大華橋水電站水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子組裝工藝

詹維勇，李長耘

(1.華能瀾滄江水電股份有限公司，云南 昆明 650214；2.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100)

瀾滄江大華橋水電站位于云南省怒江州蘭坪縣境內(nèi)，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主。電站正常蓄水位1 477 m，裝機(jī)容量920 MW，多年平均發(fā)電量41.50億kW·h。地下廠房安裝4臺單機(jī)額定功率230 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組。電站以500 kV一級電壓出線4回接入系統(tǒng)，1回至苗尾水電站，另預(yù)留3回500 kV出線間隔。

1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

大華橋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子中心體、支臂、磁軛、磁極及其他附件組成。轉(zhuǎn)子上部與上端軸采用法蘭相連，下部與發(fā)電機(jī)主軸也采用法蘭連接。轉(zhuǎn)子圓盤支架由1個(gè)中心體和5瓣支臂在工地組焊成整體，轉(zhuǎn)子支架的下部設(shè)有40塊制動(dòng)環(huán)。磁軛由3 mm厚單塊重27.8 kg的高強(qiáng)度鐵片在現(xiàn)場疊裝而成并熱套于轉(zhuǎn)子支架外側(cè)，磁軛鐵芯高度為2 020 mm，采用磁軛鍵、調(diào)節(jié)鍵、切向鍵和加強(qiáng)鍵連成整體。磁軛的外側(cè)掛裝60個(gè)磁極。轉(zhuǎn)子最大外徑為Φ13 739.22 mm。

轉(zhuǎn)子磁軛有7層專用通風(fēng)槽片，以利于轉(zhuǎn)子整體通風(fēng)。磁軛壓緊連接螺桿只有兩種規(guī)格，以提高磁軛壓緊螺桿的互換性。磁軛熱套加熱使用履帶式加熱片，加熱片置于磁軛外立面和磁軛底部，該加熱方式可保證了磁軛高效加熱及受熱均勻。磁軛與轉(zhuǎn)子支架采用多種形式的鍵聯(lián)結(jié)：①轉(zhuǎn)子磁軛凸鍵，共計(jì)20組，自立筋底端到頂端全長連接，主要承受徑向力，并可以調(diào)整磁軛的圓度、同心度和垂直度。②轉(zhuǎn)子磁軛副鍵，共計(jì)20對，安裝在磁軛土建兩側(cè)，主要承受切向力。③磁軛加強(qiáng)鍵，共計(jì)40組，用于加強(qiáng)磁軛整體性，同時(shí)在分離轉(zhuǎn)速下，保證磁軛與轉(zhuǎn)子支架的同心度。

2 轉(zhuǎn)子支架組裝、焊接工藝

2.1 轉(zhuǎn)子支架組裝

轉(zhuǎn)子支架組裝步驟如下：

(1)中心體就位。將轉(zhuǎn)子中心體吊放在支墩上，檢查上法蘭面水平度不大于0.03 mm/m，檢查上下法蘭止口的同心度，用螺栓將中心體把緊固定。

(2)測圓架安裝。測圓架為轉(zhuǎn)子組裝的圓度測量工具，必須保證其準(zhǔn)確可靠。調(diào)整測圓架與轉(zhuǎn)子中心體的同心度在0.05 mm內(nèi)，檢查測圓架支臂水平不大于0.02 mm/m；旋轉(zhuǎn)測量支臂一周，用百分表檢查測頭上下跳動(dòng)量不大于0.50 mm，任意一點(diǎn)半徑誤差不大于0.02 mm。

(3)轉(zhuǎn)子支架組裝。按照制造廠廠內(nèi)預(yù)裝標(biāo)記，吊裝第1瓣轉(zhuǎn)子支架扇形支臂，利用千斤頂調(diào)整支架水平，制動(dòng)環(huán)基礎(chǔ)面與中心體下法蘭的高差，初步把緊扇形支臂與中心體的組合塊的螺栓。根據(jù)主立筋的半徑、垂直度的實(shí)測數(shù)據(jù)確定在扇形支臂與中心體的組合塊間的加墊厚度，使立筋的半徑滿足、垂直度滿足廠家設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)子支架組裝調(diào)整尺寸見表1。

表1 轉(zhuǎn)子支架組裝尺寸 mm

從表1可看出，大華橋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架組裝后的轉(zhuǎn)子/推力頭聯(lián)接法蘭與主立筋掛鉤高差及主立筋半徑不滿足要求，主要原因是轉(zhuǎn)子組合塊在廠內(nèi)預(yù)裝時(shí)已焊接定位，因其限制使轉(zhuǎn)子支架拼裝尺寸不能調(diào)整，造成尺寸偏差，但可以在轉(zhuǎn)子支架焊接完成后對掛鉤堆焊或打磨處理。

2.2 轉(zhuǎn)子支架焊接

(1)焊接順序。根據(jù)大華橋機(jī)組轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合制造廠家經(jīng)驗(yàn)，確定轉(zhuǎn)子支架焊接順序?yàn)椋孩俎D(zhuǎn)子中心體與支架腹板間連接板焊接；②圓盤支架上、下扇形板徑向?qū)涌p。

(2)焊接變形控制。隨時(shí)對轉(zhuǎn)子整體進(jìn)行焊前、焊前加固后、焊接過程各階段、焊接后的變形進(jìn)行測量，以此作為調(diào)整焊接順序的依據(jù)。焊接變形監(jiān)測項(xiàng)目包括：轉(zhuǎn)子/推力頭聯(lián)接法蘭與主立筋掛鉤高差、中心體水平、支架下?lián)隙?、主立筋垂直度、主立筋半徑、主立筋弦長等。焊接各階段均進(jìn)行細(xì)致的監(jiān)測：①中心體與支架腹板連接的焊縫，一側(cè)的焊縫全部焊完后測量一次，另一側(cè)焊完后再測量一次；②上、下翼緣板的對接焊縫，完成15%的焊接工作量，背縫清根、并冷卻后測量一次，以后每完成25%的焊接工作量測量一次。當(dāng)焊接過程中出現(xiàn)焊接變形過大時(shí)，立即進(jìn)行原因分析后，采取改變焊接參數(shù)、焊接方向、跳焊順序、焊工人數(shù)，并控制焊接熱輸入量，、控制層間溫度、消應(yīng)等措施以確保尺寸控制精度。

當(dāng)組裝后的焊縫間隙較大時(shí)，采取鑲邊堆焊的方式以減小焊接應(yīng)力對支架幾何尺寸的影響。

2.3 副立筋安裝

(1)測量各主立筋弦距和徑向尺寸，劃線并鉆攻工具把合孔。

(2)安裝配筋測量工具，確定副立筋測量線。

(3)測量與確定副立筋配刨尺寸。

(4)配刨副立筋。調(diào)整刨胎，必要時(shí)刨磨刨胎上平面，使刨胎上平面平面度≤0.05 mm。將副立筋裝夾在刨胎上，根據(jù)配刨尺寸調(diào)整刨胎斜度，粗、精刨副立筋滿足尺寸及粗糙度要求，保證副立筋厚度尺寸δ±0.10 mm，平面度≤0.10 mm。

(5)裝焊副立筋。按標(biāo)記對應(yīng)安裝副立筋并固定，調(diào)整副立筋橫槽高程及切向傾斜度。裝副立筋鍵槽測量工具，調(diào)整副立筋滿足如下要求：弦距偏差≤±0.20 mm，至中心距離偏差≤±0.20 mm，徑向及周向傾斜≤0.15 mm，橫槽高程差≤±1 mm。間隔裝入頂絲，頂絲端面必須頂緊，按要求進(jìn)行塞焊。

3 轉(zhuǎn)子磁軛疊裝工藝

3.1 下壓板調(diào)整及磁軛預(yù)疊

利用磁軛支墩、花籃螺栓調(diào)整轉(zhuǎn)子下磁軛壓板高程、水平及周向波浪度，檢查、處理下磁軛壓板與轉(zhuǎn)子立筋掛鉤間隙，最大不超過0.5 mm。

按磁軛裝配圖和疊片表疊片，疊片至120 mm高時(shí)，放入T尾工具，并在圓周每張沖片孔中插入長、短各2個(gè)疊片銷，插入前潤滑疊片銷，銷子的布置方式為每張沖片的對角方向。檢查磁軛波浪度、徑向高差、圓度。

參照轉(zhuǎn)子磁軛鐵片疊裝圖(圖1)先疊40層沖片，每張沖片為一層，層間相錯(cuò)一個(gè)極距，沖片每疊4層再反向旋轉(zhuǎn)堆疊4層，依此類推。調(diào)整下壓板，使下壓板上拉緊螺桿孔與沖片上拉緊螺桿孔對齊，中心偏差不大于1 mm。為保證磁軛鐵片定位準(zhǔn)確，在螺孔內(nèi)對應(yīng)穿入一半的產(chǎn)品螺桿。

圖1 轉(zhuǎn)子磁軛鐵片疊裝示意

3.2 磁軛疊裝

(1)磁軛分段壓緊。轉(zhuǎn)子磁軛分3次進(jìn)行預(yù)壓，其預(yù)壓高度分別為600、1 200 mm及1 880 mm。利用磁軛疊片臨時(shí)定位銷，在下磁軛壓板上先疊裝1個(gè)節(jié)距的磁軛鐵片，用臨時(shí)定位銷將磁軛螺桿孔調(diào)整對齊。調(diào)整合格后，按要求插入轉(zhuǎn)子磁軛疊片圓柱銷，其中每張磁軛鐵片上插入圓柱銷數(shù)量不得少于2個(gè)，相鄰兩根定位銷插入的方式，定位銷長短交錯(cuò)布置。插入圓柱銷后，檢查調(diào)整該段磁軛的外徑、圓度、同心度和垂直度。按中圈→內(nèi)圈→外圈→中圈順序采用風(fēng)扳機(jī)對稱、逐步預(yù)緊螺栓。安裝工具壓緊螺桿時(shí)應(yīng)避開磁軛定位銷的安裝位置。每段磁軛預(yù)壓時(shí)，在磁軛內(nèi)、外側(cè)的點(diǎn)焊拉筋用于緊固磁軛鐵片，以保持鐵芯緊量和整體圓度。

(2)磁軛最終壓緊及檢查。磁軛沖片全部疊完后，裝上上磁軛壓板，進(jìn)行最后壓緊。測量磁軛圓度、半徑、高度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，拆除下壓板的臨時(shí)固定、拆除磁軛中的長定位銷并安裝產(chǎn)品螺桿，然后把緊螺母。螺桿孔如果有輕微錯(cuò)牙影響螺桿的穿入可用圓拉刀修銑螺桿孔，銑孔時(shí)由內(nèi)向外對稱進(jìn)行，再穿入產(chǎn)品螺桿。用液壓拉伸器逐步對稱加壓擰緊螺栓，直到螺桿伸長量達(dá)到2.465～2.6 mm(預(yù)緊力270～285 kN)，記錄此時(shí)液壓拉伸器的壓力。抽查10%螺栓的伸長量，如果沒達(dá)到要求則加大壓力再次擰緊所有的螺母。用內(nèi)徑千分尺、百分表、測圓架測量磁軛的圓度和外徑并記錄；保證偏心允許值<0.28 mm。計(jì)算疊壓系數(shù)大于0.99。最后進(jìn)行磁軛鍵槽孔拉銑。

3.3 磁軛熱加墊

墊片準(zhǔn)備時(shí)，在磁軛鍵槽頂部、底部，用楔子將磁軛鍵向磁軛鐵芯方向貼緊，測量副立筋槽底和磁軛鍵之間的間隙值并做記錄(注：每個(gè)立筋從上、下各測量一處)。根據(jù)測量的間隙值及設(shè)計(jì)圖紙對熱加墊緊量的要求，同時(shí)兼顧磁軛外圓尺寸，取頂部、底部間隙測量的平均值，計(jì)算出應(yīng)墊墊片厚度的值。

墊片厚度計(jì)算公式為

H=δ+A-B

(1)

式中，H為應(yīng)加墊片厚度，mm；δ為設(shè)計(jì)預(yù)緊量2.984 mm；A為實(shí)測磁軛鍵與鍵槽的徑向間隙；B為圓度或同心度實(shí)測半徑與實(shí)測平均半徑之差。

墊片配備時(shí)，按最終確定的加墊值準(zhǔn)備好每個(gè)磁軛鍵的墊片，厚度偏差控制在±0.05 mm以內(nèi)，做好標(biāo)記放到便于與磁軛鍵點(diǎn)焊在一起的場地上。

3.4 磁軛加溫計(jì)算

磁軛與輪臂的溫差

△t=δ/aR=4/(6060×11×10-6)=60 ℃

(2)

式中，δ為熱加墊需膨脹間隙，由熱打鍵單邊緊量(2.984 mm)和工藝間隙(1 mm)組成；a為磁軛材料的線膨脹系數(shù)，取α=11×10-6，℃；R為輪臂半徑6 060 mm。

電熱總?cè)萘抗浪愎?/p>

P=K△tGC/T

(3)

式中，P為電熱總?cè)萘?，kW；K為保溫系數(shù)，一般取2～4；Δt為計(jì)算溫差，℃；G為磁軛總質(zhì)量244 136 kg；C為磁軛材料比熱容，常取0.5；T為預(yù)計(jì)加熱時(shí)間，s。

將加熱時(shí)間預(yù)定為8 h，保溫系數(shù)取3，比熱容取0.5，則加熱容量為763 kW。實(shí)際加熱時(shí)間為6 h，表明保溫被效果很好。

3.5 磁軛熱加墊

移走轉(zhuǎn)子磁軛下部支墩，但保留立筋下部支墩。在磁軛下方及外圓布置履帶式加熱器，接好電源線，用保溫被罩好，按照確定的溫度進(jìn)行磁軛加熱。保證加熱溫度均勻，不允許局部過熱，每30 min記錄一次溫度，各部溫差小于10 ℃，控制磁軛溫升速度小于10 ℃/h，并根據(jù)磁軛溫升及上、下溫差和膨脹情況，利用溫控柜手動(dòng)適時(shí)投、切磁軛相關(guān)部位的電熱器。

在每個(gè)主立筋處檢測主立筋和磁軛鍵之間的間隙。當(dāng)間隙達(dá)到比所需加的墊片大1 mm時(shí)，即具備加墊片條件。當(dāng)磁軛達(dá)到漲量時(shí)拔出定位疊片鍵，將墊片點(diǎn)焊到磁軛凸鍵上隨凸鍵一起裝入鍵槽，并用副鍵臨時(shí)固定。

全部加墊工作完成后停止加熱，將磁軛鐵心溫度自然、緩慢冷卻到室溫，降溫冷卻過程中，磁軛上下內(nèi)外的溫差不得大于 10 ℃，以免磁軛收縮不均勻而產(chǎn)生變形。控制磁軛降溫速度不大于10 ℃/h，并保證磁軛溫度降至室溫時(shí)間不少于72 h。

磁軛冷卻后，磁軛溫度冷卻至室溫，打緊磁軛副鍵。檢查磁軛的同心度、圓度及垂直度和絕對半徑值，并滿足制造廠家技術(shù)文件要求。

4 轉(zhuǎn)子磁極及附件安裝工藝

4.1 磁極與磁軛間加墊

測量各磁極安裝面的最小半徑，并計(jì)算磁極安裝面實(shí)測上、下最小半徑平均值R與設(shè)計(jì)半徑R′之差，即R-R′；測量各磁極厚度h，計(jì)算實(shí)測磁極厚度與其設(shè)計(jì)厚度h′之差，即h-h′；計(jì)算定子實(shí)測半徑平均值r與其設(shè)計(jì)半徑r′之差，即r-r′；按下式計(jì)算各磁極調(diào)整墊片的加墊量，并配制調(diào)整墊片，其厚度偏差不應(yīng)大于 0.05 mm，表面平直，無折痕、毛刺，并對應(yīng)磁極進(jìn)行編號。具體計(jì)算為

δ=A+(R-R′)+(h-h′)+(r-r′)

(4)

式中，δ為計(jì)算加墊量；A為設(shè)計(jì)加墊量。

4.2 轉(zhuǎn)子磁極掛裝

根據(jù)廠家編號對稱掛裝磁極，第1號磁極和第60號磁極掛裝位置與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁引線的我位置相對應(yīng)。檢查各磁極掛裝高程的平均高差不大于±1.5 mm，分上、中、下3個(gè)斷面測量各磁極鐵芯對稱位置處的半徑，檢查磁極的偏心、圓度、垂直度。

4.3 附件安裝

安裝阻尼環(huán)聯(lián)接片，用0.05 mm塞尺檢查阻尼環(huán)接頭的接觸面，塞入深度不大于5 mm。

4.4 磁極極間連接線安裝

將極間連接線安裝就位，用0.05 mm塞尺檢查極間連接線和磁極引線頭間間隙，塞入深度不超過5 mm。按要求將所有極間連接線和磁極引線頭間的把合螺栓及其絕緣支撐墊塊把合螺栓的制動(dòng)墊圈鎖定牢靠。

5 轉(zhuǎn)子組裝改進(jìn)建議

5.1 轉(zhuǎn)子支架組裝與焊接工藝控制

(1)按制造廠組合塊進(jìn)行組裝，部分支臂半徑、弦長尺寸偏大，表明制造廠在廠內(nèi)預(yù)裝時(shí)應(yīng)加強(qiáng)尺寸控制及出廠驗(yàn)收。

(2)根據(jù)1號機(jī)組轉(zhuǎn)子焊接數(shù)據(jù)監(jiān)測記錄，立筋半徑焊后收縮上部平均為3.5 mm，下部平均為3.89 mm，均小于設(shè)計(jì)預(yù)留焊接收縮值(5 mm)。經(jīng)分析，焊接后收縮值偏小的原因如下：①焊接工序影響。按制造廠技術(shù)文件要求轉(zhuǎn)子焊接時(shí)，首先進(jìn)行轉(zhuǎn)子中心體與支架腹板間連接板焊接；其次進(jìn)行圓盤支架上、下扇形板與中心體切向環(huán)形對接焊縫；然后進(jìn)行圓盤支架上、下扇形板徑向?qū)涌p，最后進(jìn)行磁軛掛鉤徑向?qū)涌p。按照該工藝可減小轉(zhuǎn)子支架焊接后的應(yīng)力，但中心體與支架腹板間連接板的焊接限制了轉(zhuǎn)子支架半徑的收縮。②焊縫加固措施原因。為減小轉(zhuǎn)子施焊時(shí)的變形量，轉(zhuǎn)子支架組裝時(shí)在焊縫位置約300 mm布置一塊騎馬板，客觀上減少了焊接收縮量。③焊接方式原因。轉(zhuǎn)子施焊主要采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，僅仰焊采用手工電弧焊。CO2氣體保護(hù)焊線能量較手工電弧焊低，從而保證轉(zhuǎn)子半徑整體收縮均勻，但收縮量偏小。

制造廠在廠內(nèi)預(yù)裝時(shí)將預(yù)留焊接收縮量調(diào)整為3.5 mm，現(xiàn)場組裝減少騎馬板數(shù)量后可解決以上問題。

5.2 磁軛疊裝定位改進(jìn)

磁軛疊裝定位銷釘定位效果理想，為提高磁軛沖片的定位效果，采用將全部產(chǎn)品螺桿安裝到位的方式進(jìn)行定位，經(jīng)實(shí)踐該方案可大大提高磁軛疊裝功效。

6 結(jié) 語

大華橋水電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用自由狀態(tài)下焊接、疊片、磁極掛裝方式，消除轉(zhuǎn)子撓度對轉(zhuǎn)子外形尺寸的影響；設(shè)有專用通風(fēng)槽片，通風(fēng)效果良好；采用履帶式電阻加熱器加熱磁軛，熱量從磁軛外部往內(nèi)傳遞，保證加熱效果良好；采用專用T尾整形工具和產(chǎn)品螺桿定位的方法，對磁軛疊片進(jìn)行調(diào)整控制，使轉(zhuǎn)子圓度、垂直度、整體偏心值均控制良好；提高了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組裝質(zhì)量。