試論大型水輪發電機圓盤式轉子支架加工新工藝

孫小龍

摘? ?要：圓盤式轉子支架具有重量輕、節約材料成本和制造成本，同時具有較大的剛度、傳遞力矩大、通風損耗小的特點，因此現代大型水輪發電機轉子幾乎全部使用圓盤式支架結構。水輪發電機轉子連接支架主軸和磁軛，主要作用是固定磁軛和傳遞轉矩。目前在三峽、瀑布溝等電站大型水輪發電機中得到成功應用。圓盤式的轉子要求有很強的加工工藝，并且支架需要很大，需要進行大量的焊接，因此需要科學選擇合適的焊接工藝，有效控制焊接精度，保障質量并防止變形。

關鍵詞：水輪發電機? 圓盤式? 轉子支架? 加工工藝

水輪發電機轉子連接支架主軸和磁軛，主要作用是固定磁軛和傳遞轉矩。目前在三峽、瀑布溝等電站大型水輪發電機中得到成功應用。圓盤式轉子支架尺寸大，焊接量大，對加工工藝要求比較高，必須要采取有效的工地焊接工藝，才能提高焊接質量、精度及控制焊接變形。

1? 大型水輪發電機圓盤式轉子支架結構特點

受到運輸條件限制，圓盤式轉子支架會設計成中心體和扇形支臂兩大部分，整體結構分為好幾部分，有上下圓盤和中心體，以及腹板和立筋板等等。其中，中心體和支臂組焊及加工在工廠內完成，運到工地后再進行焊接和組裝。一些轉子還有著上下加強板的設置。因為在焊接圓盤支架之后可能造成變形，為了防止對圓盤支架組裝產生影響，通常就會利用帶磁軛鍵槽的立筋板進行矯正。

2? 圓盤式轉子支架加工新工藝

2.1 傳統工藝的不足

圓盤式轉子支架傳統的制造工藝目前已臻成熟，加工精度也比較高，實踐表明，加工質量也能契合大型水輪發電機的平穩、安全、可靠運行的需求。不過，其也存在明顯的不足之處，例如，轉子支架的中心體和扇形支臂需要分兩次進行組圓，使得加工效率比較低，生產周期比較常，而且會消耗大量的人力、物力和財力資源。同時，由于大型水輪發電機的圓盤式轉子支架的尺寸比較龐大，要用大型立車進行組圓加工，加上加工周期長，導致關鍵資源長時間被占用，影響企業的產能。

2.2 新加工工藝應用

（1）工藝思路。傳統的圓盤式轉子支架加工工藝具有效率低、周期長、關鍵資源占用多等不足，無法更好地滿足當前的生產需求。為提高生產效率與效益。在分析大型水輪發電機圓盤式轉子支架結構與工藝特點基礎上，提出了一種新的加工工藝。在圓盤式轉子支架中，其內筋板很多壓縮了空間，也增加了操作難度。為了讓中心體環縫背面清根徹底，必須要進行仔細的打磨，之后進行內筋板后插裝。在支臂中，兩個不同厚度的鋼板形成大立筋板，分別從不一樣的角度進行拼焊，這增加了焊接工序的困難。支臂都使用分別裝焊，并且保障裝配尺寸的同一性。支臂材料的板厚、焊縫的尺寸相對較大，無法較好地控制焊接變形。新工藝針對這些問題，圍繞“減少轉子支架組圓次數、縮短大型立車占用時間”的總體思路，利用激光跟蹤儀與數控龍門銑等先進工具，設計出圓盤式轉子支架加工新工藝。

（2）工藝實施。遵循“謹慎試驗、及時修正”原則，在云南瀾滄江某電站機組#1機轉子支架生產制造中，應用該新加工工藝。該電站是重要的梯級電站，機組單機容量為350MW，采用圓盤式發電機轉子支架設計。整體上，支架由中心體和10瓣扇形支臂構成，支架外圓直徑達16160mm，支架總重量約為205.1t。因為外形尺寸比較大，分瓣數量也比較多，如果采用傳統加工工藝，將需要占用18m立車、22m立車等關鍵資源。經過研究討論，采用激光跟蹤儀與數控龍門銑相結合的方法來加工。

中心筒采用熱輥成型方法卷制而成，材料是120mm厚的鋼板，將其分為三瓣，采用自動埋弧焊方法，急性焊接三條拼焊縫。在結束后要進行焊縫的UT、MT探傷檢查。如果和標準相符合，然后加工中心筒內外圓。對于其它筋板，主要是使用數控氣割下料，并且整平下料。針對中心筒和上、下圓盤，做好直接裝配工作，并且保障其穩定性。當焊到坡口的1/3深度時，需要清理和打磨其焊縫背面。在完成探傷檢查之后，用富氬氣體對背面的焊縫進行保護，做好封底焊縫焊接，之后針對環縫正面，分為兩次完成焊接[2]。認真進行焊縫封底焊，減少修補次數，提高焊接質量。內筋板的裝配采用平衡梁吊裝方式在轉胎上完成，焊接方法是半自動氣體保護焊。將中心體吊下轉胎，裝配外筋板嚴格按照圖紙，針對外筋板中間空檔處，使用半自動氣體保護焊裝焊三層臨時拉筋。在對應力熱處理消除后，去掉臨時拉筋，對焊縫質量和尺寸進行檢查，只有在達標以后，才能夠進行下一步的噴砂和清理，然后進行涂底漆等等各項操作。

在外圓支臂中，主要是使用獨立裝焊工藝，在裝配過程中，對裝配高度公差用定位架來設置。在進行裝配之前，需要將定位樣板放置在裝配定位架下，使用倒裝位置方式裝配外圓支臂。先吊放下圓板到樣板上，然后吊裝立筋板、下圓板及擋風板等，尺寸調整好之后，進行定位焊。再把支臂吊到平臺上，做好焊接工作。安排兩個焊工，分別在對稱位置實施施焊操作，并且分為三次循環完成，保證工件的均勻變形。消除應力熱處理后，將臨時拉筋去除，再進行其他加工。

（3）支架裝配。首先，對中心體進行調整，設置好中心體的支撐架，在圓周的對稱位置上，進行楔子板的調整并吊放中心體就位，然后，用螺栓將二者緊密連接起來。以上法蘭作標準，調節中心體的水平度，使其符合標準。在下法蘭外圓，使用千斤頂頂牢中心體和支撐架，在加工時要避免中心體產生位移的現象。另外，裝配支臂，在每個扇形支臂處，放置3個自制鋼支墩，在支墩上，設置楔子板，對支臂合縫塊以及拉筋進行檢查，看是否存在損壞和雜物，如果合格，將運輸用工字鋼割去，及時清理坡口和周圍的鐵銹以及污漬。選擇4個吊環螺釘，采用對稱交錯的方式，將扇形支臂進行吊裝，對主立筋進行測量，并且在測量中使用內徑千分尺測量，對半徑和弦距校對，檢查各焊縫的間隙值[3]。在此基礎上，加上墊片并對半徑和弦距值進行調整、方法。測量好各項數據并進行詳細記錄。再次，開始進行定位。4名焊工在對稱位置施焊，使用陶瓷電加熱器局部預熱高于80℃，每段定位焊長度80～100mm，焊接厚度6～8mm，間距為400mm。

3? 結語

綜上所述，通過實驗驗證，采用新的加工工藝制作大型水輪發電機圓盤式轉子支架，效果非常理想，檢查報告表明各項指標均完全符合設計要求，而且制作周期短，效率高，能較好地滿足大型水輪發電機大部件焊接變形小、焊接質量高的設計要求。在瀑布溝、金安橋、溪洛渡和糯扎渡電站等機組發電機轉子支架加工中，已經成功應用該項工藝。這說明，基于激光跟蹤儀和數控龍門銑相結合的水輪發電機大型圓盤式轉子支架加工新工藝，具有較高的正確性、科學性及可操作性，為轉子支架加工開拓了新的加工途徑，有利于提高大件加工制造效率，縮短生產周期，并能有效減輕大型立車設備的工作負荷，增強生產管理部門調度靈活性，因而，可以在同類工件加工實踐中進一步加以推廣應用，使其經濟效益與社會效益實現最優化。

參考文獻

[1] 張杰英.大型圓盤式轉子支架工地裝焊焊接變形分析及控制[J].大電機技術，2014（4）：51-54.

[2] 周亮，王歡，邱玉海.大型水輪發電機圓盤式轉子支架加工新工藝[J].東方電機，2013，41（6）：16-17.

[3] 張全順.大型圓盤式轉子支架焊接工藝研究[J].電站系統工程，2012，28（3）：75-76.