零間隙雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)下的大型發(fā)電機定子鐵心疊壓

陳珊英，吳金水，黃小紅

（東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，杭州 310020）

0 前言

國外比較普遍采用以上下端各疊一段沖片找正上下槽重合中心線為基準，即以沖片鴿尾槽精度來定位鴿尾筋的裝筋方法。但是機組安裝實踐表明這種方法具有費時、繁瑣、不易掌握并且質(zhì)量不易控制等缺陷，所以國內(nèi)摒棄了這種方法，各自尋求適合自己結(jié)構(gòu)的新工藝。我公司通過借鑒燈泡式貫流機組的懸浮式雙鴿尾筋疊片方式后，與立式機組鐵心多次冷中壓相結(jié)合開發(fā)出適合功果橋機組定子鐵心疊壓的新方法。并應(yīng)用于功果橋項目上達到了非常不錯的效果。該項目首臺機已于2011年10月成功發(fā)電。

云南功果橋水輪發(fā)電機定子采用了我公司特有的零間隙懸浮式雙鴿尾筋及穿心螺桿新結(jié)構(gòu)。由于新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，現(xiàn)場疊壓工藝也會有所不同。這種結(jié)構(gòu)是分瓣柔性定子機座在現(xiàn)場組焊成整體后，使裝焊的托塊和雙鴿尾筋之間徑向間隙為 0，利用機座本身的柔性能力從而達到機組長期運行過程中機座能適應(yīng)和吸收鐵心的熱膨脹而不會產(chǎn)生鐵心翹曲變形。除了對雙鴿尾筋的位置精度有極高的要求外，現(xiàn)場壓指的波浪度控制也是鐵心疊壓極重要的因素之一。所以我公司對現(xiàn)場需要焊接在大齒壓板上的下壓指墊板實行了配加工，為整圓疊片創(chuàng)造了良好的工作條件。整圓疊片過程中不僅結(jié)合了多次中壓的疊壓方法，而且還通過帶碟形彈簧的非磁性穿心螺桿絕緣結(jié)構(gòu)的最終保壓使鐵心之間很好地貼合成為一個剛性整體，從而減少局部松動、噪聲、發(fā)熱、振動，保證了機組長期穩(wěn)定地運行。

1 發(fā)電機主要參數(shù)及定子鐵心主要尺寸

發(fā)電機型號為 SF225-64/14700，額定容量為250MVA，額定電壓 15750V，額定功率因數(shù) 0.9，采用空冷密閉雙路循環(huán)通風(fēng)冷卻，額定勵磁電壓410V，額定勵磁電流1700A，額定推力負荷2100t。

定子機座分6瓣在工地組焊成正24邊形整體，外側(cè)至對邊16050mm，高3170mm，共有5層環(huán)板1層頂板。定子鐵心內(nèi)徑為Ф13800mm，整圓由52張沖片組成，共624槽；鐵心共分47段，46道通風(fēng)溝，總高度為1780mm；156根雙鴿尾筋，312根穿心螺桿。定子機座頂板支撐上機架，下有定子基礎(chǔ)連接。

2 定子鐵心疊壓方法

2.1 鐵心疊壓前期準備及條件

定子機座在安裝場完成組焊，內(nèi)部搭平臺工作空間徑向?qū)?1m，內(nèi)部中心測圓架重新校準。雙鴿尾筋、托塊、定子沖片、裝筋夾具、量具等零件和工具準備就緒。

2.2 確定雙鴿尾筋的安裝、調(diào)整、焊接方案

國內(nèi)外在焊接定位筋上有很大的區(qū)別。

國外目前在找準定位筋位置上有三種堆疊沖片的方式：

（1）上下各疊一段工藝鐵心，以整形后的沖片定位筋槽形為基準；

（2）分上、中、下疊三段工藝鐵心，以整形后沖片的定位筋槽形為基準；

（3）先安裝大等分基準定位筋，然后進行整圓疊片至 300mm后，再在整形滿足要求的沖片中插入其余的定位筋，并焊好第一層定位筋托塊，以此類推焊接各層托塊。

以上三種方法是以先堆疊部分層的沖片為基準再調(diào)整焊接定位筋；這種保證鐵心尺寸合格后再進行裝焊定位筋的方法費時費力且復(fù)雜，而國內(nèi)則基本上是先調(diào)整焊接好定位筋后再堆疊沖片，即以定位筋為基準堆疊沖片。這種方法相當(dāng)于架好了骨架然后再上整體，所以具有工期短、易操作、還保證了定子鐵心的整體合格尺寸的優(yōu)勢。我公司就借鑒了此種方法在功果橋機組上。

國內(nèi)現(xiàn)在廣泛采用有間隙的懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)，但我公司采用的是零徑向間隙懸浮式雙鴿尾筋的形式（如圖1）。通過對定子鐵心耐波浪度應(yīng)力的計算，鐵心的耐擠壓應(yīng)力值是鐵心熱應(yīng)力值的 4.6倍（該值大于1即可），按照我公司眾多機組的實際業(yè)績經(jīng)驗和優(yōu)越的防膨脹變形結(jié)構(gòu)，雙鴿尾筋和鐵心之間零間隙對機組而言是安全的，此時定子機座完全能夠承受和吸收鐵心熱膨脹后擠壓，在1.7MPa的沖片預(yù)壓應(yīng)力下鐵心完全不會發(fā)生翹曲變形的情況。所以我們在安裝雙鴿尾筋時不用在雙鴿尾筋與托塊之間打入臨時楔子。

2.3 雙鴿尾筋的安裝、調(diào)整、焊接

在機座各環(huán)板上劃出雙鴿尾筋分布線，用單頭千斤頂頂住托塊固定在機座上，并用裝筋調(diào)整工具(如圖2)調(diào)整雙鴿尾筋半徑、向心度、垂直度、弦距，依照先大等分再小等分的原則，先確定并調(diào)整基準筋，按一定的焊接順序搭焊基準筋托塊，然后調(diào)整各等分區(qū)內(nèi)的其余雙鴿尾筋，接著按一定的焊接順序焊托塊，進行雙鴿尾筋尺寸檢查，合格后，并按一定的焊接順序進行雙鴿尾筋托塊滿焊工作。最后進行雙鴿尾筋尺寸檢查，雙鴿尾筋焊接完成。

圖1 零間隙懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)

焊接托塊的順序直接影響到雙鴿尾筋的精度，影響到鐵心沖片能否順利疊壓以及疊壓質(zhì)量。為了減少托塊焊接時雙鴿尾筋的變形量，應(yīng)在不拆除各種調(diào)筋工具時對托塊進行多遍、跳焊、先徑向后周向的焊接原則。在滿焊完成且冷卻后再拆除工具。調(diào)整性的復(fù)焊后每焊完一遍后應(yīng)復(fù)測數(shù)據(jù)，以便指導(dǎo)下一遍的焊接方向。

圖2 裝筋調(diào)整工具

2.4 大齒壓板的下壓指焊接

由于定子機座是在現(xiàn)場組焊成一體的，下壓指還未焊接到大齒壓板上，所以雙鴿尾筋調(diào)整完畢后需要鉆孔和焊下壓指塊（如圖3）。

先按調(diào)整好的雙鴿尾筋預(yù)疊一層沖片做為樣板，號劃機座大齒壓板上的鐵心壓緊螺桿孔位置，并鉆312個均布的Ф34mm通孔。

再對帶有墊板的下壓指塊進行預(yù)裝，測量水平，對壓指下的墊板進行現(xiàn)場配加工，使壓指周向水平偏差≤2mm，徑向水平偏差≤1.5mm，任意相鄰三個壓指高差≤0.5mm。調(diào)整合格后焊接下壓指墊板于機座大齒壓板上。

圖3 下壓指塊焊接

2.5 鐵心疊片和壓緊

定子鐵心疊片采用整圓疊片方式，疊片時采用單片一疊，一圈由52張沖片組成，沖片按順時針方向1/3搭接方式。首張沖片位于+Y方向，普通沖片厚度為0.5mm。

由于采用的是零間隙的懸浮式雙鴿尾結(jié)構(gòu)，所以疊片時沖片直接與鴿尾筋靠緊就行。與傳統(tǒng)有間隙懸浮式雙鴿尾筋相比，在工藝上具有多方面的優(yōu)勢：

（1）省去了每超過一層環(huán)板拔取楔子的這部分麻煩工藝；

（2）疊片時易操作；

（3）測量簡單，無反復(fù)調(diào)整雙鴿尾筋過程，復(fù)測結(jié)果穩(wěn)定。

零間隙懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)不僅保證了鐵心沖片在整圓上分布更均勻，還大大縮短了工期。

疊片中采用槽楔撐塊，疊片用棒，T型螺桿輔助疊片，用槽樣棒、整形棒、槽形檢測用棒整形和檢測槽形，使槽形尺寸得以在安裝公差范圍之內(nèi)。疊片過程中采用4次冷壓的方式提高鐵心的整體性和密實度，有利于提高鐵心抗翹曲能力。當(dāng)鐵心疊到中壓段數(shù)時，我們用臨時小齒壓板加上臨時螺桿和套筒的冷壓工具（如圖4）裝夾在鐵心的上下端，同時再用8個液壓拉伸器在312個螺桿中的8個均布拉伸，逐步再換鄰近8個均布拉伸，這樣一遍加壓后再加壓幾遍，達到312個螺桿受力均勻，從而達到鐵心整體均壓，再測量各段加壓后高度值控制鐵心高度。

冷中壓的壓力要小于最終壓緊的壓力比較合理（最終壓緊的壓力值為 1.7MPa）。碟形彈簧在這1.7MPa最終預(yù)緊壓力的作用下能夠束縛住在長期運行過程中鐵心熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力，并且在鐵心高度有所壓縮時能夠吸收一部分高度保留一定的力作用在鐵心上，使鐵心長期有效地貼合成一體，提高鐵心剛度，防止鐵心翹曲松動。

在疊到一定高度的通風(fēng)槽板后需要安裝絕緣帽，貫穿穿心螺桿長度方向上于各絕緣帽之間需要安裝絕緣套管使穿心螺桿和鐵心之間保持絕緣。

圖4 定子鐵心疊壓工具

根據(jù)312處碟簧高度和拉緊螺桿伸長量測量數(shù)據(jù)綜合后，疊壓完成后碟簧平均高度與設(shè)計值相差無幾，鐵心拉緊螺桿伸長量平均值3.06mm也在設(shè)計值3.13mm公差范圍之內(nèi)。

疊壓過程相當(dāng)順利，鐵心高度、緊度、齒脹、槽形、段長等均符合設(shè)計要求。鐵心圓度結(jié)果（整圓36處軸向每層檢查結(jié)果綜合數(shù)據(jù)）如表1。

表1 鐵心疊壓內(nèi)圓半徑測量公差數(shù)據(jù)表/mm

3 結(jié)論

零間隙懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)和絕緣的穿心螺桿碟簧結(jié)構(gòu)在功果橋機組的成功安裝應(yīng)用，證明該結(jié)構(gòu)實際與理論設(shè)計是一致的，有利于簡化現(xiàn)場疊壓工藝。液壓拉伸器工具的應(yīng)用不僅節(jié)省了人力物力，而且使鐵心的受力在周向更加均勻，更貼合成為一體，尤其是碟形彈簧預(yù)緊壓力的加載有效防止由于長期運行鐵心松動引起的翹曲現(xiàn)象，有利于機組的長期穩(wěn)定運行。功果橋定子鐵心疊壓的成功經(jīng)驗是我公司零間隙懸浮式雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用。對以后的類似大型機組設(shè)計和安裝均提供了有益的經(jīng)驗，具有較大的實際參考意義。

[1]高義斌. 水輪發(fā)電機懸浮式定位筋定子鐵心裝壓質(zhì)量控制[J]. 東方電機, 2002(3).

[2]李梁. 大型水輪發(fā)電機定子機座加工及鐵心疊片工藝探討[J]. 東方電機, 2003(1).

[3]楊悅偉, 冷志. 大型水輪發(fā)電機定位筋焊接、鐵心疊片工藝改進[J]. 東方電機, 2005(3).

[4]全彬, 楊焱. 水輪發(fā)電機定子浮動式雙鴿尾筋調(diào)整工藝淺析[J]. 貴州水力發(fā)電, 2006(2).