豐寧抽水蓄能電站定子組裝技術(shù)

周若愚

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032)

豐寧抽水蓄能電站發(fā)電機(jī)采用立軸半傘式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)定子主要由定子機(jī)座、鐵芯和繞組組成。定子機(jī)座在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)組裝，配好定位結(jié)構(gòu)，在施工現(xiàn)場(chǎng)組焊成整圓。定子鐵芯下端置于大齒壓板上。定位筋采用新型分體式彈性鴿尾筋結(jié)構(gòu)，具有減振和適應(yīng)鐵芯熱膨脹的優(yōu)點(diǎn)。

定子機(jī)座由2瓣組成，機(jī)座上下共7層環(huán)板，從機(jī)座下端部往上端部數(shù),第1層環(huán)板內(nèi)徑為5990mm、第2～7層環(huán)板內(nèi)徑為6710mm，機(jī)座凈高4255mm。施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分瓣機(jī)座組裝以及合縫位置各層環(huán)板對(duì)焊。定子鐵芯通過51根分體式彈性鴿尾筋及配套托塊、彈性元件與定子機(jī)座連接，定位筋與托塊之間通過墊片和楔塊調(diào)整來保證1.5mm間隙，墊塊在該大段鐵芯預(yù)壓完成后，方可拆除，定位筋托塊焊接完成后安裝彈性元件。定位筋設(shè)計(jì)內(nèi)徑為6610mm，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為(3205±5)mm。定子鐵芯內(nèi)徑為5440mm，外徑為6630mm，高度3080mm，下端由機(jī)座大齒壓板和分塊式下齒壓板支撐，上端由分塊式上齒壓板壓緊，鐵芯由102根穿心螺桿與碟簧進(jìn)行壓緊，上、下兩端設(shè)計(jì)有絕緣帽，并通過51根浮動(dòng)式雙鴿尾定位筋固定在定子機(jī)座上。測(cè)量鐵芯溫度的測(cè)溫電阻埋設(shè)在鐵芯軛部，安裝槽由測(cè)溫專用定子沖片疊裝而成。

1 施工準(zhǔn)備及工藝流程

定子在安裝間定子工位進(jìn)行組裝工作，組裝時(shí)利用定子工位中心位置的測(cè)圓架基礎(chǔ)板固定定子測(cè)圓架，按照定子機(jī)座基礎(chǔ)板分布圓尺寸,在安裝間定子基礎(chǔ)板上布置安裝支墩便于定子機(jī)座的調(diào)整和固定。定子機(jī)座應(yīng)避免屋頂滲水澆淋和直接承受冷、熱氣流的吹襲；裝配場(chǎng)地的平均照明功率不小于10W/m2；裝配場(chǎng)地應(yīng)清潔、干凈，布置整齊，通風(fēng)良好；搭設(shè)定子組裝防塵棚。定子疊片支架采用10號(hào)、14號(hào)槽鋼進(jìn)行制作，共制作8個(gè)定子疊片支架。定子疊片平臺(tái)采用φ48盤扣式腳手架為主支撐，上鋪寬800mm、厚5mm花紋鋼板，施工期間便于安裝及拆卸。

定子組裝工藝流程見圖1、圖2。

圖1 定子組裝工藝流程

圖2 定子組裝工藝流程

2 機(jī)座組裝

2.1 機(jī)座組拼

將分瓣定子機(jī)座運(yùn)至安裝間臨時(shí)場(chǎng)地放置，清掃分瓣定子機(jī)座。用銼刀、油石、砂紙對(duì)機(jī)座、定子安裝支墩、楔子板以及組合面的高點(diǎn)、毛刺進(jìn)行處理。檢查楔子板相互之間以及楔子板與基礎(chǔ)板之間接觸是否良好。清掃、打磨可調(diào)節(jié)楔子板的組合面，組合面的間隙不超過0.05mm，組合縫錯(cuò)牙不超過0.05mm。打磨機(jī)座合縫待焊部位直至露出金屬光澤，清除焊接坡口及坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)的所有銹蝕、油污、毛刺和油漆等。檢查合縫板接觸面應(yīng)平滑、螺栓孔內(nèi)無毛刺。

將分瓣定子機(jī)座吊裝于定子安裝支墩上，就位后，在圓周方向均布8根10號(hào)槽鋼將定子機(jī)座與定子基礎(chǔ)板焊接固定，以防止機(jī)座傾倒。利用把合螺栓將定子機(jī)座把合成整體，檢查整個(gè)定子機(jī)座環(huán)板對(duì)接焊縫坡口的間隙及徑向、軸向錯(cuò)牙。機(jī)座大齒壓板合縫處垂直方向錯(cuò)位小于0.30mm。全圓周分8個(gè)方位檢測(cè)定子機(jī)座各環(huán)板內(nèi)徑，定子機(jī)座大齒壓板絕對(duì)內(nèi)徑值與設(shè)計(jì)值的偏差為+1～+6mm，其余各環(huán)板內(nèi)圓絕對(duì)內(nèi)徑值與設(shè)計(jì)值的偏差為-4～+4mm，分內(nèi)、外兩圈各36個(gè)點(diǎn)檢測(cè)定子機(jī)座大齒壓板水平，機(jī)座大齒壓板圓周波浪度不大于1mm。

2.2 測(cè)圓架安裝

以定子機(jī)座大齒壓板內(nèi)圓為基準(zhǔn)，利用測(cè)圓架底盤調(diào)整螺釘，調(diào)整測(cè)圓架中心柱與定子機(jī)座的同心度在0.50mm以內(nèi)。在測(cè)圓架中心柱兩個(gè)相互垂直的方向上懸掛鋼琴線，利用鋼琴線對(duì)測(cè)圓架中心柱進(jìn)行垂直度測(cè)量和調(diào)整，其垂直度不應(yīng)大于0.02mm/m，且最大不應(yīng)超過0.05mm。

調(diào)整測(cè)圓架中心柱垂直度合格后，再次校核測(cè)圓架與定子機(jī)座的同心度，應(yīng)在0.50mm以內(nèi)。并利用在轉(zhuǎn)臂上放置精密水平儀(精度0.02mm/m)的方法檢驗(yàn)中心柱轉(zhuǎn)臂水平度，水平儀的水泡在轉(zhuǎn)臂處于任意回轉(zhuǎn)位置時(shí)，均能保持在精度規(guī)定范圍內(nèi)。

利用測(cè)圓架轉(zhuǎn)臂，重復(fù)測(cè)量圓周上任意點(diǎn)的半徑誤差，不得大于0.02mm；旋轉(zhuǎn)一周的回零偏差值不得大于0.05mm、跳動(dòng)量不大于0.50mm。

2.3 機(jī)座焊接

定子機(jī)座各項(xiàng)數(shù)據(jù)測(cè)量合格后，在分瓣機(jī)座大齒壓板合縫兩邊用樣沖分別在內(nèi)徑和外徑處打上2對(duì)測(cè)量點(diǎn)，在每個(gè)上環(huán)板合縫兩邊用樣沖分別在內(nèi)徑和外徑處打上2對(duì)測(cè)量點(diǎn)，用游標(biāo)卡尺測(cè)量記錄原始距離。對(duì)機(jī)座大齒壓板合縫面坡口間隙大于3mm處，先進(jìn)行鑲邊焊。其余環(huán)板Ⅴ形坡口間隙應(yīng)符合圖紙要求。安裝并點(diǎn)焊機(jī)座大齒壓板合縫處臨時(shí)加強(qiáng)板，之后采用2個(gè)焊工對(duì)稱施焊加強(qiáng)板，注意保持焊接的同步。檢查機(jī)座半徑、水平以及焊縫的收縮情況，在焊接過程中隨時(shí)進(jìn)行檢查，以便根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行焊接順序的調(diào)整。

環(huán)板焊接順序?yàn)椋阂詸C(jī)座大齒壓板為1號(hào)環(huán)板，依次向上，直至上環(huán)板為7號(hào)環(huán)板。按1號(hào)、7號(hào)、5號(hào)、3號(hào)、2號(hào)、6號(hào)、4號(hào)環(huán)板的順序?qū)缚p進(jìn)行定位焊，每條焊縫分別在內(nèi)徑、中間、外徑處焊接60～80mm長(zhǎng)。1號(hào)環(huán)板平焊至20mm焊高，進(jìn)行背部清根后，仰焊至距離環(huán)板下緣10mm處。焊接7號(hào)環(huán)板合縫處鋼板，并仰焊至10mm焊高。依次焊接5號(hào)、3號(hào)、2號(hào)、6號(hào)、4號(hào)環(huán)板合縫處鋼板，并平焊至10mm焊高。1號(hào)環(huán)板平焊及仰焊完成后，依次平焊7號(hào)、5號(hào)、3號(hào)、2號(hào)、6號(hào)、4號(hào)環(huán)板至完成。

組焊完成后去除合縫處組合塊及螺栓、螺母等。全圓周分16個(gè)方位檢測(cè)定子機(jī)座各環(huán)板內(nèi)徑，大環(huán)板內(nèi)圓絕對(duì)內(nèi)徑值與設(shè)計(jì)值的偏差為0～+5mm，其余環(huán)板以不影響定位筋安裝為準(zhǔn)。分36個(gè)點(diǎn)檢測(cè)定子機(jī)座下環(huán)板水平，下環(huán)板圓周波浪度不大于1mm。

3 定位筋安裝與焊接

定位筋整圓共51根，沿定子環(huán)板內(nèi)圓均布，分布角為7.059°，見圖2。定位筋安裝時(shí)，采用大等分弦距方法，采用3根基準(zhǔn)定位筋7等分方式進(jìn)行。

根據(jù)定子定位筋分布圖(見圖3)，在定子下環(huán)板處劃出基準(zhǔn)定位筋所在位置的中心線。依順時(shí)針順序排列(從內(nèi)往外看)定位筋編號(hào)為1～51號(hào)。用全站儀按圖紙尺寸在機(jī)座下環(huán)板上放出定位筋安裝基準(zhǔn)線，基準(zhǔn)定位筋選為+Y偏-X方向0.395°位置?；鶞?zhǔn)定位筋選為51號(hào)、1號(hào)和2號(hào)，并將其作為1根大等分定位筋；7根大等分定位筋分別為1號(hào)、9號(hào)、16號(hào)、23號(hào)、30號(hào)、37號(hào)、44號(hào)?；鶞?zhǔn)定位筋選為51號(hào)、1號(hào)和2號(hào)，并將其作為1根大等分定位筋；7根大等分定位筋分別為1號(hào)、9號(hào)、16號(hào)、23號(hào)、30號(hào)、37號(hào)、44號(hào)。

圖3 定位筋分布圖

3.1 基準(zhǔn)定位筋安裝

在定子下環(huán)板上+Y偏-X方向0.395°位置劃線，定為1號(hào)基準(zhǔn)定位筋。再根據(jù)1號(hào)定基準(zhǔn)位筋的位置確定出其余2根相鄰基準(zhǔn)定位筋(51號(hào)、2號(hào))的方位，選用3根直線度和扭曲度較好的筋作為基準(zhǔn)筋，劃出3根基準(zhǔn)定位筋鴿尾中心線。

在基準(zhǔn)筋背部與定位筋托塊間裝入楔塊和墊塊并楔緊，初步調(diào)整基準(zhǔn)筋托塊的徑向與周向位置，并用專用工具將基準(zhǔn)定位筋托塊初步固定在定子機(jī)座環(huán)板上。調(diào)整基準(zhǔn)定位筋，使基準(zhǔn)筋鴿尾中心線與設(shè)計(jì)要求周向偏差不大于1mm，用中心測(cè)圓架以及懸掛鋼琴線的方法測(cè)量并調(diào)整基準(zhǔn)定位筋。基準(zhǔn)定位筋調(diào)整合格后，利用專用工具將基準(zhǔn)定位筋的托塊固定在定子機(jī)座環(huán)板上。將基準(zhǔn)定位筋上每層定子機(jī)座托塊點(diǎn)焊到環(huán)板上，點(diǎn)焊焊縫長(zhǎng)度為10～15mm。點(diǎn)焊完成后，檢測(cè)基準(zhǔn)定位筋徑向及周向垂直度、絕對(duì)半徑偏差以及向心度。

3.2 大等分定位筋安裝

3根基準(zhǔn)定位筋檢查合格后，選用6根直線度和扭曲度較好的筋和1號(hào)基準(zhǔn)定位筋一起作為大等分定位筋。

初步調(diào)整各大等分定位筋，使其鴿尾中心線與定子下環(huán)板上的位置中心線偏差不大于1mm，用中心測(cè)圓架以及內(nèi)徑千分尺在中間部位的兩托塊處測(cè)量并調(diào)整9號(hào)大等分定位筋的內(nèi)徑以及其與基準(zhǔn)定位筋的弦距。反復(fù)調(diào)整9號(hào)大等分定位筋徑向及周向垂直度，托塊與機(jī)座環(huán)板之間的接觸面、向心度，以及與1號(hào)基準(zhǔn)定位筋為基準(zhǔn)的相對(duì)半徑偏差滿足要求。

按相同方法，調(diào)整9號(hào)、16號(hào)、23號(hào)、30號(hào)、37號(hào)、44號(hào)大等分定位筋。大等分定位筋調(diào)整合格后，將各大等分定位筋上的托塊沿徑向從內(nèi)側(cè)向外側(cè)對(duì)稱點(diǎn)焊到定子機(jī)座每層環(huán)板上，其點(diǎn)焊焊縫的長(zhǎng)度為10～15mm。大等分定位筋點(diǎn)焊完成后，分別復(fù)測(cè)大等分定位筋的徑向及周向垂直度、半徑偏差以及向心度。

3.3 其余定位筋安裝

大等分筋調(diào)整合格后，進(jìn)行大等分區(qū)間內(nèi)的定位筋安裝。初步調(diào)整區(qū)間定位筋，在定位筋背部與托塊之間裝入楔塊和墊塊并楔緊，將定位筋托塊初步固定在定子機(jī)座環(huán)板上。用中心測(cè)圓架、定位筋搭焊樣板以及球頭量桿在托塊處測(cè)量并調(diào)整大等分定位筋與區(qū)間定位筋的內(nèi)徑以及弦距。反復(fù)調(diào)整區(qū)間定位筋，至各檢查項(xiàng)目滿足設(shè)計(jì)要求。

區(qū)間各定位筋全部調(diào)整合格后，點(diǎn)焊定位筋托塊。用中心測(cè)圓架以及弦距測(cè)量工具在托塊安裝高程位置測(cè)量并調(diào)整所有的區(qū)間定位筋的內(nèi)徑以及弦距滿足要求。

在定位筋下端疊2層定子沖片，檢查定位筋安裝的正確性。

3.4 托塊焊接

托塊焊接前，利用定位筋調(diào)整工具周向和徑向固定定位筋，用平頭千斤頂軸向固定定位筋，再次檢查定位筋的各項(xiàng)數(shù)據(jù)滿足相關(guān)技術(shù)要求，然后進(jìn)行施焊；托塊每層焊縫焊后冷卻至室溫時(shí)方可拆除千斤頂。

定子機(jī)座第4層環(huán)板上的各托塊同層徑向焊縫焊完后，再焊接第2或第6層托塊同層徑向焊縫，然后進(jìn)行第3層或第5層托塊同層徑向焊縫的焊接，再進(jìn)行第1層或第7層托塊同層徑向焊縫的焊接。

每一層環(huán)板托塊焊縫全部焊完后，應(yīng)檢查每根定位筋的半徑、向心度和定位筋間的弦距，觀察變化的趨勢(shì)，合格后方可繼續(xù)焊接第二層。定位筋托塊全部滿焊結(jié)束后，在冷態(tài)下檢查和測(cè)量定位筋，半徑、弦距、向心度等應(yīng)滿足要求。焊接完成后，對(duì)焊縫進(jìn)行PT探傷檢查。

安裝機(jī)座相應(yīng)環(huán)板定位筋背部的彈性元件，調(diào)整彈性元件，要求彈性元件的球頭中心線需與定位筋的中心線重合，并且彈性元件球頭應(yīng)緊靠定位筋表面，用塞尺檢查球頭兩側(cè)與定位筋的間隙應(yīng)相同。

對(duì)定子機(jī)座內(nèi)外進(jìn)行清掃，并對(duì)焊縫處進(jìn)行補(bǔ)漆，安裝下齒壓板。

4 鐵芯疊裝

為保證鐵芯疊片的質(zhì)量，采用分段壓緊措施，共分7次壓緊。定子疊片按順時(shí)針進(jìn)行，相鄰兩層按照1/2沖片寬度交錯(cuò)搭接疊裝(即錯(cuò)開1個(gè)定位筋的位置)。

鄰層定子沖片之間應(yīng)錯(cuò)開1/2沖片進(jìn)行疊放，順時(shí)針錯(cuò)開。所有的黏膠片、沖片、通風(fēng)槽片均需按此方向進(jìn)行錯(cuò)開疊裝。

鐵芯疊片時(shí)，定子沖片應(yīng)緊靠定位筋，疊片過程中，每隔25小段疊一層層壓玻璃布板，層壓玻璃布板疊放于每小段鐵芯的中間層，共疊2層。鐵芯疊裝過程中，應(yīng)隨時(shí)測(cè)量定子鐵芯的圓度、圓周波浪度、齒漲以及各小段的高度，并做必要調(diào)整。

每疊完一小段鐵芯時(shí)，使用專用工具沿定子鐵芯圓周測(cè)量其鐵芯段長(zhǎng)，圓周方向上每張沖片1個(gè)點(diǎn)，其偏差不超過±0.50mm，必要時(shí)應(yīng)在每次預(yù)壓過程中使用槽楔進(jìn)行鐵芯段長(zhǎng)的檢查。疊片過程中，應(yīng)注意每段高度偏差的相互補(bǔ)償。

在定子鐵芯高度疊至約94mm、1537mm及2941mm時(shí)，按圖紙的要求疊入鐵芯溫度計(jì)安裝槽的定子沖片，要求測(cè)溫電阻安裝槽的深度為6mm。并在對(duì)應(yīng)高度疊片完成后安裝鐵芯溫度計(jì)。

定子鐵芯分6次預(yù)壓和1次最終壓緊，其每次預(yù)壓高度約為500mm。每次預(yù)壓前后，均應(yīng)測(cè)量并記錄鐵芯的圓度、波浪度和高度，確定出定子鐵芯下一次的預(yù)壓高度。每次預(yù)壓結(jié)束后再次進(jìn)行沖片疊裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)上述測(cè)量記錄，進(jìn)行定子鐵芯波浪度調(diào)整，以保證定子鐵芯最終壓緊后的高度和波浪度。

清掃上齒壓板，將上齒壓板吊裝就位，并調(diào)整齒壓板，使齒壓板上螺孔與定子沖片螺孔同心，壓指中心與鐵芯齒部中心線周向偏差不大于2.0mm，上壓板的徑向水平不大于3mm，單塊上壓板壓指的半徑偏差不大于3mm。安裝上齒壓板的測(cè)溫電阻。安裝前后，對(duì)壓指溫度計(jì)用500V搖表進(jìn)行絕緣電阻檢查，要求絕緣電阻應(yīng)不小于5MΩ；檢查溫度計(jì)的電阻值，應(yīng)符合要求。根據(jù)圖紙布置位置，先將壓塊與壓指點(diǎn)焊牢，再將測(cè)溫電阻塞入在安裝槽內(nèi)，并用黏結(jié)膠將測(cè)溫電阻與壓指黏牢。

按定子鐵芯穿心螺桿裝配有關(guān)要求，安裝穿心螺桿、絕緣管、絕緣墊圈、碟形彈簧以及圓螺母等相關(guān)部件。絕緣管安裝時(shí)，絕緣管平齊端朝上，絕緣管放入中間，絕緣管平齊端朝下。

按照鐵芯分段壓緊要求，整體把緊定子鐵芯，定子鐵芯的實(shí)際疊壓系數(shù)不得小于0.96，定子鐵芯整體把緊后，整體測(cè)量鐵芯內(nèi)徑、各點(diǎn)高度及波浪度，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

鐵芯鐵損實(shí)驗(yàn)完成后，進(jìn)行鐵芯最終壓緊，定子鐵芯的實(shí)際疊壓系數(shù)不得小于0.96。安裝擋風(fēng)板等定子附件。

5 結(jié) 語

定子主要由機(jī)座、定子鐵芯、線圈以及固定這些部分的附件組成。作為機(jī)組的重要部件，定子的主要作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。目前在建的大型抽水蓄能電站較多，受外形尺寸及運(yùn)輸條件限制，定子部件都是散件到貨，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，因此現(xiàn)場(chǎng)定子組裝工藝技術(shù)將直接影響定子安裝質(zhì)量，進(jìn)而影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

豐寧抽水蓄能電站定子組裝工藝要求嚴(yán)、難度大，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及安裝方式與常規(guī)電站定子有較大區(qū)別，定子機(jī)座采用盒形筋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的定子機(jī)座具有剛度好、運(yùn)行過程中定子機(jī)座振動(dòng)小等特點(diǎn)。定子機(jī)座通過新型分體式彈性鴿尾筋結(jié)構(gòu)與定子鐵芯連接，能適應(yīng)鐵芯熱膨脹，還能削弱定子鐵芯的振動(dòng)。在定子組裝過程中采用合理有效的工藝技術(shù),保證定子的組裝質(zhì)量，為機(jī)組下一步安裝提供了有力保證，同時(shí)也為同類抽水蓄能電站定子組裝提供了技術(shù)借鑒和指導(dǎo)。