又被稱為“貼壁貫流式水輪發(fā)電機”。

本文根據(jù)某電站貼壁貫流式水輪發(fā)電機定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點及安裝問題，結(jié)合其他機組的裝配經(jīng)驗，制定了適用于貼壁貫流式機組定子鐵芯的疊壓工藝。

1 某電站定子鐵芯結(jié)構(gòu)

1.1 ? ?定子鐵芯基本參數(shù)

定子鐵芯基本參數(shù)如表1所示。

1.2 ? ?定子鐵芯結(jié)構(gòu)特點與裝配難點

為了增加該類機組定子機座的剛性，防止機座在轉(zhuǎn)運、加工、運輸時發(fā)生變形，采用內(nèi)支撐與定子機座焊接一體結(jié)構(gòu)，雖然可有效降低機座變形的可能性，但也導(dǎo)致定子鐵芯的裝配空間大幅減少。由于定位筋直接裝焊在定子機座內(nèi)壁上，無過渡墊板，因此定位筋滿焊后一旦尺寸超差，定位筋就只能報廢，進(jìn)而造成工地項目嚴(yán)重拖期。定子鐵芯內(nèi)部無通風(fēng)回路，定子熱量主要經(jīng)過導(dǎo)熱膠、定子機座傳遞出去，如果導(dǎo)熱膠灌注不能填充滿鐵芯與定子機座間的間隙，那么將導(dǎo)致定子快速升溫，造成鐵芯的有害變形，嚴(yán)重時甚至?xí)龤цF芯。

2 定子鐵芯裝配工藝優(yōu)化與改進(jìn)

2.1 ? ?中心柱基礎(chǔ)調(diào)整

中心柱又名定子測圓架，是定子鐵芯疊壓過程中快速測量內(nèi)徑的工具，其安裝質(zhì)量會影響定子鐵芯測量結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)場施工條件，中心柱基礎(chǔ)低于周圍底面（水泥），且基礎(chǔ)外圓小于中心柱底座外圓，因此中心柱底座無法直接焊于基礎(chǔ)上。針對以上情況，工作人員可在現(xiàn)場將角鋼焊接于基礎(chǔ)上來抬高中心柱基礎(chǔ)，然后對角鋼上平面度進(jìn)行檢查、修磨。

2.2 ? ?機座與中心柱中心、機座水平調(diào)節(jié)

根據(jù)定子機座大環(huán)板內(nèi)圓加工面調(diào)中心柱同心，中心柱掛鋼琴絲調(diào)中心柱垂直，中心柱調(diào)好后檢查機座水平，然后復(fù)測中心柱中心，直至尺寸調(diào)節(jié)合格。需注意的是，調(diào)整、使用中心柱的過程中不得對其進(jìn)行踩踏，以免造成中心柱垂直發(fā)生變化，影響測量結(jié)果。

2.3 ? ?擋風(fēng)板裝配

本臺機組定子內(nèi)支撐與定子機座為一體焊接結(jié)構(gòu)，為避免擋風(fēng)板裝配時污染定子，需先進(jìn)行擋風(fēng)板預(yù)裝。

2.4 ? ?基準(zhǔn)筋調(diào)節(jié)

水輪發(fā)電機定位筋是定子鐵芯的基準(zhǔn)固定部件，基準(zhǔn)筋更是其他定位筋的找正基準(zhǔn)，因此其裝配質(zhì)量將直接影響機組的裝配質(zhì)量。機座大環(huán)板半圓槽經(jīng)過單件數(shù)控切割后與機座焊接一體，其焊接變形量較大，無法將其作為基準(zhǔn)筋找正基準(zhǔn)，給基準(zhǔn)筋的裝配帶來了一定困難。

處理措施：將圖紙+Y方向與基準(zhǔn)筋相對位置反畫到粘膠片上，如圖1所示。然后將粘膠片上+Y方向?qū)?zhǔn)定子機座上+Y方向，在機座上畫出基準(zhǔn)筋位置線。

使用掛鋼琴絲方法調(diào)節(jié)基準(zhǔn)筋垂直度。采用在定位筋與機座壁間增加調(diào)節(jié)墊片的方式調(diào)整基準(zhǔn)筋半徑及向心，調(diào)好后將基準(zhǔn)筋點焊在機座上。

2.5 ? ?大等分、小等分筋調(diào)節(jié)

全圓共48根定位筋，為避免定位筋弦距累計誤差，將定位筋分八等份進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于中心柱底座基礎(chǔ)不夠牢靠，為減少中心柱調(diào)節(jié)次數(shù)，大等分筋半徑、弦距都使用內(nèi)徑千分尺進(jìn)行測量，調(diào)好后將大等分筋搭焊在機座壁上。大等分筋半徑及向心調(diào)節(jié)同基準(zhǔn)筋。

小等分筋半徑的調(diào)節(jié)使用測圓架百分表方法，弦距使用弦距檢查樣板進(jìn)行調(diào)節(jié)。小等分筋半徑及向心調(diào)節(jié)同基準(zhǔn)筋。需要注意的是，中心柱使用過程中應(yīng)隨時復(fù)查測圓架垂直、中心。

2.6 ? ?滿焊定位筋

所有定位筋調(diào)節(jié)完畢后，將定位筋滿焊在定子機座內(nèi)壁上。與其他機組不同的是，貼壁貫流式機組定位筋與定子機座直接焊接，因此焊接過程極易造成定位筋尺寸超差，進(jìn)而造成定位筋報廢的情況。

為確保定位筋焊接質(zhì)量，制定了工地現(xiàn)場的工藝方案：（1）為減小定位筋焊接變形，定位筋塞焊孔焊接順序為先中間后兩邊。（2）每個塞焊孔分為點焊、段焊、滿焊三個階段。（3）每個塞焊孔焊接順序按圖2進(jìn)行（先焊點1，再焊點2，再焊點3），段焊完成后方可進(jìn)行大面積滿焊。（4）在定位筋的每層焊接后，需要清理干凈藥皮才能進(jìn)行下一層的焊接。（5）每焊接一次需對定位筋弦距、垂直度進(jìn)行復(fù)測，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)調(diào)整焊接順序。

2.7 ? ?齒壓板調(diào)節(jié)

然而由于貼壁貫流式機組定子機座下環(huán)板為單件加工后焊接到機座上，因此焊后下環(huán)板U型槽經(jīng)常發(fā)生周向錯位情況。為了確保絕緣螺帽在最后把緊時不與機座環(huán)板相互干涉，需提前調(diào)整穿心螺桿孔與環(huán)板U型缺口同心，如圖3所示。

2.8 ? ?疊定子鐵芯沖片

受該類機組空間限制，貼壁貫流式機組定子鐵芯中間無通風(fēng)回路。整個定子浸泡在水中，定子熱量主要通過熱傳導(dǎo)的方式經(jīng)導(dǎo)熱膠、定子機座傳遞出去，如圖4所示。

為減少導(dǎo)熱膠灌注時從下面流走的情況，在疊前面幾層鐵芯沖片時，應(yīng)在鐵芯沖片與定子機座間使用密封膠進(jìn)行封堵。定子鐵芯與定子機座間間隙設(shè)計要求為1.1 mm，目的一是給定子鐵芯熱膨脹預(yù)留膨脹間隙，目的二是確保導(dǎo)熱膠充分填充，增強定子散熱效果。為避免定子鐵芯疊壓過程中此間隙發(fā)生變化，疊片時應(yīng)在鐵芯與機座間增加1 mm厚墊片，并且需要隨著疊片增高將此墊片的厚度不斷提高（方便取出）。

2.9 ? ?鐵芯壓緊

為消除定子鐵芯沖片間應(yīng)力，鐵芯每疊一段高度需進(jìn)行一次預(yù)壓。由于該機組內(nèi)支撐與機座已焊為一體，預(yù)壓前鐵芯如果疊得太高，產(chǎn)品拉緊螺桿就會無法穿入;相反，如果鐵芯疊得太低，力矩扳手套筒就會無法直接把緊螺母。針對上述情況，工作人員經(jīng)過數(shù)次嘗試，最終將鐵芯預(yù)壓高度確定為550 mm，調(diào)好后用力矩扳手對稱同方向交叉均勻多次施力，將其把緊至圖紙力矩值。定子鐵芯最后之所以使用力矩扳手把緊，是為了保證鐵芯拉緊螺桿受力均勻、準(zhǔn)確。定子鐵芯內(nèi)徑設(shè)計要求R±0.25 mm，定子鐵芯壓緊后內(nèi)徑測量結(jié)果如表2所示。

2.10 ? ?鐵損試驗

定子鐵芯鐵損試驗是通過檢驗鐵芯的絕緣情況和實際相對鐵耗值來判斷鐵芯的安裝質(zhì)量。勵磁線圈匝數(shù)由計算出的安匝數(shù)和電纜規(guī)格決定，檢測線圈匝數(shù)由測量電壓V2表量程（1/3～2/3）決定，通過調(diào)節(jié)勵磁電壓V1，監(jiān)測V2，觀察其是否接近計算值4.44BSfW2。勵磁電壓調(diào)好后，每15 min記錄一次勵磁電流、測量電壓、損耗值，試驗共持續(xù)90 min，鐵損試驗結(jié)束后再次對稱把緊鐵芯。

為了讓試驗與實際情況更接近，應(yīng)保證磁感應(yīng)的強度盡量接近計算值。

2.11 ? ?灌注導(dǎo)熱膠

由于貼壁貫流機組定子散熱手段非常有限，因此定子鐵芯發(fā)熱較為嚴(yán)重，如不能及時將定子熱量傳導(dǎo)出去，極易造成鐵芯的有害變形，嚴(yán)重時甚至?xí)斐啥ㄗ予F芯燒毀，因此導(dǎo)熱膠的灌注質(zhì)量十分關(guān)鍵。為了確保導(dǎo)熱膠灌注質(zhì)量，必須使用墊片隨時檢查導(dǎo)熱膠填滿鐵芯與定子機座間隙的情況，并根據(jù)情況調(diào)整導(dǎo)熱膠灌注速度。

3 結(jié)語

貼壁貫流式水輪發(fā)電機定子鐵芯結(jié)構(gòu)的獨特性，增加了其裝配的難度。貼壁貫流式水輪發(fā)電機定子鐵芯裝配工藝在該機組上的成功應(yīng)用，確保了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和周期，為類似機組的安裝提供了參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 周亮，王延松.浮動斜槽式定子鐵芯裝配工藝研究[J].東方電機，2001（2）：14-18.

[2] 王巖松.大型水輪發(fā)電機定子鐵芯熱膨脹及松動[J].東方電機，1994（3）：4-10.

收稿日期：2020-11-20

作者簡介：張波（1984—），男，吉林榆樹人，碩士研究生，工程師，研究方向：水輪發(fā)電機制造工藝。