長(zhǎng)龍山抽蓄電站兩種機(jī)型轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)組裝工藝對(duì)比分析

畢興強(qiáng)，田 勇

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 工程概況

長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站額定水頭710 m，最大發(fā)電水頭750.7 m，最大揚(yáng)程764.1 m，單極抽蓄機(jī)組中最大發(fā)電水頭為世界第一，抽水揚(yáng)程為世界第二。本電站安裝4 臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為500 r/min 和2 臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為600 r/min、單機(jī)容量350 MW 的大容量水泵水輪發(fā)電機(jī)組，電站總裝機(jī)容量2 100 MW，為全國唯一在同一個(gè)抽蓄電站廠房?jī)?nèi)連續(xù)布置兩種不同高額定轉(zhuǎn)速抽蓄機(jī)組的廠房，布置復(fù)雜程度高，機(jī)組及結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制要求較高。其中5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組額定轉(zhuǎn)速600 r/min、單機(jī)容量350 MW 抽水蓄能機(jī)組為該轉(zhuǎn)速下世界最大單機(jī)容量的抽水蓄能機(jī)組。

圖1 長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖

2 結(jié)構(gòu)對(duì)比

1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組為立軸懸式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電電動(dòng)機(jī)型號(hào)SFD350/384-12/6150，發(fā)電機(jī)冷卻方式為密閉自循環(huán)空氣冷卻，發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸系采用“一根軸”結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)子由主軸、磁軛環(huán)、磁極、風(fēng)扇、制動(dòng)環(huán)等部件組裝而成，高10 935 mm，外徑Φ4 706 mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定、轉(zhuǎn)子間氣隙為47 mm。主軸為立筋支架“一根軸”結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子磁軛一改往常的鐵片堆疊方式，采用8大段磁軛環(huán)結(jié)構(gòu)，磁軛由優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板780CF 制成，在高強(qiáng)度螺桿分段把合后再用24 根拉緊螺桿整體把合，磁軛環(huán)外徑Φ3 836 mm，磁軛總高度3 911.5 mm（含風(fēng)扇和制動(dòng)環(huán)）。磁軛共設(shè)計(jì)有12 組徑向組合鍵、24 組切向組合鍵，磁軛徑向組合鍵在完成磁軛疊裝后需進(jìn)行冷打鍵和熱打鍵兩道工序。轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)有12 個(gè)磁極，熱打鍵完成后進(jìn)行磁極掛裝工作（圖2）。

圖2 1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組為立軸懸式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電電動(dòng)機(jī)型號(hào)SFD350/373.1-10/5540，發(fā)電機(jī)冷卻方式與1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組不同，采用密閉強(qiáng)制循環(huán)空氣冷卻，發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸系亦與1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組不同，其采用“三段軸”結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)子由下端軸、中心體、上端軸、磁極、制動(dòng)環(huán)等部件組裝而成，高11 415 mm，外徑Φ4 028 mm，組裝后定、轉(zhuǎn)子間氣隙為46 mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定、轉(zhuǎn)子間氣隙為44.5 mm。主軸由下端軸、中心體、上端軸組成。與1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組不同的是，其轉(zhuǎn)子磁軛和中心體為整體結(jié)構(gòu)，與下端軸、上端軸聯(lián)接組裝后即可進(jìn)行磁極掛裝工作。轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)有10 個(gè)磁極（圖3）。

圖3 5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

3 控制重點(diǎn)

1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為500 r/min，運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子磁軛連同磁極作為一個(gè)整體會(huì)受到巨大的離心力作用，磁軛在離心力作用下會(huì)沿外徑方向產(chǎn)生明顯的變形，從而導(dǎo)致磁軛與轉(zhuǎn)子中心體支架之間產(chǎn)生徑向間隙，這不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生過大的振動(dòng)與擺度，甚至?xí)罐D(zhuǎn)子支架立筋上的掛鉤因受到巨大沖擊而斷裂。

因此，對(duì)于1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組，8 段磁軛環(huán)組裝的質(zhì)量要求極高，其組裝質(zhì)量直接影響冷打鍵和熱打鍵的質(zhì)量及與轉(zhuǎn)子中心體的同心度。

此外，1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組采用打緊徑向組合鍵的方式給轉(zhuǎn)子磁軛與轉(zhuǎn)子中心體支架之間增加預(yù)緊力，使磁軛環(huán)與轉(zhuǎn)子中心體支架的徑向緊量達(dá)到能滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求。由于轉(zhuǎn)速高達(dá)500 r/min，冷打鍵的方式無法滿足轉(zhuǎn)子磁軛與轉(zhuǎn)子中心體支架之間的預(yù)緊力，故在冷打鍵的基礎(chǔ)上，采用熱打鍵的方式增大預(yù)緊力，以抵消磁軛在高轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的徑向變形量，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為600 r/min，該轉(zhuǎn)速下“三段軸”的組裝質(zhì)量要求極高，直接影響機(jī)組軸系盤車的擺度及運(yùn)行的穩(wěn)定性。

此外，5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組組裝后定、轉(zhuǎn)子間氣隙為46 mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定、轉(zhuǎn)子間氣隙為44.5 mm，機(jī)組在額定工況下運(yùn)行時(shí)磁極受到巨大的離心力作用會(huì)產(chǎn)生1.5 mm 的徑向位移，此時(shí)的磁極均處于松動(dòng)狀態(tài)，這就要求在轉(zhuǎn)子組裝過程中需重點(diǎn)控制磁極鍵的安裝質(zhì)量，以免松脫影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 施工工藝

4.1 磁軛環(huán)組裝工藝

1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組磁軛環(huán)組裝時(shí)，首先將第一段磁軛環(huán)吊至轉(zhuǎn)子主軸立筋掛鉤上，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，合格后方可進(jìn)行后續(xù)磁軛環(huán)的疊裝工作。

（1）調(diào)節(jié)各磁軛支墩上的鍵并將鍵輕輕打緊，使得鍵與首段磁軛環(huán)下端面接觸。當(dāng)首段磁軛落至主軸掛鉤上后，用塞尺檢查主軸立筋掛鉤外圓與磁軛內(nèi)圓止口間隙；并用千斤頂頂磁軛內(nèi)圓與主軸外圓，初調(diào)首段磁軛環(huán)與主軸的同心，要求止口間隙最大值與最小值之差不超過0.15 mm。

（2）利用第一段磁軛環(huán)的4 個(gè)立筋安裝工具切向調(diào)節(jié)鍵來調(diào)節(jié)磁軛周向位置。以4 對(duì)工具切向調(diào)節(jié)鍵調(diào)節(jié)首段磁軛環(huán)鍵槽中心線與立筋中心線平行，測(cè)量非打鍵處的徑向距離A 值。當(dāng)磁軛環(huán)周向偏差不大于0.30 mm 時(shí)，可認(rèn)為磁軛鍵槽中心線與轉(zhuǎn)子軸立筋鍵槽中心線平行（圖4）。

圖4 第一段磁軛環(huán)周向調(diào)整工具示意圖

（3）磁軛中心與主軸中心徑向同心調(diào)整。從下端往磁軛徑向鍵槽內(nèi)插入工具徑向調(diào)節(jié)鍵的副鍵，從下端往磁軛徑向鍵槽內(nèi)打入主鍵，用臨時(shí)支撐固定。要求磁軛整體圓柱度不大于0.40 mm，與主軸的同心度不大于0.10 mm（圖5）。

圖5 第一段磁軛環(huán)徑向調(diào)整工具示意圖

（4）磁軛環(huán)調(diào)整過程中，磁軛起吊工具不拆除，為方便磁軛調(diào)整，可將磁軛略微吊起進(jìn)行調(diào)整；打鍵前在鍵與鍵接觸面、鍵與鍵槽接觸面涂二硫化鉬。在后續(xù)磁軛環(huán)調(diào)整過程中，工具切向調(diào)節(jié)鍵和工具徑向調(diào)節(jié)鍵不拆除，以保證磁軛中心位置不變。

（5）調(diào)整合格后，測(cè)量磁軛與主軸的同心度，記錄測(cè)量結(jié)果并進(jìn)入下一段磁軛環(huán)疊裝。此時(shí)，在磁軛鍵槽內(nèi)安裝適量的用于快速調(diào)整磁軛環(huán)段間錯(cuò)牙的工具以及磁軛T 尾定位工具。用于快速調(diào)整磁軛環(huán)段間錯(cuò)牙的工具已獲國家實(shí)用新型專利。

圖6 一種用于快速調(diào)整磁軛環(huán)段間錯(cuò)牙的工具示意圖

（6）后續(xù)磁軛環(huán)在疊裝過程中均通過此工具調(diào)整各磁軛環(huán)之間錯(cuò)牙，徑向和周向錯(cuò)牙均不大于0.05 mm，使用刀口尺和塞尺檢查合格（表1）。

表1 轉(zhuǎn)子磁軛環(huán)組裝后質(zhì)量檢查表

4.2 磁軛熱打鍵工藝

1 號(hào)~4 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子磁軛熱打鍵是機(jī)組組裝過程中一項(xiàng)十分重要的工作，直接影響機(jī)組安裝質(zhì)量和運(yùn)行振擺。長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站在采用可靠的加熱方式基礎(chǔ)上，利用自制的集水防護(hù)裝置，保證了轉(zhuǎn)子中心體支架與轉(zhuǎn)子磁軛之間能夠形成一定的溫差，以滿足磁軛膨脹從而產(chǎn)生理想的徑向間隙，圓滿完成轉(zhuǎn)子磁軛熱打鍵工序（表2）。

表2 轉(zhuǎn)子磁軛環(huán)熱打鍵后質(zhì)量檢查表

4.3 “三段軸”組裝工藝

5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子下端軸的上法蘭面水平度、垂直度調(diào)整合格后，將銷套安裝于下端軸孔內(nèi)，銷套外表面涂一層二硫化鉬。清理中心體下法蘭面并調(diào)整其水平至0.02 mm/m，將其吊至下端軸上方并緩慢下落，當(dāng)中心體下法蘭面距下端軸上法蘭面約80 mm 時(shí)停止下落，調(diào)整中心體方位，使其銷套孔與下端軸銷套對(duì)齊，緩慢下落中心體，當(dāng)中心體下法蘭面距下端軸上法蘭面67.5 mm 時(shí)，中心體銷套孔進(jìn)入銷套倒角，再次調(diào)整中心體位置，使中心體銷套孔與下端軸銷套對(duì)齊。緩慢下落中心體，使中心體落在下端軸上法蘭面上。自下而上裝入M80 聯(lián)軸螺栓及螺母，使用拉伸工具對(duì)稱跳躍式拉伸聯(lián)軸螺栓，分3 次進(jìn)行拉緊，液壓拉伸力為2 442 kN，帶油壓伸長(zhǎng)量1.36 mm，無油壓伸長(zhǎng)量0.865 mm。

清理上端軸下法蘭面后調(diào)整上端軸水平至0.02 mm/m，將其吊至轉(zhuǎn)子中心體上方并緩慢下落，當(dāng)下法蘭面距中心體上法蘭面約40 mm 時(shí)停止下落，調(diào)整上端軸方位，使上端軸的止口與轉(zhuǎn)子中心體的止口對(duì)齊，安裝錐銷后，緩慢下落上端軸，使上端軸落在轉(zhuǎn)子中心體上法蘭面上。安裝M80 聯(lián)軸螺栓及螺母，使用拉伸工具對(duì)稱跳躍式拉伸聯(lián)軸螺栓，分3 次進(jìn)行拉緊。錐銷堵板焊接后需做PT 探傷檢測(cè)（表3）。

表3 轉(zhuǎn)子三段軸組裝后質(zhì)量檢查表

4.4 磁極鍵安裝工藝

5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極掛裝完成后，在磁極鍵安裝時(shí)使用徑向磁極鍵將磁極沿徑向向外漲緊。在磁極固定鍵及滑動(dòng)鍵斜面涂一層薄薄的二硫化鉬，將固定鍵及滑動(dòng)鍵安裝進(jìn)鍵槽內(nèi)，輕輕敲緊滑動(dòng)鍵?；瑒?dòng)鍵在打緊狀態(tài)下進(jìn)行劃線，線高與轉(zhuǎn)子中心體上平面平齊，切割多余部分時(shí)，根據(jù)打緊程度，預(yù)留3~5 mm 進(jìn)行切割，切割需慢速進(jìn)行，防止過快而產(chǎn)生高溫變色變形，去除邊緣毛刺。在滑動(dòng)鍵大頭端鉆M12 螺孔，清理干凈后在接觸面上涂抹一層二硫化鉬，裝入滑動(dòng)鍵并打緊，使用固定板壓住滑動(dòng)鍵并焊牢，以防止磁極鍵松脫，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 總結(jié)

作為機(jī)組運(yùn)行的核心部件,轉(zhuǎn)子組裝質(zhì)量是機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。即使是兩種不同高額定轉(zhuǎn)速抽蓄機(jī)組，在結(jié)構(gòu)和工藝方面雖有不同，但每個(gè)質(zhì)量控制要點(diǎn)都需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行記錄和分析。目前，長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站1 號(hào)~6 號(hào)機(jī)組均已投產(chǎn)發(fā)電，其中4 號(hào)機(jī)組實(shí)現(xiàn)了“零配重”，充分證明了在轉(zhuǎn)子組裝過程中各項(xiàng)工序質(zhì)量管控到位，安裝質(zhì)量?jī)?yōu)良。本文以長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站布置的兩種不同高額定轉(zhuǎn)速抽蓄機(jī)組為例，通過機(jī)組結(jié)構(gòu)對(duì)比分析，分別闡述了兩種不同高額定轉(zhuǎn)速抽蓄機(jī)組轉(zhuǎn)子組裝工藝的控制重點(diǎn)及施工工藝，為高轉(zhuǎn)速、大容量抽蓄機(jī)組安裝提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。