宗格魯水電站GE發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝工藝

於少良

摘要：尼日利亞宗格魯水電站是由中國電力工程有限公司牽頭，與中國水電組成“CNEEC-SINOHYDRO”聯(lián)合體，采用設(shè)計(jì)、采購、施工總承包方式（Engineering Procurement Construction，EPC）進(jìn)行建設(shè)的。電站廠房內(nèi)共安裝4臺單機(jī)容量175 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，全部由GE通用電氣水電設(shè)備（中國）公司供貨。本文主要介紹其首臺水輪發(fā)電機(jī)組（1#機(jī)）轉(zhuǎn)子現(xiàn)場安裝施工工藝。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；轉(zhuǎn)子支架；磁軛；磁極

中圖分類號：TM312文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0051-04

Installation Technology of GE Generator Rotor in Zonglu Hydropower Station

YU Shaoliang（China Power Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100048）

Abstract： Zonglu Hydropower Station in Nigeria is a "CNEEC-SINOHYDRO" consortium led by China Power Engi？ neering Co.， Ltd. and Sinohydro， which is constructed by means of general contracting for design， procurement and construction （EPC）. Four vertical shaft Francis turbine generator units with a single unit capacity of 175MW are in？ stalled in the powerhouse of the power station， all of which are supplied by GE Hydropower Equipment （China）. This paper mainly introduces the on-site installation and construction technology of the rotor of its first hydro generator unit （1# turbine）.

Keywords： turbine generator unit；rotor support；yoke；pole

宗格魯水電站1#～4#水輪發(fā)電機(jī)組由GE通用電氣水電設(shè)備（中國）公司設(shè)計(jì)制造。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主要由圓盤支架、磁軛及磁極等部套組成。轉(zhuǎn)子支架為斜元件結(jié)構(gòu)，由1個中心體和6瓣扇形斜支架在工地組焊成整體[1]。轉(zhuǎn)子中心體上端通過螺栓與上端軸相連，下端通過螺栓與推力頭及下端軸相連。轉(zhuǎn)子支架焊接、磁軛疊片及磁極掛裝等工作均在安裝間進(jìn)行。

1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外徑為11 954 mm，中心體外形尺寸為Φ2 520 mm×1 800 mm，磁軛高度為1 887 mm，磁軛疊片由厚度4 mm的高強(qiáng)度低合金鋼板激光切割制成。磁軛和轉(zhuǎn)子支架采用徑向、切向磁軛鍵連接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子磁軛在現(xiàn)場疊片完成后加溫?zé)崽?。磁軛徑向收縮力通過磁軛鍵、墊片及主立筋傳遞到轉(zhuǎn)子支架上；磁軛切向力通過磁軛副鍵、主鍵及主立筋傳遞到轉(zhuǎn)子支架上。磁軛鍵、主立筋各18個，轉(zhuǎn)子磁軛下方安裝有28塊制動環(huán)板，磁極上、下端裝有阻尼環(huán)。單臺機(jī)轉(zhuǎn)子磁極共計(jì)28對，磁極高度為1 967 mm。轉(zhuǎn)子引線絕緣等級為F級，轉(zhuǎn)子組裝完成后總質(zhì)量約為427 t。發(fā)電機(jī)基本參數(shù)如表1所示。

2轉(zhuǎn)子組裝主要工序

轉(zhuǎn)子組裝場地埋件安裝→轉(zhuǎn)子組裝施工準(zhǔn)備→轉(zhuǎn)子支架組焊→現(xiàn)場配制并安裝副立筋→磁軛鍵組裝→磁軛疊裝及壓緊→磁軛漲開→磁軛最終壓緊→定子磁軛熱套漲緊→磁軛附件安裝→轉(zhuǎn)子磁極掛裝→轉(zhuǎn)子引線安裝及磁極連接→阻尼環(huán)連接片安裝→轉(zhuǎn)子清掃及繞組干燥→轉(zhuǎn)子繞組電氣試驗(yàn)→轉(zhuǎn)子清掃和噴漆[2]。

3轉(zhuǎn)子安裝主要工序

3.1組裝場地的施工準(zhǔn)備

①轉(zhuǎn)子組裝在安裝間轉(zhuǎn)子工位進(jìn)行。清理現(xiàn)場工作面，準(zhǔn)備好臨時電源、風(fēng)管、施工設(shè)備、專用工器具以及施工平臺等。②清理轉(zhuǎn)子支撐預(yù)埋基礎(chǔ)板，確保轉(zhuǎn)子支撐和基礎(chǔ)板受力面清潔無損傷。③在轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)板上安裝轉(zhuǎn)子支撐，裝配前對接觸面做好防腐。調(diào)整好轉(zhuǎn)子支撐，轉(zhuǎn)子支撐環(huán)上表面必須調(diào)整到完全水平。標(biāo)出轉(zhuǎn)子支架扇形體支撐的位置，固定好支架扇形體支撐并將其調(diào)至垂直。

3.2轉(zhuǎn)子支架組焊

①將轉(zhuǎn)子中心體吊至轉(zhuǎn)子支撐上，其方位與機(jī)坑軸線一致。檢查調(diào)整中心體上法蘭面水平度至不超過0.03 mm/m。在轉(zhuǎn)子中心體上安裝并調(diào)整測圓架，其應(yīng)調(diào)整至同轉(zhuǎn)子中心基準(zhǔn)面同心，同心度應(yīng)小于0.05 mm，測圓架回轉(zhuǎn)中心垂直度不超過0.02 mm/m，旋轉(zhuǎn)一周的測量偏差應(yīng)小于0.02 mm。

②按圖紙要求進(jìn)行轉(zhuǎn)子中心體和各瓣轉(zhuǎn)子支架待焊表面的準(zhǔn)備。

③擺裝轉(zhuǎn)子支架支撐。按圖紙及廠內(nèi)預(yù)裝標(biāo)記組裝并調(diào)整各瓣轉(zhuǎn)子支架，通過轉(zhuǎn)子扇形體支撐調(diào)整扇形體高度至符合設(shè)計(jì)要求。

④測量調(diào)整轉(zhuǎn)子支架水平度、支架合縫處弦距及支架半徑。支架水平度以掛鉤水平為準(zhǔn)，偏差為±0.5 mm；合縫處弦距與平均值的偏差為±4 mm；支架半徑與平均值偏差為±1 mm[3]。檢查焊縫錯牙，其中弦距及半徑應(yīng)額外考慮焊接變形量。

⑤轉(zhuǎn)子支架調(diào)整完成后，按廠家工藝規(guī)范進(jìn)行轉(zhuǎn)子支架焊縫焊接工作。

⑥焊接完畢后，對中心體筋板與支架扇形體筋板縱向?qū)雍缚p和支架扇形體腹板徑向?qū)雍缚p進(jìn)行無損探傷檢查。

⑦對轉(zhuǎn)子支架的各主要尺寸進(jìn)行復(fù)測，結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

3.3副立筋安裝

①擺裝副立筋測量工具。在主立筋頂部安裝配筋測量工具，調(diào)整其高低和水平。測量公差要求如下：各個測量工具的高程差應(yīng)小于0.5 mm；每個測量工具的水平度應(yīng)小于0.04 mm/m；扭斜誤差應(yīng)小于0.1 mm；半徑偏差應(yīng)小于0.1 mm；弦距偏差應(yīng)小于0.2 mm。

②測量配刨副立筋數(shù)據(jù)，記錄每個副立筋的數(shù)據(jù)。注意在主立筋上標(biāo)出副立筋的切向位置。

③副立筋加工。加工后安裝的副立筋應(yīng)滿足圖紙要求的半徑，通過加工副立筋來修正副立筋與轉(zhuǎn)子支架焊接時的變形偏差。

④副立筋安裝后需按圖紙完成塞焊及兩側(cè)的角焊縫。副立筋的最終位置要求如下：弦距公差不超過0.2 mm；至中心距離偏差不超過0.5 mm；徑向傾斜不超過0.15 mm；周向傾斜不超過0.15 mm[4]。

3.4磁軛疊片及壓緊

①擺裝轉(zhuǎn)子疊片平臺。擺裝轉(zhuǎn)子磁軛支撐，使其保持垂直。復(fù)測測圓架。測圓架與轉(zhuǎn)子中心同心度小于0.05 mm，回轉(zhuǎn)一周的測量偏差小于0.02 mm。

②安裝磁軛主鍵。檢查楔鍵高度，必要時進(jìn)行修割。以一個主鍵為基準(zhǔn)，安裝并測量其他磁軛主鍵和基準(zhǔn)磁軛主鍵之間的偏差，記錄測量結(jié)果。

③安裝下壓板。將下壓板置于支撐上，下壓板內(nèi)側(cè)支撐在大立筋掛鉤上，外側(cè)支撐在兩側(cè)磁軛支撐上。調(diào)整下壓板水平，根據(jù)轉(zhuǎn)子的基準(zhǔn)軸線檢查下壓板的位置是否正確。用測圓架、水準(zhǔn)儀調(diào)整第一塊下壓板的下平面與中心體下法蘭面的高程差、徑向水平至合格，用測圓架和百分表將其他下壓板調(diào)好，整體波浪度應(yīng)不超過2 mm。

④轉(zhuǎn)子磁軛疊片疊至120 mm高度。注意按照圖紙檢查磁軛疊片錯開距離是否正確，用塑料錘輕擊磁軛疊片使其穿過疊片銷。通過調(diào)整切向楔鍵的位置調(diào)整磁軛鍵的切向位置，按調(diào)整好的磁軛調(diào)整切向磁軛鍵的位置并鎖定。

⑤按照圖紙進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁軛疊片，直至第一次壓緊高度。按照圖紙檢查磁軛疊片的錯開距離是否正確。用塑料錘輕擊磁軛疊片使其穿過疊片銷；隨著磁軛疊片的進(jìn)行，向上拉長疊片銷；補(bǔ)償片的壓緊螺栓孔的位置要與磁軛壓緊螺栓孔位置對齊；不要移動下端的短疊片銷，這些疊片銷使磁軛疊片成為一個牢固的整環(huán)。

⑥檢查疊好的轉(zhuǎn)子磁軛的調(diào)整情況：檢查磁軛同心度，必要時用塑料錘或液壓工具重新調(diào)整磁軛；檢查下壓板的水平；通過檢查確保磁軛與主鍵之間沒有徑向間隙。

⑦按圖紙安裝壓緊裝置。安裝前必須先潤滑壓緊螺栓表面和螺紋；用風(fēng)動扳手按照圖紙要求壓緊螺栓，按對稱交錯的原則進(jìn)行。

⑧壓緊后檢查磁軛，在磁軛的內(nèi)外徑處測量磁軛高度，在圓周測量每張磁軛疊片高度；檢查上下壓板的徑向平面度；測量磁軛的同心度。

⑨重復(fù)以上步驟，按圖紙進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁軛疊片，直至最后一次壓緊高度。根據(jù)磁軛疊片第三次壓緊測量的結(jié)果加補(bǔ)償片。

⑩按照文件對轉(zhuǎn)子磁軛進(jìn)行最終預(yù)壓緊，壓緊所有螺栓。拉伸過程分3次進(jìn)行，逐漸增加拉伸力，直至拉伸長度符合要求。第一次拉伸力為參考拉伸力的50%，第二次拉伸力為參考拉伸力的75%，第三次拉伸力為100%參考拉伸力。檢查最終壓緊好的磁軛，在磁軛的內(nèi)外徑處測量磁軛高度，在圓周測量每張磁軛疊片的高度；檢查上下壓板的徑向平面度；測量磁軛的半徑和同心度。

3.5磁軛漲開

①先拆出一半的磁軛主鍵，更換為鋸齒形磁軛漲開鍵，再對另一半進(jìn)行更換。對稱拆除，將磁軛主鍵更換為鋸齒形磁軛漲開鍵，安裝壓緊支撐和螺栓。

②成對的鋸齒鍵組裝前在鋸齒鍵相互接觸面及與大立筋鍵槽底部接觸面涂潤滑劑。安裝前，在螺紋表面和螺栓頭涂潤滑劑。

③松開所有的磁軛預(yù)壓螺母，采用對稱交錯的方式進(jìn)行。將交錯的一半螺母更換為產(chǎn)品螺母，采用手動方式緊固。

④根據(jù)前序測量的磁軛半徑尺寸，用壓緊螺栓壓緊所有磁軛半徑偏小處的鋸齒鍵，同時用測圓架監(jiān)測對應(yīng)的磁軛變化。對稱交錯壓緊鋸齒鍵，每次擰緊一圈，同時在8個方向上下兩處監(jiān)測磁軛外徑的變化情況。隨著擰緊力的增大，磁軛半徑會均勻增大，內(nèi)部也會產(chǎn)生片間滑移聲響，直到所有壓緊螺栓力矩均大于900 N·m時停止擰緊。測量轉(zhuǎn)子磁軛的上、中、下3個截面的半徑。

⑤用交錯對稱的方法均勻松開壓緊螺栓。

3.6磁軛的最終壓緊

①換裝產(chǎn)品螺桿后用液壓拉伸器對轉(zhuǎn)子磁軛進(jìn)行最終壓緊，應(yīng)逐步增加拉緊壓力直至達(dá)到最終壓緊力的100%，分3步進(jìn)行壓緊才能達(dá)到最終壓力。螺桿拉伸過程按驗(yàn)收表格檢查拉伸值，拉伸值抽查螺栓總數(shù)的10%，剩余90%的螺栓用已經(jīng)抽查合格的10%螺栓的最大拉伸力來進(jìn)行拉伸，螺栓拉伸量為3.20 mm±0.16 mm。

②檢查最終壓緊好的磁軛，測量轉(zhuǎn)子磁軛上、中、下3個截面的半徑。在磁軛的內(nèi)外徑處測量磁軛高度，并按要求對螺母進(jìn)行點(diǎn)焊止動。

③拆除所有磁軛及轉(zhuǎn)子支架的支撐，測量并記錄轉(zhuǎn)子磁軛下沉量。

3.7磁軛熱套漲緊

①拆除鋸齒形磁軛漲開鍵，必須對稱進(jìn)行，以防止磁軛產(chǎn)生不必要的變形。

②根據(jù)測量的轉(zhuǎn)子磁軛半徑和高度以及磁軛主鍵處的間隙，考慮磁軛的半徑修正轉(zhuǎn)子磁軛需要漲緊的厚度，計(jì)算出所需墊片的厚度[3]。如果上中下測量的間隙差大于0.5 mm，要考慮上中下配制使用不同厚度的墊片。按圖紙要求將磁軛主鍵與墊片組裝在一起。

③在轉(zhuǎn)子磁軛通風(fēng)槽內(nèi)安裝加熱器并接入控制柜，在磁軛上安裝保溫被。投入電源對磁軛進(jìn)行加溫，控制溫升在6～10℃/h內(nèi)，約需20 h完成磁軛加熱，每30 min記錄一次溫度，包括磁軛內(nèi)外側(cè)的上中下各部位，及磁軛和轉(zhuǎn)子支架的頂面及底面。磁軛加熱后受熱膨脹，則徑向間隙會逐漸變大。當(dāng)檢查每根副立筋處磁軛和副立筋之間的間隙比需加入的主鍵和墊片厚度大于1 mm且最小大于0.5 mm時，將磁軛主鍵與對應(yīng)的墊片一起裝入磁軛，同時裝入磁軛副鍵，輕輕打緊，切斷加熱電源，慢慢降低磁軛溫度至室溫。熱套完成后將轉(zhuǎn)子磁軛再次壓緊一遍。

④測量轉(zhuǎn)子磁軛的上、中、下3個截面的半徑，在磁軛的內(nèi)外徑處測量磁軛高度。

⑤打緊磁軛切向副鍵，用大錘打緊，直到打不動。按圖紙將多余的副鍵割除，安裝轉(zhuǎn)子磁軛止動板。

⑥測量轉(zhuǎn)子下端法蘭面與轉(zhuǎn)子下壓板之間的距離。

3.8安裝止動板

①測量上壓板與大立筋槽的上表面的距離，將止動板配刨機(jī)加工。

②按圖紙安裝止動板和壓緊螺栓。檢查止動板上面和大立筋的槽面之間有無間隙，止動板下面不能在軸向壓住大立筋。

3.9安裝制動環(huán)

按圖紙安裝制動環(huán)瓦及相應(yīng)的墊片，測量制動環(huán)的平面度。制動環(huán)沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向必須平滑或連續(xù)，制動一環(huán)后一塊不能高出前一塊。環(huán)板徑向應(yīng)水平，其偏差應(yīng)在0.5 mm以內(nèi)，沿整個圓周波浪度應(yīng)不大于2 mm。

3.10磁極安裝

①檢查轉(zhuǎn)子磁軛及磁極表面的所有溝槽，磁極溝槽和磁軛的表面必須清掃干凈。

②磁極安裝前應(yīng)按廠家實(shí)驗(yàn)大綱進(jìn)行單個磁極電氣實(shí)驗(yàn)。

③安裝轉(zhuǎn)子磁極定位裝置。確定磁極放置位置，進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁極配重時，應(yīng)按磁極質(zhì)量的偏差進(jìn)行補(bǔ)償。配重時要將磁極按圖紙分成兩組，兩種磁極位置不同，應(yīng)注意區(qū)分。

④試裝磁極。對稱掛裝兩個磁極，檢查極性順序是否正確。根據(jù)以下條件確定轉(zhuǎn)子磁極和磁軛間的墊片厚度：定子鐵芯的平均測量直徑、靜止時的氣隙、轉(zhuǎn)子磁軛的平均直徑、磁極高度；在楔子表面涂薄薄的一層潤滑脂，按圖楔緊轉(zhuǎn)子磁極；測量轉(zhuǎn)子磁極安裝后的半徑，由此確定磁極和磁軛間的墊片厚度；按照先試裝的兩個磁極確定墊片厚度，將墊片與磁極焊在一起。焊前做好防護(hù)，以防燒傷磁極絕緣。一般采用氬弧焊，防止飛濺且便于清理。

⑤掛裝全部磁極。拆除轉(zhuǎn)子支架支撐，檢查轉(zhuǎn)子磁極中心高程，通過下壓板上的調(diào)整螺栓調(diào)整磁極高程，并鎖定螺栓。

⑥按圖楔緊轉(zhuǎn)子磁極，測量轉(zhuǎn)子半徑及垂直度。若轉(zhuǎn)子的半徑超差，則通過改變轉(zhuǎn)子磁極和磁軛間的墊片的厚度來進(jìn)行校正。

⑦完成磁極掛后按廠家實(shí)驗(yàn)大綱要求進(jìn)行磁極掛裝后電氣實(shí)驗(yàn)。

3.11轉(zhuǎn)子引線安裝及實(shí)驗(yàn)

①安裝磁極與磁極間及阻尼繞組間的連接并將螺栓鎖定牢靠。

②按圖紙安裝勵磁引線，鎖定螺栓導(dǎo)體支撐件鉆孔并套絲。將支撐墊鐵焊接于上磁軛壓板上（焊接時應(yīng)注意保護(hù)極間連接線絕緣），所有焊縫均需做PT探傷。

③轉(zhuǎn)子組裝所有工作完畢后，按照廠家實(shí)驗(yàn)大綱要求對轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行電氣實(shí)驗(yàn)，包括絕緣電阻、直流電阻、交流阻抗、功率損耗以及交流耐壓等實(shí)驗(yàn)。

3.12轉(zhuǎn)子整體清掃噴漆

轉(zhuǎn)子組裝完成后，進(jìn)行徹底清掃，然后按照規(guī)范要求進(jìn)行驗(yàn)收檢查[5]。檢查合格后，按廠家要求對轉(zhuǎn)子進(jìn)行整體噴漆。

4施工中遇到的主要問題及建議

①在對首臺機(jī)轉(zhuǎn)子中心體和扇形體支架焊縫坡口焊前PT探傷時，發(fā)現(xiàn)存在多處氣孔、夾渣等缺陷，有些位置經(jīng)打磨后深度達(dá)15 mm。經(jīng)判定，此母材缺陷產(chǎn)生的原因?yàn)樵趶S內(nèi)對坡口堆焊修復(fù)完成后，出廠前未再次進(jìn)行表面探傷檢查。因此，要求廠家今后加強(qiáng)設(shè)備出廠品控[4]。

②對轉(zhuǎn)子磁軛進(jìn)行片間滑移時，按廠家要求安裝壓緊支撐和螺栓來壓緊磁軛鋸齒鍵，用力矩扳手?jǐn)Q緊螺栓。隨著擰緊力的增加，當(dāng)壓緊螺栓力矩達(dá)900 N·m時，絕大多數(shù)壓緊支撐板均出現(xiàn)較大變形。因此，要求廠家將此工具壓緊支撐板更換為高強(qiáng)度鋼材。

5結(jié)語

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子既是水輪發(fā)電機(jī)組的主要部件，也是水輪發(fā)電機(jī)組將水能轉(zhuǎn)換為電能的核心部件。在機(jī)組運(yùn)行中，它承受轉(zhuǎn)動力矩、離心力、重力及磁拉力等綜合作用[5]。因此，在轉(zhuǎn)子組裝前，必須熟悉轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和組裝工藝，組裝過程中嚴(yán)格按廠家工藝施工，主要包括轉(zhuǎn)子支架焊接、磁軛疊裝和熱套漲緊、磁極掛裝等，同時應(yīng)嚴(yán)格控制組裝質(zhì)量，如轉(zhuǎn)子圓度、同心度、磁軛鐵片壓緊和質(zhì)量分布情況以及各種連接方式的緊固和防松。

參考文獻(xiàn)：

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