古瓦水電站定子鐵心現場組裝工藝及質量控制

施 蕾

（中核新華黃龍抽水蓄能發電有限公司，甘肅 天水 741000）

1 概述

古瓦水電站工程位于四川省甘孜藏族自治州鄉城縣境內，是碩曲河干流鄉城、得榮段“一庫六級”梯級開發方案中的“龍頭水庫”電站，主廠房電站裝設3 臺單機容量為67 MW 的高水頭水輪發電機組。古瓦水電站水輪發電機定子主要由定子機座、定子沖片、壓緊螺桿以及齒壓板、線棒、匯流母排等零部件組成；定子鐵心裝配重量約98 t，定子機座外徑6 350 mm，鐵心外徑5 150 mm，鐵心內徑4 300 mm，鐵心高度1 506 mm，機組額定轉速428.6 r/min，額定勵磁電壓149 V，額定勵磁電流為1 130 A。發電機定子機座由Q235B 鋼板、圓鋼等焊接而成，具有足夠的剛度和強度，焊接完成后再進行機座的相關機加工工作；定子鐵心沖片采用0.5 mm 厚的50W290 優質高強度鋼板沖制而成，定子沖片每層由18 片組成，采用半疊壓方式進行疊裝,每段定子沖片間設有通風槽片，通風槽鋼采用0Cr18Ni9 鋼材 ，機組旋轉時產生的熱風能均勻擴散到整個定子，再通過布置在定子機座外圍的空氣冷卻器進行冷卻，能起到較好的通風冷卻效果。定子疊片完成后利用拉緊螺桿將定子沖片把緊成一個整體，利用蝶簧調整定子的鐵心高度。

2 定子鐵心現場組裝工藝

2.1 定子機座組圓

（1）清理安裝間定子組裝工位，布置定子組裝支墩。按照施工規劃布置安裝施工設備、施工電源、照明及消防設施等。

（2）定子機座運至安裝間后，利用廠房橋機將定子機座卸至定子組裝工位，按照機組X、Y 方向進行放置，清除機座分瓣面上的運輸保護層，仔細檢查定子機座組合法蘭面，用角磨機、拋光機、平板挫、砂紙等清掃分瓣組合面，去掉毛刺和高點，不得殘留任何影響組裝工作的異物在法蘭面上。

（3）清掃完畢后，按制造廠家設計圖紙核查機座各部尺寸，如單瓣機座的對邊長、高度，以及定子基礎把合的螺栓孔的分布孔距等，均要仔細檢查確認。同時檢查組合縫的形狀，對不合格的地方進行修整。

（4）清理定子機座合縫面和壓指面，然后依次將2 瓣機座吊放在支墩上并找平，合縫面放置在支墩部位，確認合縫面的定位銷釘完全對正后，將2 瓣機座通過合縫螺栓把合組成整圓。

（5）組裝和安裝制造廠家提供的定子鐵心測圓柱，中心測圓柱安裝時，中心柱垂直度偏差可在90°方向掛兩根鋼琴線找正，使其不大于0.02 mm/m。

（6）中心測圓柱調整合格后，將其與基礎加固牢靠，保證在機座連接和鐵心疊裝過程中不產生偏移，保證定子的組裝質量。在組裝定子過程中分階段核查中心測圓柱垂直度。

表1 中心測圓柱分階段校核項目

（7）定子機座的水平以機座下環板加工面為基準用水平儀調平，其水平控制在0.05 mm/m 以內，測量檢查合縫板處的間隙小于0.05 mm。

（8）把緊定子機座組合螺栓（M48 螺絲力矩：2 210~2 950 N·m），利用測圓柱測量調整機座的圓度符合設計要求，對稱方向機座環板內圓直徑之差控制在0.2 mm 內。

（9）機座拼接成整圓并檢查水平、圓度等符合要求后，將定子機座合縫螺栓及底部楔子板按圖紙要求點焊牢固。

2.2 定子鐵心導向鍵安裝與固定

定子機座拼裝完成后首先進行導向鍵的安裝與固定。本工程中定子疊片的基準是導向鍵，因此在導向鍵的安裝過程中要特別注意尺寸復測。

導向鍵運到現場后，先清除表面的保護層、污垢和毛刺等，用平尺檢測其徑向、切向的平直度，全長范圍內平直度不大于0.1 mm。

導向鍵先臨時安裝，精確調整前先進行預疊片，也就是先臨時疊一小段定子沖片，在疊片過程中采用整形棒進行整形。預疊片完成后檢查鐵心的半徑、圓度、拉緊螺桿孔、導向鍵安裝位置、壓指中心等各部位尺寸應符合設計圖紙和規范的要求。

采用“大等分弦距”的方法將內圓分為四等分，按對稱方向在已疊片的鐵心缺口處安裝上已檢測合格的導向鍵，在機座環板處導向鍵位置裝上固定角鐵，固定角鐵與導向鍵用螺絲連接，使導向鍵緊靠定子環板內側，先點焊下環板處角鐵兩點，測量導向鍵周向垂直度偏差小于0.10 mm/m，然后點焊中環板和上環板處角鐵。

復測測圓柱垂直度符合要求，測量已疊片的鐵心及已安裝的導向鍵圓度、垂直度等符合要求，按順序裝入其余導向鍵，以安裝過的基準鍵的上、中、下三點為零點，用測圓柱和內徑千分尺測量其余的導向鍵，調整其半徑在0.1~0.2 mm 范圍內。調整所有導向鍵使其軸向位置上、中、下三點符合以下要求：

（1）導向鍵徑向和周向垂直度偏差不大于0.10 mm/m。

（2）導向鍵半徑絕對尺寸為R2 565±0.2 mm。

2.3 定子鐵心疊片及壓緊

定子鐵心整圓由18 片組成，共42 段，每段高30 mm，采用半疊壓方式（單片一迭，1/2 搭接方式）。

（1）用測圓柱和水平儀檢查測量齒形板的徑向水平及周向波浪度符合圖紙要求。

（2）按圖紙要求的工藝進行墊片。疊片時，邊疊邊用疊片調整工具進行調整，使沖片緊靠導向鍵，逐段測量內徑，做到有偏差及時處理，使疊裝尺寸符合圖紙要求。

（3）在疊片過程中，按設計圖紙要求的擰緊力矩和方法，使用制造廠家提供的定子鐵心裝壓工具進行分段預壓。每次壓緊前，用整形棒進行全面整形，并在預壓鐵心頂面上墊入一層廢沖片，對已疊鐵心進行保護，放上臨時壓板；壓緊時要逐漸提高壓緊力矩，直至設計力矩，松開時亦按相同力矩分次逐漸松開，以防鐵心反彈不均產生波浪度。每次壓緊后，測量當次預壓后鐵心的實際高度、波浪度和圓度并作好記錄，波浪度偏差大于設計要求時，在鐵心高度較高的部位打上標記，做為下次預壓緊的起始位置。具體步驟如下：

1）根據設備圖紙和制造廠家技術要求，先疊壓定子第1、2 段鐵心。

先疊第一圈端板，該端板為雙面不涂漆的0.7 mm 厚的板（端板第一層及最末一層不涂漆，其余均涂漆），端板接縫對準小壓指，疊完端板后在其上表面齒部位置涂環氧膠（環氧樹脂E-44：聚酰胺固化劑H-4：稀釋劑501=100∶75∶5），在上面疊0.2 mm厚的絕緣墊片，在該絕緣墊片齒部涂環氧膠，以半疊壓方式疊第二層及第三層端板和絕緣墊片。在第三層絕緣墊片上表面齒部涂環氧膠，以1/2 搭接方式疊0.5 mm 厚定子沖片，然后在定子沖片上表面齒部涂環氧膠，繼續以該方式往上疊0.5 mm 厚定子沖片至第1 段完成，最后疊一層絕緣墊板和一層通風槽板，然后用整形棒整形，均勻塞入槽樣棒以固定槽形，每張扇形各2 根。

第2 段先疊一圈端板，然后以半疊壓方式疊0.5 mm 厚定子沖片，一直疊至第2 段最后一層，第2段最后一層絕緣墊片和通風槽板暫時不疊，用整形棒整形后先進行第一次預壓。在第2 段鐵心頂部放上一層廢沖片，放上臨時壓板，安裝第1、2 段鐵心壓裝專用臨時螺桿，均勻擰緊全部螺母，按照圖紙要求給鐵心表面加壓到1.96 MPa，M16 螺母擰緊力矩為160.7 N·m，M24 螺母擰緊力矩為482.2 N·m，壓緊后第1、2 段高度為65.1 mm，測量并調整鐵心內徑和高度。

2）疊壓定子第3~21 段鐵心。

拆除鐵心第一次預壓的裝置，清除表面的污物，開始疊裝第2 段鐵心最后一層絕緣墊片和通風槽板（不涂環氧膠），然后以1/2 搭接方式疊裝第3~21 段鐵心，每段先疊一層端板，最后墊一層絕緣墊板，各扇形片緊靠導向鍵，疊壓過程中每段高度偏差不超過設計值±0.5 mm，每段疊完要利用整形棒統一整形一次，不能使用鐵錘敲擊。每段疊完后，槽樣棒和槽楔槽樣棒要隨著鐵心往上移動，保持槽形的幾何尺寸，同時采取措施防止槽樣棒掉落傷人。在疊片過程中，隨時測量導向鍵的徑向和周向位置尺寸及垂直度，必要時進行調整。

當鐵心疊至第21 段時，進行第二次預壓。預壓前測量鐵心的徑向水平度，根據現場情況加入調整墊片。在第21 段鐵心頂部放上一層廢沖片，放上臨時壓板，安裝第21 段鐵心壓裝專用臨時螺桿，均勻擰緊全部螺母，按照圖紙要求給鐵心表面加壓到1.96 MPa，M16 螺母擰緊力矩為160.7 N·m，M24 螺母擰緊力矩為482.2 N·m，壓緊后第21 段高度為749.1 mm，測量并調整鐵心內徑和高度，當鐵心高度與設計值有少量差別時，可在下一部分疊片時進行調整。

3）疊壓定子第22~40 段鐵心。

拆除鐵心第二次預壓的裝置，清除表面的污物，開始疊裝第21 段鐵心最后一層絕緣墊片和通風槽板（不涂環氧膠），然后以1/2 搭接方式疊裝第22~40段鐵心，每段先疊一層端板，最后墊一層絕緣墊板，各扇形片緊靠導向鍵，疊壓過程中每段高度偏差不超過設計值±0.5 mm，每段疊完要利用整形棒統一整形一次，不能使用鐵錘敲擊。每段疊完后，槽樣棒和槽楔槽樣棒要隨著鐵心往上移動，保持槽形的幾何尺寸，同時采取措施防止槽樣棒掉落傷人。在疊片過程中，隨時測量導向鍵的徑向和周向位置尺寸及垂直度，必要時進行調整。

當鐵心疊至第40 段時，進行第三次預壓。預壓前測量鐵心的徑向水平度，根據現場情況加入調整墊片。在第40 段鐵心頂部放上一層廢沖片，放上臨時壓板，安裝第40 段鐵心壓裝螺桿，鐵心內側使用臨時螺桿，鐵心外側使用M48 正式螺桿，鴿尾螺桿穿入時套上拉塊，拉塊使用拉具向外拉到外側并點焊拉塊，里外側壓緊螺桿均按圖紙套上撐管，均勻擰緊全部螺母，按照圖紙要求給鐵心表面加壓到1.96 MPa，M16 螺母擰緊力矩為160.7 N·m，M48 螺母擰緊力矩為964.3 N·m，壓緊后第40 段高度為1 433.1 mm，測量并調整鐵心內徑和高度。校核中心測圓柱的準確度，上、中、下各分12 點以上測量鐵心的內徑并做好記錄，如不符合規定，則拆除預壓裝置，進行修正（拉塊移動后需重新點焊）。

4）最后兩段鐵心疊壓。

拆除鐵心第三次預壓的裝置，清除表面的污物，開始疊裝第40 段鐵心最后一層絕緣墊片和通風槽板，然后以1/2 搭接方式疊裝最后兩段鐵心，每段先疊一層端板，最后墊一層絕緣墊板，各扇形片緊靠導向鍵，疊壓過程中根據第三次預壓情況調整鐵心高度，最后兩段鐵心疊裝時和第1、2 段采用相同的方法進行。

當鐵心疊完后，進行最終壓緊。預壓前測量鐵心的徑向水平度，根據現場情況加入調整墊片。用整形棒先進行整形，將槽樣棒全部打入槽內，使其緊靠槽底，上端露出鐵心50~60 mm。安裝上齒壓板，調整壓指中心與沖片齒中心重合，安裝碟形彈簧、調整螺桿和臨時螺桿等壓緊裝置，旋緊拉緊螺桿上端螺母，按照圖紙要求逐步給鐵心表面加壓到1.47 MPa，M16 螺母擰緊力矩為50.1 N·m，M48 螺母擰緊力矩為1 854.9 N·m，壓緊后鐵心高度為1 506 mm，測量并調整鐵心內徑和高度應符合設計圖紙及規范要求。

拆除臨時壓緊裝置，擰緊拉緊螺桿下部螺母，對稱把緊拉緊螺桿上部螺栓，將碟形彈簧壓緊至圖紙指定高度，同時調整齒壓板外側頂絲，將齒壓板調平。

2.4 定子鐵心拉緊螺桿拉塊焊接及清掃

（1）在拉塊和鐵心之間裝入楔子板，脹緊拉塊。在拉塊焊接區域采用石棉布和薄鐵皮對定子鐵心進行防護，防止焊接時損壞鐵心，做好鐵心的防護措施后，由焊工按下圖A、B、C、D 的順序對稱焊接，按照下圖中拉塊部位①、②、②’的順序順時針對稱焊接，先進行點焊（點焊時注意焊縫收縮位移），全部點焊完成后拆除導向鍵與角鋼的連接螺栓，拔出導向鍵，同時取出導向鍵與機座環板之間的角鋼和墊片。

（2）按同樣的方法分三道滿焊拉塊，焊接時監測鐵心內徑的變化。

圖1 焊接示意圖

（3）檢查定子疊片尺寸合格后，拆除所有槽樣棒等，清除多余的環氧膠，清理干凈定子內雜物，清理好鐵心。

（4）在疊裝平臺上進行定子鐵心磁化試驗，合格后在熱態的情況下將拉緊螺桿的下螺母再擰緊一次，同時調整蝶簧高度滿足圖紙要求，以確保鐵心裝壓質量，螺母按照設計圖紙要求進行點焊或焊接止動角鋼。

（5）根據圖紙要求焊接其他部位的蓋板，按圖紙要求對鐵心槽部噴涂半導體漆。

3 定子現場組裝的質量控制

3.1 定子沖片質量控制

定子沖片按照圖紙要求進行分類，擺放時一定要注意將同種規格的沖片放置在一起，按照現場疊片的先后順序進行沖片碼放，沖片的正反面方向要一致。

3.2 定子疊片方向質量控制

定子沖片疊裝按照半疊壓方式進行，每層疊18張沖片，每層之間錯開半張沖片，疊裝時正反面一致，邊疊邊進行整型。

3.3 定子沖片壓緊及鐵心圓度的質量控制

每次定子鐵心預壓都要沿圓周方向對稱、有序進行，分3 次逐步增大壓緊力。內外壓緊螺桿均勻受力，最終達到壓緊的扭矩，在預壓前后均要對定子鐵心高度及圓度進行測量，以便在后續的疊裝過程及時調整鐵心的高度及圓度，保證預壓后鐵心高度、圓度、半徑等符合圖紙及規范要求。

4 結束語

水輪發電機定子鐵心的組裝是水輪發電機組現場組裝的重要組成部分，對定子鐵心疊片組裝工作中的每一個工序都要嚴格要求，嚴格控制，最終才能保證定子鐵心的組裝質量[1-3]古瓦水電站定子鐵心的現場組裝施工工藝控制較好，定子疊片組裝工作結束后進行了定子磁化試驗，試驗結果滿足設備圖紙及規范要求，從而保證了整個機組的安裝質量，經過機組試運行和投產運行的檢驗，定子的運行質量良好。