烏東德電站百萬千瓦級機組轉(zhuǎn)子磁軛組裝技術(shù)研究

何 毅

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

轉(zhuǎn)子磁軛是水輪發(fā)電機的重要部件，在水輪發(fā)電機組運行過程中具有重要作用[1-3]。磁軛結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，直接影響機組的安全。運行磁軛內(nèi)側(cè)與轉(zhuǎn)子支架連接，外側(cè)與磁極連接，既是固定磁極的結(jié)構(gòu)部件，又是水輪發(fā)電機磁路的重要組成部分，水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量主要由磁軛構(gòu)成。磁軛是水輪發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)通道和通風(fēng)冷卻循環(huán)的主要風(fēng)壓源。

轉(zhuǎn)子磁軛組裝過程中圓度、同心度的精度控制及磁軛熱打鍵加熱過程控制將直接影響水輪發(fā)電機組的安裝和運行質(zhì)量，本文以烏東德右岸電站發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁軛組裝為例，詳細介紹了百萬千瓦級水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁軛組裝過程的控制要點，并提出改進措施及建議。

1 概述

1.1 電站概況

烏東德水電站的開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，電站共裝設(shè)12臺（左、右岸各6臺）單機容量為850 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為10 200 MW。

1.2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

烏東德右岸電站發(fā)電機轉(zhuǎn)子為無軸式圓盤焊接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子支架采用斜立筋，轉(zhuǎn)子支架支臂數(shù)為32個，立筋在工地組焊后現(xiàn)場加工；轉(zhuǎn)子支架包括中心體和外環(huán)組件，外環(huán)由8瓣組成，中心體和分瓣的外環(huán)組件。發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁軛外徑為Φ17 132 mm（熱打鍵后為17 135.6 mm），高度為3 324 mm，磁軛重量約1 023 t，整體轉(zhuǎn)子重量約為1 915 t。

1.3 磁軛組裝標(biāo)準(zhǔn)

烏東德右岸電站轉(zhuǎn)子磁軛組裝主控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在國標(biāo)和廠家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上有較大提高，具體見表1。

2 磁軛組裝

磁軛組裝在轉(zhuǎn)子立筋加工完成后進行。

2.1 磁軛鍵安裝

（1）安裝基準(zhǔn)磁軛主鍵并與轉(zhuǎn)子立筋之間固定牢固，測量、調(diào)整磁軛主鍵的切面中心相對于轉(zhuǎn)子中心線的半徑為7 766 mm（0～0.5 mm）。

（2）安裝其他磁軛鍵，利用測圓架及百分表調(diào)整其他磁軛主鍵半徑，及其與基準(zhǔn)磁軛主鍵之間的弦長偏差符合要求。

表1 磁軛組裝主控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對照表 單位：mm

2.2 下壓板安裝

（1）將下壓板置于支撐上。下壓板內(nèi)側(cè)支撐在大立筋掛鉤上，外側(cè)支撐在兩個磁軛支撐上，將第一張下壓板調(diào)水平。

（2）用測圓架和百分表，將其他下壓板調(diào)水平。

（3）測量磁軛下壓板周向波浪度和徑向水平偏差應(yīng)滿足相關(guān)要求。

2.3 磁軛疊裝

磁軛由四種規(guī)格的4 mm后磁軛沖片疊制而成，四種規(guī)格重量分別為32.56 kg、32.69 kg、37.73 kg、37.99 kg，磁軛疊片每層32片；磁軛的內(nèi)外高差和波浪度采用加補償片的方法調(diào)整；磁軛鐵片共分五次與磁軛壓板一起壓緊，采用液壓拉伸器拉伸穿芯螺桿的方式壓緊，壓緊高度分別為700 mm、1 412 mm、2 020 mm、2 672 mm、3 264 mm，螺桿最終伸長量為6.8 mm±0.4 mm，螺桿最終受力為680 kN。

2.3.1 磁軛疊裝及第一次壓緊

（1）使用磁軛片402在磁軛下壓板上開始疊片，第一片自磁軛圓內(nèi)向外看，俯視磁軛片左端面自+Y軸開始疊片。

（2）上端和下端各192 mm內(nèi)，兩層磁軛片(8 mm)為一個基本層，第二層使用401進行疊片，俯視順時針自+Y軸錯半極（1/4片）進行疊片，八個基本層為一個循環(huán)。除上、下兩端192 mm范圍及疊片圖中特殊標(biāo)注外，其他三層磁軛片(12 mm)作為一個基本層，每個基本層俯視順時針錯半極(1/4片)，按圖2所示八個基本層為一個循環(huán)。

（3）轉(zhuǎn)子磁軛疊片疊至120 mm高度后，在每個磁極位置中交替各插入1根長疊片銷和1根短疊片銷。

（4）對已疊裝好磁軛進行整形，測量、調(diào)整磁軛同心度及下壓板水平度。

（5）按調(diào)整磁軛調(diào)整切向磁軛鍵的位置并鎖定。

（6）按照磁軛疊片圖進行轉(zhuǎn)子磁軛疊片，直至約700 mm高度，疊片過程中長疊片銷隨疊片高度的上升及時調(diào)整，下端的短疊片銷保持不動，疊片過程中隨時對磁軛進行整形。

（7）測量調(diào)整磁軛的絕對半徑、同心度、磁軛垂直度及下壓板水平度，且保證磁軛與磁軛主鍵之間沒有徑向間隙。

（8）安裝磁軛上壓板及臨時壓緊螺桿。

（9）用液壓拉伸器以對稱交錯的原則分次預(yù)緊磁軛壓緊螺桿。

（10）壓緊后測量磁軛相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)。

（11）拆除臨時壓緊裝置。

圖1 磁軛鐵片疊裝示意圖

2.3.2 中間磁軛疊裝及補償片安裝

（1）按磁軛第一次疊裝及壓緊要求，疊裝磁軛至約1 412 mm、2 020 mm、2 672 mm高度，分別進行第2次、第3次、第4次磁軛壓緊。

（2）根據(jù)前一次磁軛壓緊后測量的周向及徑向高度偏差，布置磁軛補償片。

2.3.3 磁軛疊裝及最終壓緊

（1）疊裝磁軛至約3 264 mm高的最終壓緊高度。

（2）將8個M42液壓拉伸器均布在磁軛上，分8個區(qū)域、對稱進行磁軛螺桿的最終拉伸，如圖2所示。拉伸分4次進行，分別按最終試驗液壓值的25 %、50 %、75 %、100 %分次執(zhí)行。

圖2 磁軛壓緊螺桿最終壓緊分區(qū)圖

（3）每個區(qū)域的每個磁極位置壓緊按照一定順序進行。

（4）壓緊后靜置24 h，按照最終擰緊步驟再次緊固所有螺母。

（5）抽查10%螺栓的伸長量，如果沒達到要求則加大壓力再次緊固所有壓緊螺桿。

（6）在磁軛的內(nèi)、外側(cè)用卷尺測量磁軛高度并記錄。

（7）用內(nèi)徑千分尺、百分表、測圓架測量磁軛半徑并記錄。

（8）磁軛壓緊后，用大錘打緊磁軛副鍵。

3 磁軛熱打鍵

3.1 打鍵長度計算

（1）磁軛鍵預(yù)緊后檢查并測量并記錄轉(zhuǎn)子磁軛的半徑和高度尺寸。

（2）根據(jù)磁軛實測圓度計算磁軛鍵緊量（設(shè)計5 mm），和磁軛副鍵需要下行的長度，并在副鍵上做好標(biāo)記。

（3）在轉(zhuǎn)子上部磁軛與轉(zhuǎn)子支架間，對稱4個方位布置磁軛漲量測量裝置，用于磁軛加溫過程中漲量監(jiān)測。

3.2 熱打鍵計算

3.2.1 加熱溫度計算

轉(zhuǎn)子與鐵心溫差計算：

式中：L——磁軛內(nèi)側(cè)半徑，7 736 mm；

△L——熱打鍵緊量，5 mm；

α——鋼的線膨脹系數(shù)為：11×10-6 mm/m·℃。

預(yù)計最終加熱溫度：59 ℃+27 ℃（室溫）=86 ℃

3.2.2 加熱容量計算

加熱器總?cè)萘坑嬎悖?/p>

式中：k—保溫系數(shù)，取值范圍為1.5～2.5，此處取k=2.2；

G—磁軛總重，1 020 000 kg；

C—磁軛材料比熱容，一般取0.5；

T—預(yù)計所需的加熱時間，取預(yù)計加熱時間為8 h，28 800 s；

設(shè)備廠家提供用于磁軛加熱的不銹鋼加熱片的總功率為2 304 kW；另在每個轉(zhuǎn)子立筋位置的磁軛下方布置一片10 kW的履帶式加熱片用于輔助加熱，32片履帶式加熱片兩兩串聯(lián)，總功率160 kW。根據(jù)實際加溫情況需要，輔助加熱片的投切。

3.2.3 加熱設(shè)備布置

轉(zhuǎn)子加熱片共64個回路，分別接入8個溫控柜中，將第一層1級至10級10片加溫片連接形成一個回路，接入1#加溫柜；第一層11級至20極10片加溫片連接形成一個回路，接入2#加溫柜，第一層21級至30級10片加溫片連接形成一個回路，接入3#加溫柜，以此類推，第一層的51級至60級加溫片連接接入6#加溫柜，第一層的61級至64級、第二層的1級至6級共10片加溫片接入7#加溫柜，第二層的7級至16級接入8#加溫柜；第二層的17級至26級再接入1#柜，以此類推，總共30層加熱片，依次接入8個加溫柜中。

3.2.4 磁軛熱打鍵

（1）在加熱過程中，嚴格控制磁軛的溫升以及磁軛與轉(zhuǎn)子支架之間的溫差，根據(jù)磁軛與支架之間膨脹量調(diào)節(jié)溫度，溫升速度不大于7 ℃/h，不同點溫差在10 ℃以內(nèi)。在加熱過程中，每30 min檢查磁軛上下、內(nèi)外溫度及轉(zhuǎn)子支架上下溫度。

（2）加熱前測量標(biāo)記尺寸原始值做好記錄，當(dāng)接近脹量時，每15 min檢查一次磁軛的膨脹量。

（3）當(dāng)磁軛膨脹量滿足緊量要求后，將所有磁軛副鍵對稱放至預(yù)定位置，停止加熱，冷卻磁軛。

（4）在轉(zhuǎn)子磁軛冷卻過程中，應(yīng)有效控制磁軛冷卻速度，以免磁軛溫度驟然降低而使轉(zhuǎn)子中心體變形。降溫過程中，降溫速度在5 ℃/h以內(nèi)，并保證磁軛不同區(qū)域的溫度差不得大于10 ℃，在保溫毯包裹嚴實10 h后，掀開頂部保溫毯200 mm左右，使磁軛均勻降溫，待磁軛冷卻到40 ℃以下時，方可揭開保溫毯。

（5）轉(zhuǎn)子磁軛冷卻后，分次、對稱打緊磁軛副鍵。

（6）每段磁軛分上、中、下三個斷面測量轉(zhuǎn)子磁軛半徑，要求磁軛的絕對半徑約8 567.8 mm，磁軛的圓度≤0.70 mm，磁軛相對于轉(zhuǎn)子中心的同心度≤0.10 mm。

4 磁軛組裝質(zhì)量

烏東德右岸電站已完成的7號、8號機組兩臺轉(zhuǎn)子磁軛組裝主控質(zhì)量參數(shù)均滿足烏東德標(biāo)準(zhǔn)要求，具體見表2。

表2 磁軛組裝主控質(zhì)量參數(shù)表

5 磁軛組裝改進建議

5.1 增強磁軛疊裝過程中磁軛疊片鍵的剛性

因烏東德右岸電站轉(zhuǎn)子磁軛高度達3 264 mm，設(shè)備廠家在鍵槽上、下各布置一顆M27螺栓，對磁軛疊片鍵進行支撐，在磁軛疊片鍵半徑調(diào)整就位后，該鍵不能與立筋鍵槽接觸，導(dǎo)致其剛性很差，以致磁軛壓緊過程中圓度難以控制。

鑒于此，建議設(shè)備廠家提供一套磁軛疊片鍵副鍵，使磁軛疊片鍵能與立筋鍵槽緊密貼合，增強疊片鍵剛性。

5.2 磁軛鐵心壓緊順序建議

在磁軛鐵心壓緊過程中，注意監(jiān)測圓度變化情況，根據(jù)變化情況隨時調(diào)整每個磁極位置的壓緊順序，以保證磁軛圓度變化可控。據(jù)現(xiàn)場觀測，磁軛圓度偏小時，宜先壓緊磁軛外側(cè)壓緊螺桿；反之宜先壓緊磁軛內(nèi)側(cè)壓緊螺桿。

5.3 熱打鍵緊量計算建議

烏東德右岸電站轉(zhuǎn)子熱打鍵緊量設(shè)計值為5 mm，采用每個磁極位置的磁軛上中下3個半徑的平均值為基準(zhǔn)，可能使半徑比平均值大的位置的磁軛緊量達不到5 mm。

通過7#、8#機組在試運行中的過速試驗后的圓度檢查，7#機組轉(zhuǎn)子磁極過速后圓度為0.99 mm，8#機

組轉(zhuǎn)子磁極過速后圓度為0.64 mm，保證各斷面磁軛緊量，可有效防止機組運行中的轉(zhuǎn)子圓度發(fā)生變化。

5.4 熱打鍵加熱片布置建議

磁軛熱打鍵加熱片布置時，應(yīng)將同一加熱柜的加熱片對稱分散布置，保證某一加熱柜出現(xiàn)故障，不會出現(xiàn)磁軛受熱不均的情況。

6 結(jié)論

烏東德右岸電站轉(zhuǎn)子磁軛組裝，采用強化磁軛疊片鍵剛度、根據(jù)圓度調(diào)整穿心螺桿壓緊順序的方法，保證磁軛壓緊圓度；采用自由狀態(tài)下焊接、疊片、磁極掛裝方式，消除轉(zhuǎn)子撓度對轉(zhuǎn)子外形尺寸的影響；通過控制熱打鍵緊量計算，保證磁軛與轉(zhuǎn)子支架的可靠聯(lián)接，保證轉(zhuǎn)子運行圓度；采用插入式薄片小功率電阻加熱器加熱磁軛，熱量從磁軛內(nèi)部往外傳遞，保證加熱效果良好；通過上述方法，使轉(zhuǎn)子磁軛圓度、垂直度、整體偏心值均控制良好；保證發(fā)電機轉(zhuǎn)子組裝質(zhì)量。