大型蓄能電站電動(dòng)發(fā)電機(jī)整體超厚鍛鋼磁軛新工藝應(yīng)用

阿得榮

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 概述

黑龍江荒溝抽水蓄能電站，位于黑龍江省牡丹江市海林市三道河子鎮(zhèn)，工程以發(fā)電為主，總裝機(jī)容量為1 200 MW，單機(jī)容量為300 MW。發(fā)電電動(dòng)機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)為立軸、半傘式、密閉自循環(huán)空氣冷卻、三相可逆式凸極同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子磁軛作為電動(dòng)發(fā)電機(jī)的一個(gè)極其重要的部件，磁軛結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接影響機(jī)組的長期安全、可靠運(yùn)行。磁軛從結(jié)構(gòu)和功能來說，一是起固定作用的結(jié)構(gòu)部件，二是通風(fēng)冷卻循環(huán)的主要風(fēng)源，三是磁路的重要組成部分。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)目前蓄能機(jī)組磁軛采用的工藝主要是疊片磁軛、整圓厚鋼板磁軛和整體實(shí)心磁軛，而荒溝抽水蓄能電站電動(dòng)發(fā)電機(jī)磁軛采用的是整體超厚度鍛鋼形式（結(jié)構(gòu)見圖1、2所示），這也屬于首次應(yīng)用。整體超厚度鍛鋼磁軛共9段，上、下段磁軛高度為 335 mm，其余段高度均為 290 mm，各段之間設(shè)有通風(fēng)溝，高度為 65 mm，多段磁軛通過拉緊螺桿固定，并采用通風(fēng)溝加工定位止口等方式，磁軛整體安裝后總重量為160 t。

圖1 磁軛三維模型

2 主要工序

磁軛安裝的主要工序包括磁軛清洗、轉(zhuǎn)子支架調(diào)整、磁軛吊裝（疊裝）、磁軛壓緊、磁軛熱加墊，除磁軛清洗和吊裝外其余工序與常規(guī)安裝工序區(qū)別不大，下面重點(diǎn)介紹兩種不同結(jié)構(gòu)磁軛的清洗和荒溝整體超厚度鍛鋼磁軛吊裝采取的新方法。

圖2 安裝后的磁軛

2.1 磁軛清洗

按照GB/ 8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》9.4.6要求，疊片式磁軛沖片在清洗時(shí)需要按每級(jí)0.2 kg重量差進(jìn)行分等，且每組要抽出3～5張測量各部位厚度。假設(shè)荒溝磁軛采用疊片式結(jié)構(gòu)，一般情況下每張片厚3 mm，重量25 kg，那么從荒溝整體超厚度鍛鋼磁軛的總重量（156 t）和總高度（2.7 m）可以估算出需要的沖片數(shù)量約為6 300張，再按照一組4人每天清洗400張計(jì)算，清洗累計(jì)需要15 d。而整體超厚度鍛鋼磁軛只是清洗一下就可以，一組4人每天能清洗3段，清洗累計(jì)需要3 d。相比之下光清洗這一項(xiàng)工序整體超厚鍛鋼磁軛比疊片式工期就能節(jié)省12 d。

2.2 磁軛吊裝

2.2.1 確定吊裝工具

根據(jù)廠房橋機(jī)主鉤至地面高度為10.85 m，轉(zhuǎn)子支架最高點(diǎn)至地面4.18 m，第一段磁軛高度為0.335 m,吊鋼絲支撐架高度1 m，轉(zhuǎn)子支架掛鉤距離地面約為835 mm。第一段和第九段磁軛重18.7 t。其余磁軛中重17 t。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算，受空間限制故采用現(xiàn)場制作的“X”形磁軛專用吊梁結(jié)合廠家提供的磁軛段吊裝工具、鋼絲繩、10 t手拉葫蘆（4個(gè)）吊裝磁軛，吊裝見圖3。

圖3 磁軛吊裝

2.2.2“X”形磁軛專用吊梁受力計(jì)算

根據(jù)圖4受力分析如下：

圖4 X形專用吊梁受力示意

（1）F4為吊梁工具吊耳處Z向受力，F(xiàn)4=200 kN（起吊重量）÷4（4根鋼絲繩吊裝）=50 kN。

主梁材料選取Q235-16號(hào)工字鋼，截面面積為26.131 cm2（參考文獻(xiàn)GB/T 706-2008）。

16號(hào)工字鋼的正應(yīng)力計(jì)算：

綜上所述，σ＜[σ],滿足使用要求。

吊梁上部吊耳與下部吊耳規(guī)格相同，上部吊耳載重量大于下部吊耳。對(duì)上部吊耳強(qiáng)度進(jìn)行受力計(jì)算。最大起吊重量約為5.774 t；強(qiáng)度和角焊縫強(qiáng)度計(jì)算如下：

吊耳參數(shù)：板厚δ=50 m，高度H=145 mm，底部寬度B=250 mm，上端圓角半徑R=75 mm，開孔直徑r=70 mm，材質(zhì)Q235-B。焊腳K≥16 mm。

（2）吊耳強(qiáng)度計(jì)算

吊耳承受拉力載荷為：

2.2.3 鋼絲繩選型

單段磁軛最重為18.7 t，“X”形磁軛專用吊梁重量為0.8 t，4個(gè)磁軛段吊裝工具重量為0.5 t。起吊總重量約為20 t。采用主廠房50 t橋式起重機(jī)副鉤連接Φ30 mm鋼絲繩、“X”形磁軛專用吊梁、4個(gè)10 t手拉葫蘆（每個(gè)手拉葫蘆承載4.8 t重量）、磁軛段吊裝工具進(jìn)行磁軛吊裝，“X”形磁軛專用吊梁與副鉤之間采用2組鋼絲繩進(jìn)行連接，共4個(gè)吊點(diǎn)，每根鋼絲繩平均最小拉力F=20 000×10/4/1 000=50 kN。采用6*37S+FC鋼絲繩（鋼絲繩公稱強(qiáng)度采用1 670 MPa），查GB 8918-2006《重要用途鋼絲繩》表11力學(xué)性能，Φ30 mm鋼絲繩最小破斷拉力為496 kN,換算破斷拉力總和為：496×1.191（換算系數(shù)）=590 kN。

鋼絲繩許用拉力：T=P/K

K—為安全系數(shù)(取安全系數(shù)K=8)；

P—產(chǎn)品規(guī)格鋼絲繩破斷拉力，如P采用鋼絲繩破斷拉力總和，則需乘以“換算系數(shù)”。

F=50 kN

T=590/8=73.75 kN

T＞F

由此得出，采用Φ30 mm-6*37S+FC鋼絲繩（鋼絲繩公稱強(qiáng)度采用1 670 MPa）進(jìn)行吊裝作業(yè)滿足安全要求。

2.2.4 吊裝注意事項(xiàng)

磁軛段在起吊前進(jìn)行試吊，安裝起吊工具時(shí)，掛裝鋼絲繩和手拉葫蘆要求鋼絲繩長度相同，利用框式水平儀復(fù)測磁軛段水平，利用手拉葫蘆調(diào)平達(dá)0.05 mm/m，合格后進(jìn)行起吊。第1段磁軛吊裝完成后，利用吊鋼絲支撐架、內(nèi)徑千分尺測量磁軛外圓直徑及圓度, 偏心值小于 0.1 mm，磁軛段調(diào)整合格后,拔出工具調(diào)整鍵，拆除起吊工具，其余各段磁軛吊裝方式方法與第1段相同。

3 整體超厚鍛鋼磁軛的顯著優(yōu)勢

（1）通過廠內(nèi)數(shù)控機(jī)床精加工，便于施工現(xiàn)場控制磁軛外圓圓度和磁軛外圓軸向的直線度，使發(fā)電電動(dòng)機(jī)氣隙更加均勻，為進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。

（2）清洗方便且節(jié)省工期，吊裝9次即可完成，相比傳統(tǒng)疊片磁軛，極大的縮短了磁軛的安裝工期，與傳統(tǒng)疊片磁軛安裝工期對(duì)比見表1。

表1 荒溝蓄能電站整體超厚鍛鋼磁軛與傳統(tǒng)疊片磁軛安裝工期對(duì)比

通過對(duì)兩種結(jié)構(gòu)磁軛安裝工期的對(duì)比可以看出，整圓超厚鍛鋼磁軛比疊片式磁軛工期能節(jié)省約30 d，工期主要是在清洗和吊裝兩道工序上省出來的，這使得整個(gè)轉(zhuǎn)子組裝的施工期由3個(gè)月縮短到了2個(gè)月，大大降低了施工成本，同時(shí)也為機(jī)組實(shí)現(xiàn)早日發(fā)電目標(biāo)贏得了時(shí)間，最終對(duì)整個(gè)電站將會(huì)在一定程度上產(chǎn)生社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

整圓超厚鍛鋼形式磁軛是對(duì)敦化、深蓄、豐寧等大型蓄能電站整圓厚鋼板磁軛結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化，其優(yōu)勢十分顯著，值得向大型水電站大容量、高轉(zhuǎn)速的水輪發(fā)電機(jī)組推廣。