富春江電廠1號機(jī)組改造發(fā)電機(jī)定子鐵心安裝

潘曉豪

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 麗水 323000）

富春江電廠1號機(jī)組改造發(fā)電機(jī)定子鐵心安裝

潘曉豪

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 麗水 323000）

介紹了富春江水電廠低水頭、低轉(zhuǎn)速、大直徑發(fā)電機(jī)組改造的定子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝中心的確定，以及機(jī)坑內(nèi)定位筋安裝、定子鐵心疊裝的施工工藝、質(zhì)量控制要點(diǎn)等，供類似工程參考。

富春江電廠；機(jī)組改造；定子鐵心；安裝

1 概述

富春江水電廠位于浙江省桐廬縣錢塘江干流富春江上，電站的主要任務(wù)是發(fā)電，共裝設(shè)6臺60 MW軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組，為華東電網(wǎng)主力調(diào)峰、調(diào)頻電站之一，同時(shí)兼有航運(yùn)、灌溉、漁業(yè)等綜合利用效益。富春江水電廠1號水輪發(fā)電機(jī)組是上世紀(jì)50年代原蘇聯(lián)制造產(chǎn)品，該機(jī)組自1968年投運(yùn)至今，已經(jīng)服役40多年，其水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)代表上世紀(jì)50年代的蘇聯(lián)水平，雖然經(jīng)過歷次的大修，但并未從根本上解決機(jī)組存在的問題，機(jī)組仍然存在機(jī)組中心偏差大、定子振動大、鐵芯變形嚴(yán)重、轉(zhuǎn)輪漏油等缺陷，直接威脅著電廠的安全經(jīng)濟(jì)發(fā)供電和系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1號機(jī)組于2016年完成了機(jī)組整體改造，拆除了老機(jī)組定子，在機(jī)坑內(nèi)安裝新的定子機(jī)座，并進(jìn)行疊片下線。發(fā)電機(jī)設(shè)備由浙富水電制造，水輪機(jī)由VOITH公司制造。

2 發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本次發(fā)電機(jī)技術(shù)改造的范圍除基礎(chǔ)不改，其他均在改造范圍內(nèi)。改造后的定轉(zhuǎn)子中心高程下移50mm。定子機(jī)座為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，采用大齒壓板結(jié)構(gòu)，壓指焊接在下大齒壓板上。定子機(jī)座分三瓣，在工地組焊成一體。上下壓指均為非磁性材料。定子鐵心采用50WW270硅鋼片，定子鐵心內(nèi)徑φ13020mm。鐵心段兩端的端板采用鐵損小，點(diǎn)焊性能優(yōu)良的0.7mm厚DWK2硅鋼片。每段鐵心的兩端設(shè)有絕緣片，杜絕鐵心段間的渦流，以防鐵心局部過熱。定子繞組為雙層桿式波繞組、2支路星形連接。

3 定子機(jī)座組裝和測圓架安裝

測量定子基礎(chǔ)板高程，根據(jù)基礎(chǔ)板實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算確定12只支墩二次加工厚度，每塊支墩打上鋼印加工后進(jìn)行安裝。定子機(jī)座分三瓣運(yùn)至廠房后，清理打磨組合縫，根據(jù)定子的方位將三瓣機(jī)座分別吊入機(jī)坑和支墩把合后組成整體，緊固組合螺栓。在機(jī)座上方布置鋼梁安裝求心器掛鋼琴線，以轉(zhuǎn)輪中心為基準(zhǔn)調(diào)整機(jī)座中心和圓度，在機(jī)座外側(cè)和風(fēng)罩墻之間設(shè)立千斤頂配合調(diào)整，測量位置為壓指立面，機(jī)座中心驗(yàn)收合格后先不拆卸千斤頂，機(jī)座支墩和基礎(chǔ)板焊縫焊接完成后再松去千斤頂。調(diào)整好后焊接機(jī)座組合縫，無損檢測合格后，對稱焊接定子機(jī)座支墩和基礎(chǔ)板焊縫。

用求心器將轉(zhuǎn)輪室中心點(diǎn)（即機(jī)組中心4個(gè)點(diǎn)）引到定子機(jī)座環(huán)板上標(biāo)定，在下機(jī)架上安裝定子測圓架中心柱，以環(huán)板上的基準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)，測量中心柱直徑，調(diào)整中心柱中心，并調(diào)整垂直度，垂直度不大于0.02 mm/m,調(diào)整合格后鎖緊全部調(diào)節(jié)螺桿，安裝測圓架支臂并配重調(diào)整好水平度。由于定子鐵心組裝測量數(shù)據(jù)多，測量時(shí)間長，測圓架中心柱垂直度在定位筋安裝和鐵心疊片過程中隨時(shí)復(fù)查，確保每次半徑測量的準(zhǔn)確性。在測圓架上安裝百分表測量鐵心壓指圓周波浪度，并打磨處理，波浪度不大于2mm。

4 定位筋安裝

4.1 基準(zhǔn)定位筋的安裝

基準(zhǔn)定位筋是所有定位筋安裝的基準(zhǔn)，將1號定位筋作為基準(zhǔn)，選+Y方向鴿尾筋為1號鴿尾筋(兼顧拉緊螺桿孔)，并以此為基準(zhǔn)，按順時(shí)針方向依次編號。安裝時(shí)先選擇一根直線度、平面度最佳的雙鴿尾筋作為基準(zhǔn)筋，裝入預(yù)先裝好的調(diào)筋工具中，再在鴿尾筋周向掛一根鋼琴線，測量、調(diào)整鴿尾筋的周向垂直度。而后使用內(nèi)徑千分尺和測圓架測量，通過擰調(diào)筋工具上的螺釘來調(diào)整1號定位筋內(nèi)徑，使定位筋達(dá)到以下要求：定位筋半徑與絕對尺寸偏差為-0.1～0.1 mm；托塊與環(huán)板的間隙應(yīng)小于0.5 mm；鴿尾筋徑向扭斜小于0.1 mm；鴿尾筋徑向、切向傾斜小于0.05 mm/m。

按要求調(diào)整鴿尾筋達(dá)到要求后，將基準(zhǔn)鴿尾筋的全部托塊搭焊在機(jī)座環(huán)板上，搭焊托塊的兩側(cè)，每側(cè)2處，焊縫長度約為10 mm，焊縫高度為5～6 mm，兩側(cè)要交錯(cuò)焊接。托塊搭焊全部結(jié)束，待焊縫冷卻后拆松調(diào)筋工具，用內(nèi)徑千分尺復(fù)測鴿尾筋徑向、切向傾斜和半徑符合要求，測量基準(zhǔn)為測圓架中心柱，如發(fā)現(xiàn)有超出標(biāo)準(zhǔn)的，則繼續(xù)調(diào)整鴿尾筋。

4.2 安裝19等分定位筋

（1）采用“大等分弦距”的方法進(jìn)行安裝，因定子定位筋半徑較大（6 738.5 mm），采用“相對弦距”法平均其每跨弦距?？偣?14根鴿尾筋進(jìn)行19等分，以1號鴿尾筋（+Y方向）為基準(zhǔn)，19等分鴿尾筋編號順時(shí)針依次為1號—7號—13號—19號以此類推至109號。

（2）安裝時(shí)，選1號基準(zhǔn)筋筋面正中點(diǎn)作為中心柱測量基準(zhǔn)點(diǎn)，內(nèi)徑千分尺測量基準(zhǔn)點(diǎn)絕對尺寸，并記錄數(shù)據(jù)。調(diào)整過程中遵循“先半徑，后弦距”循環(huán)往復(fù)的方式，直至半徑和弦距都符合要求。

（3）以1號基準(zhǔn)鴿尾筋為基準(zhǔn)，用中心柱測量其余大等分18根鴿尾筋搭焊內(nèi)徑相對1號基準(zhǔn)筋測量基準(zhǔn)點(diǎn)的相對值，相對值小于0.05 mm。

（4）同時(shí)調(diào)整第一環(huán)（從上往下）和第三環(huán)第一跨距（1號—7號），第一跨用內(nèi)徑千分尺，其余用自制弦距測量工具，測量每跨鴿尾筋水平弦距相對值，以提高鴿尾筋安裝效率。各弦距偏差應(yīng)在±0.3 mm以內(nèi)，在同一跨距內(nèi)上下弦距允差應(yīng)小于0.1 mm。

（5）全部調(diào)整測量合格后，用調(diào)筋工具將鴿尾筋固定在環(huán)板上，全部托塊搭焊在環(huán)板上。搭焊托塊的兩側(cè)，每側(cè)2處，焊縫長10 mm，焊縫高5～6 mm，兩側(cè)交錯(cuò)點(diǎn)焊。

（6）第一環(huán)和第三環(huán)鴿尾筋搭焊完畢后，再調(diào)整大等分鴿尾筋第二環(huán)和第四環(huán)的半徑和弦距。

（7）托塊搭焊結(jié)束后，拆松調(diào)筋工具。用內(nèi)徑千分尺、中心柱復(fù)測鴿尾筋水平弦距，各弦距偏差在±0.3mm以內(nèi)，同一跨距內(nèi)上下弦距偏差小于0.1mm。

（8）由于調(diào)整工作測量數(shù)據(jù)多，弦距數(shù)據(jù)會隨著環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變化，調(diào)整過程中定期和基準(zhǔn)筋測量數(shù)據(jù)校正。

4.3 安裝大等分區(qū)間內(nèi)鴿尾筋

安裝大等分區(qū)間內(nèi)的其余各定位筋，第一跨距內(nèi)（1號—7號），先安裝4號鴿尾筋，即將此跨距再次平分，以減少累積誤差，半徑和弦距的調(diào)整方式與調(diào)整大等分定位筋時(shí)一樣，待4號鴿尾筋調(diào)整合格后，以同樣的方式點(diǎn)焊托塊。然后再安裝2號、3號、5號、6號鴿尾筋，調(diào)整過程也遵循“先半徑，后弦距”循環(huán)往復(fù)的方式，直至半徑和弦距都符合要求。在這一跨距內(nèi)弦距平分，各鴿尾筋半徑符合要求。重復(fù)第一跨距內(nèi)鴿尾筋的安裝方式，安裝剩余18跨距內(nèi)的鴿尾筋。待全部114根雙鴿尾筋安裝完畢，托塊點(diǎn)焊完后，復(fù)測全部鴿尾筋的半徑和弦距，要求各弦距偏差應(yīng)在±0.3 mm以內(nèi)，同一跨距內(nèi)上下弦距偏差小于0.1 mm。

4.4 托塊滿焊

全部雙鴿尾筋調(diào)整符合要求后，按設(shè)計(jì)規(guī)范滿焊托板于環(huán)板上。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（焊縫為12 mm角焊縫，3邊焊接，見示意圖1）。

圖1 托塊焊接示意圖

考慮到焊接應(yīng)力對半徑和弦距的影響，焊接時(shí)，徑向焊縫應(yīng)離開機(jī)座環(huán)板內(nèi)圓5 mm，徑向焊縫均從機(jī)座中心向外焊接，先滿焊徑向焊縫，全部徑向焊縫焊完后，再焊接周向焊縫，所有周向焊縫焊接順序應(yīng)一致。焊接工藝應(yīng)遵循以下要求：

（1）所有機(jī)座上的徑向焊縫均焊完一層后才可以焊第二層徑向焊縫；所有機(jī)座上的周向焊縫均焊完一層后才可以焊第二層周向焊縫。

（2）焊工在對稱的幾個(gè)工作面上同時(shí)施焊，同一環(huán)板上的各托板，由2名焊工在一根定位筋兩側(cè)同時(shí)施焊，且焊接時(shí)間、速度應(yīng)基本一致，每層焊縫應(yīng)一次焊完。

（3）徑向焊縫每焊完一層，全面檢查每根鴿尾筋的半徑、弦距、扭斜等，做記錄。第一層滿焊后應(yīng)逐根檢查，其余可抽查。根據(jù)徑向第一層滿焊的檢查記錄，在徑向第二層滿焊前，對超差測點(diǎn)鴿尾筋處采取反變形措施。

（4）機(jī)座包括四層環(huán)板，對其從上到下編號為第1、2、3、4層，先焊接中間環(huán)板上的托板，然后上下交替逐環(huán)焊接，具體焊序?yàn)榈?、2、4、1層。每層焊完后，焊渣清理干凈，焊縫不得有裂紋、氣孔、夾渣及咬邊等缺陷。

（5）托塊滿焊完成，冷態(tài)下測量鴿尾筋的內(nèi)徑、扭斜和弦距。各環(huán)板處的鴿尾筋半徑偏差應(yīng)在-0.4～+0.2 mm以內(nèi)，兩相鄰兩鴿尾筋在同一高度上的半徑差值應(yīng)不大于0.1 mm；鴿尾筋的筋面扭斜不超過0.1 mm；鴿尾筋弦距偏差應(yīng)不大于±0.3 mm，累計(jì)偏差不大于0.4 mm。

5 定子鐵心疊片

鐵心整圓由57片組成，共38段，兩端2×24mm，中間36×30 mm，采用半疊壓方式（單片一疊，二分之一搭接方式），具體見圖2：定子鐵心疊裝圖。

圖2 定子鐵心疊裝圖

5.1 鐵心試疊片

根據(jù)鐵心疊裝圖進(jìn)行試疊片，疊片高度20 mm左右，硅鋼片整形后測量檢查半徑，檢查所有硅鋼片齒部和壓指的周向錯(cuò)位，不大于1 mm，對超差的部分壓指校正處理。

5.2 疊壓第一段鐵心

（1）拆除下環(huán)板上鴿尾筋與托板之間先前打緊的楔塊。以后隨著疊片高度的增加，逐個(gè)拆除楔形塊。第一段鐵心有定子沖片大約40層、端板3層、絕緣墊片4層和1層通風(fēng)槽板。

（2）疊第一圈端板。該端板為雙面不涂漆的δ0.7板。疊片時(shí)，端板應(yīng)緊靠導(dǎo)向鍵，接縫對準(zhǔn)小壓指，并調(diào)整好端板齒與壓指中心位置。

（3）在端板的上表面齒部涂環(huán)氧膠，往上疊一層0.2厚絕緣墊片，然后在絕緣墊片的上表面齒部涂環(huán)氧膠，以半疊壓方式疊第二層0.7厚端板，上表面齒部涂環(huán)氧膠。如此重復(fù)直至插入三層絕緣墊片為止。環(huán)氧膠組成：環(huán)氧樹脂E-44，聚酰胺固化劑H-4，稀釋劑501，配比為100:75:5。

（4）在第三層絕緣墊片上表面涂環(huán)氧膠，以1/2搭接方式往上疊0.5厚定子沖片，然后在沖片的上表面齒部涂環(huán)氧膠。

（5）第一段鐵心沖片除上部絕緣墊片和通風(fēng)槽板齒部全部涂環(huán)氧膠。

（6）疊完第一段鐵心后，用整形棒整形，并均勻塞入槽樣棒以固定槽形，每張扇形各2根，各扇形片徑向須緊靠雙鴿尾鍵。

5.3 鐵心第一次預(yù)壓

（1）繼續(xù)進(jìn)行第二段和第三段鐵心的疊片，連續(xù)疊至第一次鐵心預(yù)壓高度，在環(huán)氧膠干之前完成第一次預(yù)壓。并隨著疊片的升高抽去定位筋和托板間的楔塊。每段鐵心疊完后用數(shù)字游標(biāo)卡尺測量高度，各段間相互補(bǔ)償，每段偏差不超過設(shè)計(jì)值的±0.5 mm，以此來精確控制鐵心總高度。

（2）當(dāng)鐵心疊高至18段時(shí)進(jìn)行第一次預(yù)壓，預(yù)壓前須將鐵心全部整形一次，槽樣棒不得露出鐵心。

（3）根據(jù)鐵心預(yù)壓圖紙布置油壓千斤頂裝置和上部壓具。壓具與預(yù)壓鐵心段頂部間墊入一層廢沖片，放上臨時(shí)壓板。

（4）插入臨時(shí)螺桿，均勻擰緊全部螺母，利用油泵和油壓千斤頂給鐵心表面逐步加壓至油壓28.1MPa。

（5）保壓測量鐵心半徑圓度，分上、中、下三段面，每個(gè)段面測量16點(diǎn)以上，并記錄。測量鐵心內(nèi)側(cè)（齒部）和外側(cè)的疊片高度，壓緊后的鐵心設(shè)計(jì)高度為635 mm。

5.4 鐵心第二次預(yù)壓

（1）拆除鐵心的預(yù)壓裝置，并清除鐵心表面的污物。繼續(xù)進(jìn)行疊片，每疊完一段，整形一次。槽樣棒應(yīng)跟著逐漸上移，以保證定子槽形的幾何尺寸。

（2）疊第19～37段鐵心，當(dāng)疊片至第三層環(huán)板時(shí)安裝螺桿固定夾，按第一次的壓緊方式裝好千斤頂和托板，裝上正式螺桿，調(diào)整好垂直，螺桿伸出下環(huán)板設(shè)計(jì)長度后，把緊固定夾并鎖緊。

（3）安裝壓具和液壓千斤頂，利用油泵和油壓千斤頂給鐵心表面逐步加壓至28.1 MPa，壓緊后，鐵心設(shè)計(jì)高度為1 319 mm。

（4）同樣校核中心測圓架的準(zhǔn)確度，保壓測量，鐵心上、中、下各均勻分16點(diǎn)以上，測量鐵心的內(nèi)徑，測量鐵心高度，做好記錄。拆去預(yù)壓裝置。

5.5 疊最后一段鐵心和鐵心最終壓緊

（1）疊第37段最后1層絕緣墊片和通風(fēng)槽板。按圖疊最后一段鐵心，并根據(jù)第二次壓緊時(shí)疊片高度調(diào)整最后一段的鐵心高度。

（2）各扇形片徑向須緊靠雙鴿尾鍵，按圖紙?jiān)诟魃刃纹g齒部涂環(huán)氧膠，用整形棒先整形，后打入全部槽樣棒，并使其緊靠槽底，上端露出鐵心50～60mm。

（3）安裝上齒壓板，并調(diào)整壓指的中心與沖片齒中心重合。預(yù)先測量正式螺桿上端墊圈的厚度，做好標(biāo)記和實(shí)測記錄。安裝碟形彈簧、頂絲和臨時(shí)螺桿等壓緊裝置。

（4）旋上拉緊螺桿上端的螺母，利用油壓千斤頂給鐵心表面逐步加壓至28.1 MPa。測量鐵心高度和內(nèi)徑，并測量鐵心的緊度。分57點(diǎn)測量定子鐵心內(nèi)側(cè)（齒部）高度，鐵心設(shè)計(jì)高度為1 350 mm（允許偏差為-2～+5mm），實(shí)測值為1 351～1 353 mm。上、中、下各均勻分16點(diǎn)測定子內(nèi)徑，鐵心設(shè)計(jì)半徑為6 510 mm，實(shí)測最大偏差為+0.46 mm。

（5）擰緊全部拉緊螺桿下端的螺母。拆除所有的臨時(shí)壓緊裝置。用力矩扳手分三次對稱將拉緊螺桿把緊，直到蝶形彈簧壓縮到指定高度。利用齒壓板外側(cè)的頂絲調(diào)整齒壓板的水平度。

（6）定子鐵心整體驗(yàn)收合格后拆除測圓架。

5.6 鐵損試驗(yàn)

（1）鐵損試驗(yàn)

定子鐵心堆疊完成后，安裝試驗(yàn)電纜和溫度計(jì)，進(jìn)行定子鐵心的鐵損試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，測量各部位的溫升情況和鐵心的振動情況，檢查無松動，通風(fēng)溝、定位筋、拉緊螺桿、機(jī)座內(nèi)部無異常聲響。平均單位損耗值為1.407W/kg，最大單位損耗值1.421W/kg，單位鐵損沒有超過設(shè)計(jì)允許值1.43 W/kg，為富春江電廠機(jī)組改造中鐵損參數(shù)最好的一臺機(jī)組。

（2）其余工作

鐵損試驗(yàn)后檢查鐵心拉緊螺桿螺母把緊至碟簧規(guī)定高度，將下端螺母與機(jī)座下環(huán)板點(diǎn)焊牢固，點(diǎn)焊上端螺母止動塊。安裝上齒壓板外側(cè)擋風(fēng)板，整體清理后鐵心槽兩側(cè)噴半導(dǎo)體漆。至此，鐵心疊裝工作完成。

6 結(jié)語

富春江電廠機(jī)組為低水頭，低轉(zhuǎn)速的大直徑機(jī)組，1號機(jī)組發(fā)電機(jī)定子通過整體更換改造后，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)參數(shù)優(yōu)良。本次大直徑定子鐵心機(jī)坑內(nèi)的組裝，充分體會到了不同的機(jī)組制造廠家定子鐵心組裝工藝和工裝有明顯差別。在大等分定位筋安裝過程中，由于等分?jǐn)?shù)量較多，測量數(shù)據(jù)多，測量數(shù)據(jù)受環(huán)境溫度影響明顯，加大了弦距均分難度。鐵心預(yù)壓采用液壓系統(tǒng)整體預(yù)壓，鐵心受力均勻，保證了鐵心半徑和高度的精確控制。富春江電廠機(jī)組更換改造的順利完成，為同類型項(xiàng)目的施工積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

[1]張海燕.桐柏抽水蓄能電廠機(jī)電安裝中的現(xiàn)場工廠模式[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2007（04）.

[2]陶氫.景洪電站機(jī)電安裝施工技術(shù)分析[J].湖南水利水電，2010（01）.

[3]李定中.二灘電站水輪發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)的選擇[J].水力發(fā)電，1997（12）.

TV734.2

B

1672-5387（2017）08-0015-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.005

2017-02-28

潘曉豪（1975-），男，高級工程師，從事水電站機(jī)電施工技術(shù)及工程管理工作。