高轉(zhuǎn)速、大容量抽水蓄能電站圓環(huán)鍛件磁軛組裝施工工藝

楊佳佳，吳瑞清

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

0 引言

抽水蓄能電站轉(zhuǎn)子磁軛是機(jī)組尤為重要的部件，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，轉(zhuǎn)子磁軛運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性直接關(guān)系機(jī)組的安全性及可靠性。陽(yáng)蓄電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)組轉(zhuǎn)子磁軛采用整圓環(huán)鍛件結(jié)構(gòu)，以軸向設(shè)置分段，段間設(shè)置通風(fēng)溝。磁軛段通過(guò)拉緊螺桿連接、緊固為一體。磁軛為浮動(dòng)磁軛結(jié)構(gòu)，僅通過(guò)切向鍵固定。

1 圓環(huán)鍛件磁軛特點(diǎn)

1.1 精度

磁軛外圓采用一體式加工，極大地提高了磁軛外圓整體垂直度和圓度，并保證機(jī)組的空氣間隙更加均勻，有效提高了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。磁軛與磁極連接的鴿尾采用整體加工的方式，較大程度提高磁軛整體直線度和圓度。磁軛單段加工好內(nèi)圓后，若干段磁軛段疊在一起在龍門銑上通過(guò)銑模找正加工內(nèi)鍵槽，確保內(nèi)鍵槽至中心尺寸一致，內(nèi)鍵槽垂直度更好。

1.2 穩(wěn)定性

磁軛為整圓環(huán)形鍛件疊裝而成，相較疊片式磁軛消除了殘余變形問(wèn)題；機(jī)組運(yùn)行時(shí)，環(huán)形磁軛在離心力的作用下自由、均勻的向外膨脹，整圓環(huán)鍛件磁軛的穩(wěn)定系數(shù)和整體剛度、穩(wěn)定性相較于疊片式磁軛更高。圓環(huán)磁軛段采用浮動(dòng)磁軛結(jié)構(gòu)，其固定方式為切向鍵固定。圓環(huán)磁軛段與轉(zhuǎn)子中心體間的連接型式能保證轉(zhuǎn)子全工況、高轉(zhuǎn)速下的圓度、同心度，并能滿足機(jī)組運(yùn)行時(shí)的空氣間隙均勻，保證轉(zhuǎn)子不因重心發(fā)生偏移而導(dǎo)致產(chǎn)生震動(dòng)，高效傳遞扭矩。

1.3 安裝周期短、便捷性高

整圓環(huán)鍛件磁軛安裝時(shí)僅需將磁軛段與吊裝工具裝配進(jìn)行吊裝，比傳統(tǒng)跌打片式磁軛安裝更方便，工地安裝周期短。

磁軛采用浮動(dòng)磁軛結(jié)構(gòu)，僅通過(guò)切向鍵固定；磁軛的非驅(qū)動(dòng)端每個(gè)主軸支臂的位置設(shè)置一個(gè)卡鍵，磁軛卡鍵與主軸支臂的鍵槽采用小間隙配合，裝配流程少且易裝配。

2 陽(yáng)蓄電站轉(zhuǎn)子磁軛參數(shù)

表1 陽(yáng)蓄電站轉(zhuǎn)子磁軛參數(shù)表

圖1 磁軛結(jié)構(gòu)三維示意圖

3 圓環(huán)鍛件磁軛安裝工藝

3.1 立軸

清理轉(zhuǎn)子安裝基坑，基礎(chǔ)板表面清潔無(wú)高點(diǎn)。在安裝間對(duì)轉(zhuǎn)子中心體（轉(zhuǎn)子軸）、上下滑轉(zhuǎn)子、各法蘭面進(jìn)行清理。將立軸吊具、卡環(huán)、底板及附件開(kāi)箱檢查，吊具和卡環(huán)應(yīng)無(wú)表面缺陷，卡環(huán)無(wú)高點(diǎn)和毛刺。轉(zhuǎn)子軸及吊具清理干凈后安裝立軸吊具、卡環(huán)和法蘭防撞底板，轉(zhuǎn)軸起吊工具安裝示意如圖2 所示。底板安裝完成后使用木方將底板與地面墊實(shí)。指揮橋機(jī)進(jìn)行起吊，起吊全過(guò)程根據(jù)轉(zhuǎn)軸起升高度對(duì)橋機(jī)雙主鉤進(jìn)行調(diào)整，使吊鉤全過(guò)程保持垂直狀態(tài)。待轉(zhuǎn)軸吊裝起升離地一定距離并處于垂直靜止?fàn)顟B(tài)后對(duì)轉(zhuǎn)子軸底部防撞底板進(jìn)行拆除，將轉(zhuǎn)軸吊入轉(zhuǎn)子組裝基坑，轉(zhuǎn)軸進(jìn)入機(jī)坑后不可與坑壁內(nèi)的蓋板支座發(fā)生碰撞，如圖3 所示。

圖2 轉(zhuǎn)軸起吊工具安裝示意圖

圖3 立軸示意圖

3.2 主軸檢測(cè)

主軸立軸調(diào)整完成后安裝測(cè)圓架對(duì)主軸垂直度進(jìn)行測(cè)量并調(diào)整，并用框式水平儀檢查上法蘭平面4 個(gè)方向上的水平。若垂直度、水平超標(biāo)，松開(kāi)主軸與基礎(chǔ)板把合螺栓，在基礎(chǔ)板與法蘭保護(hù)板之間加墊銅皮調(diào)整主軸垂直度、水平滿足要求。螺栓擰緊后復(fù)查主軸垂直度及上法蘭平面水平。

3.3 磁軛組裝

3.3.1 下風(fēng)扇與第一段磁軛安裝

在轉(zhuǎn)子安裝間基礎(chǔ)外側(cè)基礎(chǔ)上均布6 組磁軛支墩（圖4）。根據(jù)實(shí)測(cè)掛鉤上平面到基礎(chǔ)鋼板的距離、下風(fēng)扇與第一段磁軛組裝后總高度等數(shù)據(jù)，調(diào)整磁軛支墩高度。磁軛支墩頂絲上端面應(yīng)低于安裝后的下風(fēng)扇制動(dòng)環(huán)把合面 2~3 mm。

圖4 磁軛掛裝支墩布置示意圖

將下風(fēng)扇與第一段磁軛組裝在一起（圖5）。用力矩扳手把緊把和螺栓。將磁軛段吊裝工具與最下端磁軛段和風(fēng)扇組裝在一起，吊裝工具上的四個(gè)滑車圓周均布。用鋼絲繩連接橋機(jī)的兩個(gè)掛鉤和磁軛吊裝環(huán)吊的四個(gè)吊耳。鋼絲繩長(zhǎng)度應(yīng)確保掛鉤在升至限位前下風(fēng)扇下平面高于主軸上端面足夠高度。兩鉤調(diào)整至合適位置后緩慢同時(shí)抬起。調(diào)整磁軛段的水平應(yīng)≤0.20 mm。確保并隨時(shí)檢查兩鉤同步率。

圖5 下風(fēng)扇與首段磁軛組裝示意圖

將與下風(fēng)扇裝配后的首段磁軛吊裝套入主軸后緩慢下落（圖5），吊裝套入轉(zhuǎn)子中心體主力筋前，再次測(cè)量磁軛段水平，不滿足水平要求時(shí)須進(jìn)行調(diào)平后再進(jìn)行磁軛段套入。實(shí)時(shí)觀察磁軛段與中心體位置，根據(jù)吊裝情況調(diào)整磁軛段相對(duì)站姿中心體的周向、徑向位置，保證中心體主立筋鍵槽與凸鍵周向、徑向間隙均勻。保證滿足要求后繼續(xù)同時(shí)緩慢落下雙鉤，保證兩鉤的下落速率，確保磁軛段在下落全程水平。吊裝下落全程檢查磁軛段水平以及各主立筋凸鍵左右間隙。當(dāng)磁軛段下止口與中心體主立筋掛鉤接觸距離為3~5 mm 時(shí)，對(duì)下風(fēng)扇與磁軛裝配整體水平再進(jìn)行復(fù)測(cè)，當(dāng)水平不滿足下落要求時(shí)進(jìn)行調(diào)整磁軛段水平，并檢查（調(diào)整）徑向、周向位置，防止轉(zhuǎn)軸徑向受力。合格后緩慢繼續(xù)落鉤，直至自由、水平落實(shí)在中心體掛鉤上。

圖6 下風(fēng)扇與第一段磁軛吊裝示意圖

使用塞尺對(duì)磁軛段止口與轉(zhuǎn)子中心體掛鉤上平面的間隙進(jìn)行檢查，局部間隙要求≯0.2 mm，如間隙較大或應(yīng)查找原因，必要時(shí)重新起落磁軛段。磁軛落實(shí)在掛鉤上后調(diào)整磁軛支墩頂絲高度，保證每個(gè)支墩頂絲受力均勻的頂在下風(fēng)扇下平面上。利用壓機(jī)及配套的磁軛副鍵對(duì)磁軛段周向、徑向位置進(jìn)行調(diào)整，并用塞尺對(duì)磁軛段止口和轉(zhuǎn)子中心體掛鉤間隙再次進(jìn)行測(cè)量檢查，對(duì)點(diǎn)間隙差要求≤0.05 mm。將磁軛段左右兩側(cè)副鍵槽調(diào)至距離均勻，并以配套副鍵對(duì)其進(jìn)行檢查，之后用鐵錘以相同力度對(duì)副鍵進(jìn)行楔緊，保持楔緊后每個(gè)鍵槽內(nèi)的長(zhǎng)、短副鍵距離基本一致。磁軛調(diào)整、檢測(cè)合格后將吊裝工具吊出轉(zhuǎn)軸拆除。

3.3.2 第一段磁軛測(cè)量調(diào)整

磁軛吊裝工具拆除吊出轉(zhuǎn)軸后進(jìn)行轉(zhuǎn)子測(cè)圓架安裝，以架設(shè)在測(cè)圓架測(cè)量支臂上的百分表、框式水平儀對(duì)上到滑轉(zhuǎn)子進(jìn)行測(cè)量，上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)≤0.05 mm，水平≤0.02 mm/m，重復(fù)測(cè)量精度≤0.03 mm 即認(rèn)定轉(zhuǎn)子測(cè)圓架回裝后復(fù)位精度滿足使用要求。在磁軛段外側(cè)選擇正對(duì)立筋凸鍵的位置作為測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，吊鋼絲測(cè)量磁軛外側(cè)絕對(duì)半徑并做記錄。然后使用百分表分別測(cè)量其他正對(duì)立筋凸鍵位置的相對(duì)半徑、記錄。根據(jù)測(cè)量值，計(jì)算磁軛對(duì)點(diǎn)的偏差值應(yīng)≤0.05 mm，如有超差須調(diào)整至合格。首段磁軛外圓對(duì)點(diǎn)至中心尺寸偏差≤ 0.05 mm 即合格。

3.3.3 第二段磁軛安裝調(diào)整

按吊首段磁軛的方式進(jìn)行第二段磁軛吊裝。吊裝套入轉(zhuǎn)子中心體主力筋前，再次測(cè)量檢查整段磁軛水平，檢測(cè)水平超差時(shí)進(jìn)行調(diào)整至水平。根據(jù)磁軛段相對(duì)中心體位置對(duì)磁軛段的周向和徑向位置進(jìn)行調(diào)整，以保證鍵槽與凸鍵徑向、周向距離均勻。檢測(cè)合格后緩慢落下磁軛段，并全程監(jiān)測(cè)磁軛段水平。當(dāng)?shù)诙未跑椉磳⑴c首段磁軛接觸時(shí)，再次檢查第二段磁軛位置并測(cè)量水平，水平應(yīng)≤0.2 mm。利用均布把合在磁軛段上的徑向銷對(duì)吊裝磁軛段進(jìn)行定位。在每個(gè)磁極安裝鴿尾槽位置各布置一套鴿尾定位工具對(duì)吊裝磁軛段進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，相鄰磁極安裝鴿尾槽位置的定位工具安裝在兩側(cè)不同的鴿尾槽內(nèi)。檢查鴿尾定位工具安裝情況，使工具各接觸面與鴿尾槽面完全接觸，以相同力矩對(duì)各緊固螺桿進(jìn)行把緊。檢查第二段磁軛段與第一段磁軛段每組鴿尾面之間徑向偏差不大于0.05 mm，錯(cuò)牙不大于0.03 mm 即合格。調(diào)整、測(cè)量合格后拆除磁軛吊裝工具。

圖7 段間定位銷釘

3.3.4 第三段磁軛段～第九段磁軛段安裝、調(diào)整

按第二段磁軛段安裝、調(diào)整工藝及測(cè)量要求，對(duì)第二段與頂段間磁軛段進(jìn)行安裝調(diào)整。上下兩段利用定位銷釘和鴿尾定位工具定位，保證依次安裝的上下段磁軛間至少半數(shù)鴿尾槽有定位工具進(jìn)行有效定位，并檢查鴿尾定位工具安裝情況，使每件鴿尾定位工具各接觸面與鴿尾槽完全接觸，以相同力矩對(duì)螺栓進(jìn)行把緊。后續(xù)寫段每安裝間隔一段后安裝測(cè)圓架復(fù)測(cè)磁軛外圓的半徑，上下兩段間的半差值≯0.05 mm，錯(cuò)牙≯0.03 mm；檢查磁軛垂直度，對(duì)比對(duì)稱方向數(shù)據(jù)，不應(yīng)有明顯傾斜趨勢(shì)。測(cè)量后拆除測(cè)圓架測(cè)量臂和配重臂。

3.3.5 第十段磁軛段安裝、調(diào)整

按第二段磁軛段安裝工藝及測(cè)量要求，安裝調(diào)整第十段磁軛段。整圓每個(gè)鴿尾槽均安裝定位工具。確保鴿尾定位工具各接觸面與鴿尾槽完全接觸，各螺桿緊固力矩相同。第十段磁軛吊裝完成拆除吊裝工具后進(jìn)行測(cè)圓架安裝，以架設(shè)在測(cè)圓架測(cè)量支臂上的百分表、框式水平儀對(duì)上到滑轉(zhuǎn)子進(jìn)行測(cè)量，上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)≤0.05 mm，水平≤0.02 mm/m，重復(fù)測(cè)量精度≤0.03 mm。全面檢查各段磁軛間錯(cuò)位不超過(guò)0.03 mm。磁軛掛裝調(diào)整完成后進(jìn)行磁軛外徑整體測(cè)量并做記錄。

圖8 磁軛掛裝完成后整體測(cè)量

3.4 磁軛拉緊螺桿安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)磁軛拉緊螺桿進(jìn)行安裝。螺桿螺母裝配后先用扳手對(duì)拉緊螺母進(jìn)行擰緊，至少擰緊兩次后對(duì)螺母進(jìn)行檢查確保沒(méi)有松動(dòng)，之后再使用液壓拉伸器分多次、對(duì)稱進(jìn)行螺母把緊。根據(jù)設(shè)計(jì)要求預(yù)緊力的 0.2、0.5、0.8 和1.05 倍分別對(duì)拉桿螺桿進(jìn)行拉伸。每次拉緊時(shí)使用同一油壓值把緊全部螺母后，再增加油壓值進(jìn)行下一次把緊。磁軛拉緊螺桿拉伸時(shí)按照先內(nèi)后外、圓周均布的原則依次進(jìn)行全部螺桿拉伸。拉伸時(shí)注意，每輪只能以相同的油壓值進(jìn)行拉伸。如有螺桿無(wú)法拉伸時(shí)，則不再對(duì)該螺桿進(jìn)行拉伸，待下一個(gè)油壓值設(shè)定后再對(duì)其進(jìn)行拉伸。當(dāng)以設(shè)計(jì)拉伸油壓值的1.05 倍拉伸完成后，以該油壓值再進(jìn)行兩次拉伸使所有螺桿受力均勻。

磁軛拉緊螺桿拉伸完成后對(duì)磁軛下段拉緊螺母進(jìn)行檢查保證力矩滿足要求。拉伸檢查完成后拆除鴿尾定位工具，并在各磁極安裝位置中間對(duì)磁軛半徑、內(nèi)外高度進(jìn)行復(fù)測(cè)及記錄。

圖9 磁軛拉緊螺桿安裝示意圖

3.4.1 磁軛副鍵安裝、打緊

對(duì)磁軛副鍵與主鍵接觸面先涂抹紅丹粉后配套進(jìn)行預(yù)裝，以此對(duì)主副鍵的有效接觸面積進(jìn)行檢查。如在副鍵的鍵長(zhǎng)方向出現(xiàn)非均勻接觸的的觸點(diǎn)時(shí)，則主副鍵接觸面積不滿足要求，需對(duì)磁軛副鍵接觸面進(jìn)行研配后再進(jìn)行預(yù)裝，此過(guò)程持續(xù)至副鍵接觸面均勻無(wú)分散觸點(diǎn)為止。研配預(yù)裝滿足要求后用二硫化鉬對(duì)磁軛副鍵接觸面進(jìn)行涂抹潤(rùn)滑、裝配，并以鐵錘用相同力度對(duì)稱、均勻打緊，合格后按設(shè)計(jì)要求對(duì)對(duì)于長(zhǎng)度進(jìn)行切割及稱重記錄，不允許用火焰切割對(duì)磁軛副鍵進(jìn)行切割。打緊副鍵時(shí)兩側(cè)同時(shí)打緊。

圖10 磁軛副鍵安裝、打緊示意圖

3.4.2 卡鍵、擋板安裝

磁軛卡鍵安裝時(shí)配以適當(dāng)厚度墊片消除卡鍵與鍵槽間隙，按照設(shè)計(jì)力矩值對(duì)卡鍵螺栓進(jìn)行把緊；對(duì)磁軛卡鍵和上段磁軛進(jìn)行配鉆鉸銷孔后安裝銷釘；磁軛副鍵擋板安裝時(shí)按照設(shè)計(jì)要求力矩對(duì)緊固螺栓進(jìn)行把緊；再依次安裝副鍵頂絲并向下頂緊磁軛副鍵、擰緊背帽，力矩滿足要求后鎖緊所有止動(dòng)墊片。

圖11 卡鍵、擋板安裝示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)機(jī)組的特性是正反轉(zhuǎn)、頻繁啟停，并且轉(zhuǎn)子中心體與磁軛屬于過(guò)盈配合，因此產(chǎn)生了轉(zhuǎn)換頻繁的較大壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力并施加于中心體與磁軛，導(dǎo)致其抗疲勞強(qiáng)度降低。而浮動(dòng)磁軛在靜態(tài)幾乎不受力（重力引起的應(yīng)力很?。?，其抗疲勞和性能較高。本文就高轉(zhuǎn)速、大容量、高水頭抽水蓄能電站機(jī)組圓環(huán)鍛件磁軛特點(diǎn)及組裝工藝進(jìn)行論述，為后續(xù)此類型機(jī)組提供可靠的參考。