1000MW級(jí)循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)

顧海芳，蔣建軍

（1.上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240；2.上海電機(jī)學(xué)院 上海 200240 ）

1 引言

當(dāng)前，大型火電廠新上馬的項(xiàng)目都是1000MW級(jí)，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委的精神，認(rèn)為國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的電機(jī)制造業(yè)完全有能力制造出1000MW級(jí)電站輔機(jī)，沒(méi)有必要再?gòu)膰?guó)外進(jìn)口，這樣可以為國(guó)家節(jié)省大量的外匯。國(guó)外進(jìn)口電機(jī)的缺點(diǎn)是不僅價(jià)格昂貴而且交貨周期長(zhǎng)。更為離譜的是，它們的備件價(jià)格有時(shí)往往要抵一臺(tái)電機(jī)的價(jià)格。正是在這種以國(guó)產(chǎn)電機(jī)替代進(jìn)口電機(jī)的大背景下，上海電機(jī)廠有限公司抓住了這個(gè)有利的機(jī)遇，組織技術(shù)骨干大力研發(fā)了1000MW級(jí)電廠循環(huán)水泵配套用大型立式籠型異步電動(dòng)機(jī)。1000MW 級(jí)電廠循環(huán)水泵配套用大型立式籠型異步電動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)是從以往生產(chǎn)的300MW和600MW級(jí)火電廠配套電機(jī)的基礎(chǔ)上加以開(kāi)發(fā)并且從中優(yōu)化改進(jìn)而來(lái)的，有著成熟的生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

2 電機(jī)設(shè)計(jì)

2.1 主要部件設(shè)計(jì)

機(jī)座結(jié)構(gòu)采用不對(duì)稱八邊形焊接結(jié)構(gòu)，如圖1所示。機(jī)座鐵心部分兩機(jī)壁之間再加一道中壁，與鐵心中的弧形板形成整體。這種結(jié)構(gòu)比早年開(kāi)發(fā)的四邊形結(jié)構(gòu)更加平穩(wěn)，剛性得到大大改善，外觀上更加漂亮，更加方便用戶安裝電機(jī)。這種改進(jìn)既保證電動(dòng)機(jī)的通風(fēng)效果，又不增加機(jī)座的重量，卻可以大大增加機(jī)座的剛性。

圖1 機(jī)座結(jié)構(gòu)

在轉(zhuǎn)子兩端沿著壓圈內(nèi)徑結(jié)合焊筋軸進(jìn)行封焊（如圖2所示，序號(hào)1、2、3位封板），迫使從焊筋軸這邊的進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速大大提高，這種改進(jìn)在轉(zhuǎn)子外徑大、極數(shù)多的電機(jī)上得到了很好的應(yīng)用，試驗(yàn)證明溫升能降低10～15K。

2.2 推力軸承的選用

推力軸承為先進(jìn)的圓柱形推力瓦，它優(yōu)于過(guò)去的扇形瓦，瓦體工作表面澆鑄錫基巴氏合金，圓柱形推力瓦與承板之間，加墊碟形彈簧支承，以保證推力負(fù)荷的均勻分配，并克服了傳統(tǒng)的推力軸承需人工調(diào)整平面的麻煩，使安裝調(diào)試變得更方便，且減少了因裝配偏差而引發(fā)的燒瓦事故。

圖2 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)

2.2.1 導(dǎo)瓦部分

軸承導(dǎo)瓦體由鍛鋼制成，滑動(dòng)表面澆鑄錫基巴氏合金，在需要時(shí)導(dǎo)瓦也可以個(gè)別地進(jìn)行更換。由于采用了帶有刻度的微調(diào)裝置來(lái)調(diào)整導(dǎo)瓦，所以在試運(yùn)行和安裝過(guò)程中，它可改變導(dǎo)瓦的彈性和油膜的阻尼特性，從而將改變與轉(zhuǎn)軸撓度有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速，因此個(gè)別調(diào)整導(dǎo)瓦時(shí)必須考慮機(jī)器內(nèi)部轉(zhuǎn)子中心產(chǎn)生的偏移。

對(duì)大型立式電機(jī)而言，承受較大軸向推力的推力軸承的發(fā)熱問(wèn)題一直是電機(jī)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，在運(yùn)行中軸承發(fā)生的熱損耗，由油箱內(nèi)附加的冷卻水管通過(guò)循環(huán)水帶走。潤(rùn)滑油通過(guò)支架上設(shè)計(jì)的溝槽流入承板與支架擋油筒之間，分別進(jìn)入推力瓦、導(dǎo)軸瓦工作面，之后從導(dǎo)軸承座上出油孔流出，將軸承的運(yùn)行溫度控制在較低水平從而保證電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。在防止軸承漏油方面，有著成熟的設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用特殊設(shè)計(jì)的潤(rùn)滑油密封結(jié)構(gòu)，徹底杜絕了軸承的漏油現(xiàn)象。軸承的油密封結(jié)構(gòu)綜合了德國(guó) RENK公司與英國(guó)MICHAL公司的油封設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)；為防止軸承室氣壓高于殼體外大氣壓而造成的油氣外逸，采用了油密封結(jié)構(gòu)及加裝呼吸器的雙重油封結(jié)構(gòu)。

2.2.2 安裝要點(diǎn)

（1）第一步先將蓋板螺釘擰下，將蓋板連同軸罩一起取下；第二步將導(dǎo)瓦座上的測(cè)溫元件擰下，然后將導(dǎo)瓦座上的密封組件及緊固件取出，先擰松刻度套上兩只止動(dòng)螺釘，然后擰松調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，將導(dǎo)瓦取出，再將導(dǎo)瓦座取出；第三步將推力頭取出，將軸承的其余部分安裝在電機(jī)止口上。

（2）套入推力頭，要緩慢地、小心地套入，防止推力頭碰壞裝在擋油筒上的密封件。 特別注意熱套最高溫度不超過(guò)130℃。

（3）將兩個(gè)圓弧鍵裝入電機(jī)轉(zhuǎn)軸的環(huán)形槽內(nèi)，用螺釘緊固好(或用其他鎖緊裝置緊固好)。

（4）先找軸承中心，調(diào)整導(dǎo)瓦和推力頭，使它們處在軸承中心位置，然后用手或扳手逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)導(dǎo)瓦調(diào)整螺釘，保證導(dǎo)瓦單邊間隙為0.1～0.18mm。

（5）裝推力瓦、導(dǎo)軸瓦的測(cè)溫元件。

3 工藝制造方案

（1）機(jī)座：定子機(jī)座焊接件將采用數(shù)控6.3m立式車床加工。為保證鐵心內(nèi)圓與機(jī)座二端止口同心及機(jī)座二端面與內(nèi)圓的垂直，待鐵心套入機(jī)座后將以鐵心內(nèi)圓為基準(zhǔn)校準(zhǔn)，車正二端止口和端面。

（2）定子鐵心：定子鐵心沖片為扇形片外壓裝結(jié)構(gòu)。沖片將使用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的德國(guó)引進(jìn)的數(shù)控自動(dòng)休樂(lè)360t或萬(wàn)家頓400t沖床制造。沖片在壓裝工具內(nèi)疊片，用定位桿與扇形片的外圓缺口配合定位，定位桿事先校垂直度。疊片時(shí)使用同一吊沖片，避免各吊沖片漆膜不均勻造成鐵心傾斜，且注意壓圈及標(biāo)記孔位置。同時(shí)在疊至50mm高度后按每拼2根定位棒放置，每疊完一檔應(yīng)檢查每檔長(zhǎng)度不超過(guò)名義尺寸的±1mm,并注意與前幾檔疊片尺寸互補(bǔ)，檢查槽形及鐵心內(nèi)徑應(yīng)符合圖紙要求。

（3）定子繞組與裝配：上海電機(jī)廠有限公司具有亞洲最先進(jìn)的電機(jī)線圈制造設(shè)備，包括從加拿大引進(jìn)的文森特公司的數(shù)控繞線和拉形設(shè)備以及巴特公司的繞包機(jī)器人。每臺(tái)電機(jī)在嵌線前將預(yù)裝端箍和支架，然后試嵌一只線圈，再固定端箍和支架。定子嵌線和線圈端部綁扎將按上海電氣電機(jī)廠有限公司工藝守則0A961.016和0A624.002要求進(jìn)行。

（4）定子：在定子機(jī)座精加工（保證其垂直度和同心度）后，裝擋風(fēng)圈、接電纜線。推力軸承座中的定位銷孔在機(jī)座精加工后，與機(jī)座配鉆。

（5）轉(zhuǎn)子：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠材料采用銅排結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)電桿在槽內(nèi)需要做槽內(nèi)固定以防止松動(dòng)。上海電機(jī)廠有限公司將采用數(shù)控轉(zhuǎn)子滾擠設(shè)備按圖樣和文件要求保證每根導(dǎo)電桿在槽內(nèi)的緊度和深度一致。轉(zhuǎn)子導(dǎo)電桿與端環(huán)焊接采用中頻焊接工藝，使用ISOLAR焊接機(jī)。導(dǎo)電桿與端環(huán)裝配焊接后轉(zhuǎn)子將經(jīng)過(guò)浸漆工藝，然后車轉(zhuǎn)子鐵心外圓、端環(huán)外圓及端面并裝風(fēng)扇后做動(dòng)平衡。轉(zhuǎn)子超速按最高工作轉(zhuǎn)速的1.2倍，在電機(jī)總裝試驗(yàn)時(shí)同時(shí)進(jìn)行。

（6）轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心為扇形片壓裝。沖片將使用德國(guó)引進(jìn)的數(shù)控自動(dòng)休樂(lè)360t或萬(wàn)家頓400t沖床制造。轉(zhuǎn)子沖片壓裝采取外壓裝內(nèi)定位。鐵心疊至中間加壓一次，鐵心加熱熱套軸后在熱態(tài)下再次扳緊螺母，鐵心冷至室溫后連同轉(zhuǎn)軸擱平，導(dǎo)電桿穿籠后在順數(shù)、倒數(shù)第二檔鐵心處脹籠。用清洗劑清洗導(dǎo)電桿和端環(huán)焊接部，涂上糊狀釬劑后銀焊。

（7）軸：轉(zhuǎn)子鍛件在粗加工后將經(jīng)過(guò)超聲波探傷。然后將立筋采用埋弧焊工藝焊在軸上。整個(gè)焊接過(guò)程將按上海電氣電機(jī)廠有限公司 0A961.124工藝守則進(jìn)行。焊筋后修磨焊縫并經(jīng)熱處理除應(yīng)力和磁粉探傷。軸將在重型數(shù)控車床上加工，粗精車各檔尺寸。各工序間將有合適的防銹處理。

4 試驗(yàn)結(jié)果

在電機(jī)總裝結(jié)束以后，需對(duì)電機(jī)進(jìn)行出廠試驗(yàn)，確認(rèn)電機(jī)的機(jī)械性能并對(duì)電機(jī)的電氣性能進(jìn)行測(cè)量，以保證電機(jī)的性能達(dá)標(biāo)。試驗(yàn)項(xiàng)目見(jiàn)表1。

5 應(yīng)用情況

已經(jīng)開(kāi)發(fā)的循環(huán)水泵配套用大型立式籠型異步電動(dòng)機(jī)近三年取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益（按商務(wù)部采購(gòu)合同計(jì)算累計(jì)）。2006年年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值1.5億元、2007年年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值1.2億元、2008年年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值1.9億元。近期已應(yīng)用于：

（1）與奧地利安德利茨公司在北侖港電廠2×1000MW 循環(huán)水泵配套電動(dòng)機(jī)上的合作，規(guī)格為YLKS1400-20，3800kW，20P，6kV電動(dòng)機(jī)。

（2）與無(wú)錫日立泵有限公司在天津北疆發(fā)電廠2×1000MW 超超臨界燃煤機(jī)組的循環(huán)水泵配套電動(dòng)機(jī)的合作，規(guī)格為YLKS1600-18，6100kW，18P，10kV電動(dòng)機(jī)。

（3）與無(wú)錫日立泵有限公司在華能金陵電廠二期工程 2×1030MW 超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組循環(huán)水泵配套電動(dòng)機(jī)的合作，規(guī)格為：YLKS1250-20，3600kW，20P，6kV電動(dòng)機(jī)。

6 結(jié)論

（1）機(jī)座從傳統(tǒng)的四邊形焊接結(jié)構(gòu)，做成不對(duì)稱八邊形焊接結(jié)構(gòu)，既美觀又保證電動(dòng)機(jī)通風(fēng)效果。

（2）轉(zhuǎn)子兩端沿著壓圈內(nèi)徑結(jié)合焊筋軸進(jìn)行封焊，有效降低溫升。

表1 試驗(yàn)項(xiàng)目

一般技術(shù)性能指標(biāo)

1000MW 級(jí)循環(huán)水泵配套用立式籠型異步電機(jī)的成功開(kāi)發(fā)，預(yù)示著國(guó)產(chǎn)電機(jī)完全能夠替代進(jìn)口電機(jī)，由此打開(kāi)了國(guó)內(nèi)1000MW級(jí)火電廠輔機(jī)配套的電動(dòng)機(jī)市場(chǎng)，逐步使上海電機(jī)廠有限公司的循環(huán)泵電機(jī)在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)取得領(lǐng)先地位，并逐步向國(guó)際市場(chǎng)延伸。