白鶴灘右岸水輪發(fā)電機定子鐵心裝配新技術(shù)

王新洪，周峰，楊年浩

（1.哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040；2.中國三峽建工（集團）有限公司，成都 610095）

0 引言

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，是金沙江下游干流河段梯級開發(fā)的第二個梯級電站，以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙、航運、灌溉等綜合效益，是“西電東送”的重要工程，建成后將主要供給電華東電網(wǎng)、華中電網(wǎng)和南方電網(wǎng)，并兼顧當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的用電需要。總裝機容量1600 萬kW，左右岸分別布置8臺單機容量為100萬kW的水輪發(fā)電機組，是全球單機容量最大的水輪發(fā)電機組，也是總裝機容量僅次于三峽工程的世界第二大水電工程。哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司承擔(dān)右岸8臺套機組的設(shè)計制造。

作為全球單機容量最大的水輪發(fā)電機組，也是世界首次設(shè)計制造單機容量超過1000 MW的水輪發(fā)電機，設(shè)計制造難度達到新高，推動了巨型水輪發(fā)電機技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展[1]。

1 定子鐵心結(jié)構(gòu)及安裝標(biāo)準

白鶴灘右岸發(fā)電機定子鐵心由36萬余張0.5 mm厚的50W250硅鋼片疊裝而成，總質(zhì)量達698.13 t。定子鐵心外徑為φ17 800 mm，內(nèi)徑為φ16 580 mm，長度為3650 mm。整圓共計58張沖片，層間錯1/3片疊裝，共計93小段。上、下端的階梯片在廠內(nèi)粘接成2.5 mm厚，在工地粘接成30 mm高度。定位筋為雙鴿尾形式，9層托塊，定位筋和托塊徑向無間隙，鴿尾一側(cè)有0.25 mm間隙。定子鐵心采用穿心螺桿壓緊，穿心螺桿上端布置蝶型彈簧使壓緊力保持相對恒定，螺桿兩端還布置有絕緣螺帽防止放電發(fā)生。

白鶴灘發(fā)電機要求裝配后鐵心圓度各半徑與設(shè)計半徑之差不超過發(fā)電機設(shè)計空氣間隙的3%，定子鐵心內(nèi)徑公差要求為（0，+0.70）mm；定子鐵心圓度要求為0.60 mm；鐵心長度偏差不應(yīng)超過0～5 mm；鐵心波浪度不大于8 mm；鐵心槽寬槽深錯牙不大于0.10 mm。當(dāng)前如溪洛渡、向家壩等大型機組發(fā)電機定子鐵心裝配后要求鐵心圓度各半徑與設(shè)計半徑之差不超過發(fā)電機設(shè)計空氣間隙的4%；鐵心長度偏差不超過0～10 mm；鐵心波浪度不大于10 mm；鐵心槽寬槽深錯牙不大于0.20 mm。白鶴灘發(fā)電機定子鐵芯裝配標(biāo)準是目前國內(nèi)外大型水輪發(fā)電機定子鐵芯裝配要求[2]最高的。

2 定子鐵心裝配技術(shù)

2.1 定子鐵心裝配技術(shù)難點

白鶴灘右岸定子鐵心半徑接近9 m，鐵心長度為當(dāng)前最長的鐵心長度，單片沖片制造槽尺寸精度為0.08 mm，保證最終的尺寸、形位公差、整體壓緊時預(yù)緊力及預(yù)緊力均勻性是滿足白鶴灘安裝精品標(biāo)準必須要突破的技術(shù)難點。

2.2 定子鐵心裝配工藝參數(shù)

根據(jù)白鶴灘安裝精品要求，總結(jié)以往大型機組安裝成果，對定位筋調(diào)整[3]、定位筋托塊搭焊、定位筋托塊滿焊、定子鐵心下壓板調(diào)整裝焊到定子鐵心預(yù)壓[4]次數(shù)、預(yù)壓長度、預(yù)緊力、分段壓緊、整體壓緊等各過程工藝參數(shù)進行系統(tǒng)研究，確定各工序全新工藝參數(shù)，同時經(jīng)過某項目（定子鐵心外徑為φ13 000 mm，內(nèi)徑為φ12 150 mm，高度為1980 mm）共4臺發(fā)電機定子鐵心裝配工程實踐驗證，并以此為基礎(chǔ)進一步優(yōu)化，確定了白鶴灘巨型水輪發(fā)電機高精定子鐵心裝配全新工藝參數(shù)。

2.3 定子鐵心裝配新工具

配合全新工藝參數(shù)，開發(fā)定子鐵心疊裝高精度定位工具，合理設(shè)計工具的形位公差，提高定位精度；開發(fā)量化測量檢測工具，如定位筋弦距測量工具、鐵心緊量測量工具等（如圖1、圖2），改變傳統(tǒng)定性測量判定，實現(xiàn)定量測量，更精準、更直觀，為提高鐵心整體質(zhì)量提供保證；開發(fā)快速調(diào)整工具，如定位筋搭焊樣板等（如圖3），方便工具調(diào)整，降低勞動強度，提高定位筋調(diào)整安裝效率。

圖1 定位筋弦距測量工具

圖2 鐵心緊量測量工具

圖3 新型定位筋搭焊樣板

2.4 定子鐵心裝配工藝

2.4.1 定位筋安裝

圖4 托塊三面焊接

圖5 點焊順序優(yōu)化

2.4.2 下齒壓板安裝

首先下齒壓板與機座預(yù)裝，通過整圓疊幾層沖片校正下齒壓板位置，然后確定下齒壓板配加工尺寸，下齒壓板配加工修正了分瓣機座焊接后下環(huán)板平面偏差，保證了下齒壓板裝焊后壓指水平，保證超長定子鐵芯裝配后緊量，下齒壓板配加工后復(fù)位回裝焊接，最終保證了下齒壓板焊后參數(shù)：下齒壓板半徑R8318+2-2mm，內(nèi)圓比外圓高0.2～1.0 mm；相鄰兩塊高度差≤0.5 mm；下齒壓板整圓波浪度≤2 mm。

2.4.3 定子沖片疊裝

定子沖片以高精度樣棒及鴿尾筋定位疊裝（如圖6），輔以高精度整形棒對疊裝沖片整形，加大整形頻次，提高疊裝沖片的規(guī)整性；同時提高單張沖片厚度的測量比例，嚴格控制單段鐵心長度，按照極少原則準確添加補償片；通過鐵心軛部及齒部兩套壓緊工具（如圖7）避免發(fā)生齒脹，提高整體壓緊力均勻性，保證了整體壓緊力。

圖6 沖片疊裝

定子沖片疊裝采用分段預(yù)壓（如圖8）與整體（如圖9）壓緊技術(shù)，共分9次預(yù)壓，預(yù)壓長度參數(shù)如表1所示，鐵心磁化試驗后再次整體壓緊，每次壓緊均采用液壓拉伸器循環(huán)多次壓緊，壓緊力為136.56 kN，同時增加壓緊分區(qū)數(shù)量，有效減少鐵心整體波浪度，提高鐵心壓緊程度。在常規(guī)每疊裝500 mm高預(yù)壓一次的工藝基礎(chǔ)上，針對白鶴灘發(fā)電機超長定子鐵心，首次采用邊段粘接鐵心單獨壓緊方式（如圖7），驅(qū)動端邊段粘接鐵心單獨預(yù)壓，非驅(qū)端邊段粘接鐵心與最后一次壓緊合并，從邊段粘接鐵心沖片開始刷膠疊裝到加壓的時間不得超過48 h；同時為保證粘接質(zhì)量，對膠固化溫度進行專項研究，現(xiàn)場溫度若低于20 ℃，邊段粘接鐵心加壓后，需加熱固化，加熱溫度到60～80 ℃，加熱時間不少于24 h，若現(xiàn)場溫度20 ℃以上，邊段粘接鐵心加壓后，可采用加熱固化，也可以采用室溫固化，邊段粘接鐵心疊裝新工藝措施提高了定子鐵心端部整體性，加強了鐵心整體壓緊效果。與定子沖片齒中心偏差≤0.5 mm。

圖7 驅(qū)動端邊段粘接鐵心預(yù)壓、保壓固化

圖8 疊裝分段預(yù)壓

圖9 整體壓緊

表1 分段預(yù)壓參數(shù)

槽形：通槽棒逐槽檢查槽形，能順利通過槽部穿心螺桿伸長值。圓周均布抽測10%，伸長值=額定伸長值+10%。

穿心螺桿絕緣電阻：500 V搖表，絕緣電阻≥15 MΩ。緊量：推力200 N，推入深度＜3 mm。

保證了鐵心整體壓緊力及壓緊力均衡，使定子鐵心最終圓柱度、整體波浪度、槽錯牙的尺寸指標(biāo)遠優(yōu)于以往的任何大型機組，全部優(yōu)于白鶴灘精品標(biāo)準，最終單位鐵心損耗值及磁化試驗各項指標(biāo)也遠低于同類機組，定子鐵心安裝實測數(shù)據(jù)示例如表2所示，驗證了全新工藝參數(shù)、全新工藝控制措施的先進性。

表2 白鶴灘右岸機組前4臺定子鐵心安裝實測數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新并結(jié)合實際不斷優(yōu)化、完善裝配技術(shù)，使白鶴灘右岸水輪發(fā)電機定子鐵心安裝取得了圓滿成功，極大提高了大型水輪發(fā)電機定子鐵心裝配質(zhì)量，提高了大型水輪發(fā)電機制造水平，為白鶴灘精品機組實現(xiàn)提供了強有力技術(shù)支撐和保障。