基于高精度徑向開孔和定子高程測量的定子基礎(chǔ)板更換方法

劉元峰，袁成建

(1. 廣東能源集團(tuán)新豐江發(fā)電公司檢修部，廣東 河源 517000；2. 華中科技大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)定子安裝過程中，為考慮定子因溫度變化產(chǎn)生的形變量，在定子基礎(chǔ)板與定子機(jī)架間會設(shè)置徑向銷釘裝配。但部分電站在增容改造后，由于機(jī)組固定部件中心調(diào)整困難，存在取消發(fā)電機(jī)定子的徑向銷釘而采取配裝豎向銷釘?shù)那闆r。豎向銷釘?shù)南尬恍问讲⒉贿m用于存在一定溫度變形的定子機(jī)架，容易導(dǎo)致銷釘、銷孔變形，進(jìn)而引起機(jī)組運(yùn)行時振動幅度增大的問題，導(dǎo)致部分位置絕緣磨損過度，直接影響發(fā)電機(jī)絕緣效果[1-3]，威脅水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全[4]。因此，對于該類機(jī)組，為保證設(shè)備部件定位效果和設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定，需及時恢復(fù)定子徑向定位銷釘[5]。

本文設(shè)計(jì)了一套基于高精度徑向開孔和定子高程測量的定子基礎(chǔ)板更換方法，通過設(shè)置定子開孔工序流程和限制定子高程位置，保證了孔軸線精度和定子位置精度，從根本上解決了部分增容改造后機(jī)組定子采用豎向銷釘固定方式時的問題，有效提升了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 工程概況

在某發(fā)電公司對其所屬4臺水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行增容改造的過程中，出現(xiàn)了機(jī)組固定部件中心調(diào)整困難的問題，且現(xiàn)場條件無法重新配置定子基礎(chǔ)板徑向銷釘。因此，在定子基礎(chǔ)板與定子機(jī)架的固定中，采用豎向銷釘對原徑向銷釘進(jìn)行了替代，且由于操作空間所限，僅配制了直徑較小的豎向銷釘。在機(jī)組改造完成運(yùn)行多年后，檢查發(fā)現(xiàn)豎向銷釘?shù)亩ㄎ恍Ч惶硐?，銷釘存在剪切痕跡；同時，該發(fā)電公司機(jī)組大修每次均需吊出定子，經(jīng)過多次的拆裝，定子基礎(chǔ)板上定子基礎(chǔ)螺絲的底牙已產(chǎn)生較大磨損，定子地腳螺絲難以緊固到位。以上原因?qū)е略撾娬緳C(jī)組上機(jī)架水平振動明顯增大，其中3號機(jī)組上機(jī)架水平振動超過5絲，其他機(jī)組上機(jī)架水平振動也達(dá)到3～5絲不等。

經(jīng)研究分析，提出更換基礎(chǔ)板，恢復(fù)原有的徑向銷釘固定形式。編制定子基礎(chǔ)板更換方案并經(jīng)業(yè)主方認(rèn)同后實(shí)施。

2 工程難點(diǎn)及對應(yīng)解決方案

實(shí)施過程中的難點(diǎn)主要有以下兩個方面。

2.1 定子徑向銷釘孔的高精度鉆鉸

定子徑向銷釘尺寸為φ30×120，為準(zhǔn)確鉆孔鉸孔，具體主要解決兩個問題：

1)定子機(jī)座外壁的精準(zhǔn)四等分；

2)鉆孔過程中保持鉆頭與機(jī)座外壁的垂直并使孔中心通過機(jī)組中心線。

2.2 定子高程的高精度測量

定子機(jī)座上機(jī)架安裝面標(biāo)高及上機(jī)架頂面標(biāo)高，以水準(zhǔn)儀測量數(shù)據(jù)作為安裝數(shù)據(jù)(改造前后)進(jìn)行記錄。

為保證機(jī)組改造質(zhì)量，最終需要滿足以下三點(diǎn)基本要求：①定子與轉(zhuǎn)子磁極中心偏差與修前基本一致(誤差小于0.2 mm)；②轉(zhuǎn)輪與底環(huán)錯牙小于0.5 mm；③定子高程修前修后誤差小于0.5 mm。

針對以上工程難點(diǎn)，對應(yīng)的解決方案如下。

1)制定定子徑向銷釘孔高精度鉆鉸方案。為保證定子徑向銷釘孔鉆鉸的精度，必須注意以下步驟和質(zhì)量保證措施：①在定子機(jī)座底部外圓周面上進(jìn)行四等分，等分點(diǎn)分別在四塊基礎(chǔ)板上且與原來舊的銷釘孔錯開。等分點(diǎn)的樣沖眼打在定子機(jī)座與基礎(chǔ)板的結(jié)合部。四個等分點(diǎn)相鄰兩點(diǎn)的距離應(yīng)基本相等(誤差小于2 mm屬合格范圍)。②制作及安裝磁力鉆鉆孔底座，底座的制作及安裝要求是使鉆頭與定子機(jī)座外壁圓弧面垂直，為保證垂直，可從等分點(diǎn)的樣沖眼等距離向兩側(cè)劃線，再從磁力鉆頂部軌道側(cè)測量到這兩條線的距離，使兩個距離相等即可；如果距離不相等，則通過在支撐底板下方加楔子板調(diào)整，達(dá)到要求后，進(jìn)行點(diǎn)焊定型。③起鉆時，先使鉆頭對準(zhǔn)樣沖眼中心，鉆出一淺坑，觀察鉆孔位置是否正確，并要不斷糾正，使鉆孔淺坑與劃線圓周同軸。

鉆孔完成后，用φ30的鉸刀進(jìn)行鉸孔，鉸孔時速度要慢，且用透平油進(jìn)行潤滑，并及時清理鐵屑。

2)定子高程高精度測量方案。定子基礎(chǔ)板改造中，定子高程的前后一致是改造成功與否的重要指標(biāo)，而且是保證改造質(zhì)量三點(diǎn)基本要求的首要條件。

機(jī)組定子基礎(chǔ)板改造過程中要重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：①轉(zhuǎn)輪與底環(huán)錯牙質(zhì)量控制措施。在機(jī)組拆卸開始以前和定子基礎(chǔ)板改造結(jié)束后，分別測量記錄轉(zhuǎn)輪與底環(huán)+Y、+X、-Y、-X四個方向錯牙情況；根據(jù)前后兩次的數(shù)據(jù)比較，確定鏡板標(biāo)高調(diào)整量，從而使轉(zhuǎn)輪與底環(huán)錯牙小于0.5 mm或好于修前錯牙情況。②定子與轉(zhuǎn)子磁極中心偏差質(zhì)量控制措施。定子與轉(zhuǎn)子磁極中心偏差的質(zhì)量控制主要是控制鏡板標(biāo)高的修前修后一致和轉(zhuǎn)輪與底環(huán)錯牙的修前修后一致。在機(jī)組拆卸過程至撥出推力頭后，要測量鏡板(不受力情況下)標(biāo)高，并以此標(biāo)高作為修后鏡板標(biāo)高的重要依據(jù)。③定子高程質(zhì)量控制措施。為實(shí)現(xiàn)“定子高程修前修后誤差小于0.5 mm”的質(zhì)量要求，必須注意以下控制措施。

在以下實(shí)施步驟的第1步(具體步驟見表1)時，用水準(zhǔn)儀測量定子機(jī)座上機(jī)架的四個安裝面的高程，每個安裝面2個地腳螺絲孔附近分別測量一個點(diǎn)的高程并進(jìn)行記錄；實(shí)施步驟第2步中水平測量位置也是這四個安裝面的水平。

在實(shí)施步驟第1步測量標(biāo)高的同時，用“紅外線水平儀”將四個安裝面的頂面水平引至機(jī)坑內(nèi)壁，并做好不易擦掉的標(biāo)記，更換好定子基礎(chǔ)板在固定前用此標(biāo)記進(jìn)行校核，如有較大誤差，要找出原因并進(jìn)行處理。

在實(shí)施步驟第13步，測量與第1步要求一樣，水平與高程調(diào)整時，先調(diào)整高程，上機(jī)架四個安裝面的高程基本與修前數(shù)據(jù)相當(dāng)時，再調(diào)整每個安裝面的水平，水平與修前數(shù)據(jù)相差不多(每米10絲以內(nèi))即可。

在實(shí)施步驟第17步結(jié)束后，重新測量定子基座上機(jī)架四個安裝面的高程，此測量數(shù)據(jù)作為檔案數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)應(yīng)與調(diào)整完成時的數(shù)據(jù)相差不大，相差如果超過20絲以上則應(yīng)分析原因，相差超過50絲時應(yīng)返工處理。

3 實(shí)施步驟

綜合以上方案設(shè)計(jì)及工程實(shí)際，機(jī)組定子基礎(chǔ)板更換的完整操作步驟流程如表1所示。測中心原理圖和基礎(chǔ)板結(jié)構(gòu)圖見圖1和圖2。

表1 定子基礎(chǔ)板更換實(shí)施步驟

其中，第5～7步驟中相關(guān)尺寸的測量是為了給新的基礎(chǔ)板、楔子板和墊板的加工以及回裝調(diào)整提供依據(jù)。

圖2 基礎(chǔ)板結(jié)構(gòu)圖

4 實(shí)施效果

從2016年到2019年，結(jié)合每年的機(jī)組大修安排，逐步對該發(fā)電公司4臺機(jī)組進(jìn)行了定子基礎(chǔ)板更換工作。更換機(jī)組定子基礎(chǔ)板后，機(jī)組上機(jī)架水平振動較更換以前均有不同程度減小?？梢姼鼡Q定子基礎(chǔ)板后，4臺機(jī)組上機(jī)架水平振動均在1.5絲及以下，主要原因是定子與基礎(chǔ)間連接更加合理、牢靠。

更換前定子基礎(chǔ)板的缺陷有：①采用軸向銷釘固定定子，且基礎(chǔ)板螺絲孔底牙存在損壞，定子定位不準(zhǔn)、不穩(wěn)，銷釘受力情況惡劣；②基礎(chǔ)板下方的二次灌漿混凝土風(fēng)化嚴(yán)重，固定不牢；③基礎(chǔ)板下方的楔子板寬度太窄，導(dǎo)致接觸面積不符合要求；④部分機(jī)組基礎(chǔ)板下方無墊板，存在基礎(chǔ)板水平、高程調(diào)整不合格情況。

通過本輪改造，以上基礎(chǔ)板所存在的缺陷全部消除，機(jī)組上機(jī)架水平振動明顯減小，為機(jī)組的安全運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語

定子基礎(chǔ)板徑向銷釘在理想情況下，銷釘中心線穿過定子圓心且與基礎(chǔ)板平面平行，此時定子溫度變化時產(chǎn)生的微量變形不會受到銷釘限制；采用豎向銷釘時，銷釘在定子溫度變化時將受到較大的剪應(yīng)力，使得其定位效果不理想。本文所述的定子基礎(chǔ)板改造方案，通過應(yīng)用定子徑向銷釘孔高精度鉆鉸方案和定子高程高精度測量方案，輔以合理的工序流程，保證了基礎(chǔ)板徑向銷釘孔的軸線和定子各部分的高程位置精度，克服了現(xiàn)場開孔精度不足、基礎(chǔ)板與機(jī)組中心配合困難等問題。經(jīng)改造后的機(jī)組從根本上改善了銷釘受力，提升了定子定位精度。通過對某電站4臺問題機(jī)組改造效果的分析，發(fā)現(xiàn)改造后各機(jī)組上機(jī)架水平振動均不同程度減小，顯著提升了電站機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，驗(yàn)證了該方案的可行性與有效性。