350 MW發(fā)電機(jī)定子電屏蔽環(huán)加工及裝配研究

尹海濤

摘 要：為了350 MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)定子電屏蔽環(huán)生產(chǎn)的順利進(jìn)行，電屏蔽環(huán)極容易變形，使制造過(guò)程很困難。本文簡(jiǎn)要探討了屏蔽環(huán)的加工及裝配工藝方案。

關(guān)鍵詞：空冷汽輪發(fā)電機(jī) 電屏蔽環(huán)的作用 銅板

中圖分類(lèi)號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（a）-0140-01

根據(jù)國(guó)家對(duì)發(fā)電設(shè)備行業(yè)“上大壓小”的調(diào)控政策實(shí)施，各個(gè)發(fā)電設(shè)備制造廠都進(jìn)行了產(chǎn)品的升級(jí)換代，提升了產(chǎn)品的單機(jī)容量。南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研制了350 MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)，并于2008年6月完成了首臺(tái)350 MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)的制造。定子在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)屏蔽環(huán)變形量大，對(duì)后續(xù)的裝配過(guò)程造成了嚴(yán)重的影響。為此，進(jìn)行此項(xiàng)專(zhuān)題研究。

定子的電屏蔽環(huán)在大型的汽輪發(fā)電機(jī)上使用比較普遍，原理性的描述很多，可以總結(jié)為：大型汽輪發(fā)電機(jī)一般都是兩級(jí)，因此線圈端部長(zhǎng)，所以定子線圈端部存在一個(gè)比較大的旋轉(zhuǎn)漏磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子線圈端部也存在一個(gè)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的漏磁場(chǎng)。以上兩個(gè)磁場(chǎng)會(huì)合成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，合成磁場(chǎng)作用到定子端部使端部各零部件附加損耗增大。附加損耗主要是合成漏磁通引起的渦流損耗。渦流損耗會(huì)引起定子端部溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞定子端部各零部件，特別是壓圈。如果壓圈損壞就需要更換壓圈，這樣會(huì)造成整臺(tái)定子都需要拆散修理，因此需要保護(hù)好定子端部的零部件，特別是壓圈。定子端部漏磁通是合成漏磁場(chǎng)的主要成分，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的端部漏磁通相比較而言就輕微一些。因此主要考慮消除定子端部漏磁對(duì)定子端部的影響。一般的措施有以下幾點(diǎn)。

（1）縮短端部繞組尺寸。

（2）端部零部件盡量采用非金屬材料或非磁性材料。

（3）端部鐵芯設(shè)計(jì)成階梯型。

（4）端部鐵芯開(kāi)槽。

（5）由于端部采用階梯鐵芯后，壓圈處的漏磁會(huì)增加。因此采用壓圈外加電屏蔽環(huán)，利用屏蔽環(huán)內(nèi)的渦流阻止漏磁進(jìn)入壓圈內(nèi)圓，使壓圈內(nèi)圓的漏磁分散，防止壓圈局部高溫。

所以總的原理就是：為了減少漏磁對(duì)定子端部的影響，需要將端部設(shè)計(jì)成階梯型。定子端部設(shè)計(jì)成階梯型，就需要保護(hù)壓圈，因此需要用到電屏蔽環(huán)包裹壓圈或者壓圈本身設(shè)計(jì)成鋁壓圈、鑄鐵等。壓圈是鐵芯的壓緊裝置，需要比較高的機(jī)械強(qiáng)度，所以一般生產(chǎn)制造廠家都選用鍛鋼?；旧洗笾行偷钠啺l(fā)電機(jī)都采用了鍛鋼壓圈，因此需要在在壓圈外包裹電屏蔽環(huán)。我們350 MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)的鐵芯壓圈就采用了鍛鋼壓圈，外面包裹銅板電屏蔽環(huán)來(lái)保護(hù)。

相對(duì)于電屏蔽環(huán)的原理說(shuō)明，電屏蔽環(huán)的加工和裝配工藝過(guò)程的說(shuō)明就很少了。在總結(jié)了小機(jī)組屏蔽環(huán)的加工工藝過(guò)程以及查閱了一些相關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍之后，為了達(dá)到保護(hù)壓圈的目標(biāo)，350 MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)定子電屏蔽環(huán)采用12 mm銅板加工而成。從節(jié)省成本的角度考慮，工藝過(guò)程為6塊方形銅板切割成扇形然后拼焊成一個(gè)同心圓環(huán)，再上車(chē)床加工內(nèi)、外圓到圖紙尺寸，同時(shí)加工出固定孔以及包壓圈的斜面。

這樣的加工工藝過(guò)程比較簡(jiǎn)單，弱點(diǎn)也比較明顯。最大的不足是后續(xù)的裝配過(guò)程中，固定孔的位置與壓圈上螺紋孔的位置相差懸殊，造成裝配困難。很多時(shí)候需要將固定孔再加工，加工過(guò)程是不規(guī)則的實(shí)配加工，加工過(guò)程相當(dāng)?shù)睦щy，且屏蔽環(huán)的最終外表面很不美觀。

為了解決問(wèn)題，我們進(jìn)行深入探討與研究。裝配的難點(diǎn)就是固定孔位置很難對(duì)準(zhǔn)，位置不準(zhǔn)的原因是有兩點(diǎn)。

（1）屏蔽環(huán)變形引起的。變形的原因是因?yàn)椴牧系臋C(jī)械性強(qiáng)度不足，加工、運(yùn)輸?shù)仍斐闪俗冃?。選擇銅板作為屏蔽環(huán)的材料是為了滿足電屏蔽效果，保護(hù)護(hù)環(huán)內(nèi)圓。銅材的導(dǎo)電性好，但機(jī)械強(qiáng)度略顯欠缺，加工裝配、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中容易變形。

（2）屏蔽環(huán)的加工是水平加工，裝配時(shí)采用垂直裝配。垂直裝配時(shí)，由于壓圈的彈性形變以及夾裝過(guò)程中的夾角，造成了一定的錯(cuò)位。

針對(duì)具體原因，我們通盤(pán)考慮，從加工到裝配整體改進(jìn)。

首先是大局調(diào)整，裝配方式由垂直裝配改為水平裝配。裝配的工藝點(diǎn)由下線區(qū)域改為疊壓區(qū)域。改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)明顯，能夠使裝配狀態(tài)盡量的符合加工狀態(tài)，減少壓圈彈性變形和夾裝過(guò)程中的錯(cuò)位，同時(shí)也方便位置調(diào)整。缺點(diǎn)就是需要增加下線區(qū)的二次裝配。二次裝配主要是裝配定子端部的其他零部件。屏蔽環(huán)基本不需要調(diào)整了。

其次是加工方式的微調(diào)。加工過(guò)程改為切割、退火、焊接、拍平、劃線、預(yù)打孔、打孔、擠壓、割去殘料、復(fù)裝等。具體工序過(guò)程有以下幾方面。

（1）將毛料（方形）劃扇形加工線，用焊鉅切割成扇形，打磨焊接坡口。

（2）高溫退火，降低銅板的硬度。

（3）將6塊扇形擺放成圓環(huán)狀，調(diào)整位置，焊接成整個(gè)圓環(huán)。

（4）拍平。將已經(jīng)成型的屏蔽環(huán)擺放到平板上用重物壓平，以減少劃線的誤差。

（5）劃線。在平板上找到屏蔽環(huán)的中心（兼顧內(nèi)外圓），按圖紙要求劃固定孔的位置線。

（6）屏蔽環(huán)上手工預(yù)打M12的工藝螺紋孔，螺紋孔是用來(lái)轉(zhuǎn)運(yùn)和起吊用的。之前的轉(zhuǎn)運(yùn)和起吊可以之間用鋼絲繩垂直起吊和轉(zhuǎn)運(yùn)，拍平之就要水平起吊了。

（7）水平起吊屏蔽環(huán)去加工固定孔，孔加工過(guò)程中要去掉已經(jīng)存在的M12工藝螺紋孔。

（8）用螺栓固定好屏蔽環(huán)，擠壓屏蔽環(huán)加工出與壓圈匹配的斜面，達(dá)到圖紙要求。

（9）加工內(nèi)、外圓，去除多余的殘料。

（10）復(fù)裝屏蔽環(huán)到壓圈上。吊屏蔽環(huán)到疊壓區(qū)域，屏蔽環(huán)隨壓圈一起疊壓。疊壓結(jié)束后，屏蔽環(huán)隨鐵芯一起吊到下線區(qū)域，裝配端部零部件，完成定子裝配。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)反復(fù)的討論和細(xì)化，按上述工藝方案加工、裝配出來(lái)的屏蔽環(huán)，尺寸符合圖紙要求，表面清潔光滑，圓滿完成了既定的研究任務(wù)，確保了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。需要注意的是，電屏蔽環(huán)與壓圈之間需緊密接觸，確保兩者之間不會(huì)有電火花。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪耕，李希明.大型汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2012.