何 毅

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

轉(zhuǎn)子磁軛是水輪發(fā)電機(jī)的重要部件，在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中具有重要作用[1-3]。磁軛結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，直接影響機(jī)組的安全。運(yùn)行磁軛內(nèi)側(cè)與轉(zhuǎn)子支架連接，外側(cè)與磁極連接，既是固定磁極的結(jié)構(gòu)部件，又是水輪發(fā)電機(jī)磁路的重要組成部分，水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量主要由磁軛構(gòu)成。磁軛是水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)通道和通風(fēng)冷卻循環(huán)的主要風(fēng)壓源。

轉(zhuǎn)子磁軛組裝過(guò)程中圓度、同心度的精度控制及磁軛熱打鍵加熱過(guò)程控制將直接影響水輪發(fā)電機(jī)組的安裝和運(yùn)行質(zhì)量，本文以烏東德右岸電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛組裝為例，詳細(xì)介紹了百萬(wàn)千瓦級(jí)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛組裝過(guò)程的控制要點(diǎn)，并提出改進(jìn)措施及建議。

1 概述

1.1 電站概況

烏東德水電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，電站共裝設(shè)12臺(tái)（左、右岸各6臺(tái)）單機(jī)容量為850 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為10 200 MW。

1.2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

烏東德右岸電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為無(wú)軸式圓盤焊接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子支架采用斜立筋，轉(zhuǎn)子支架支臂數(shù)為32個(gè)，立筋在工地組焊后現(xiàn)場(chǎng)加工；轉(zhuǎn)子支架包括中心體和外環(huán)組件，外環(huán)由8瓣組成，中心體和分瓣的外環(huán)組件。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛外徑為Φ17 132 mm（熱打鍵后為17 135.6 mm），高度為3 324 mm，磁軛重量約1 023 t，整體轉(zhuǎn)子重量約為1 915 t。

1.3 磁軛組裝標(biāo)準(zhǔn)

烏東德右岸電站轉(zhuǎn)子磁軛組裝主控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)標(biāo)和廠家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上有較大提高，具體見(jiàn)表1。

2 磁軛組裝

磁軛組裝在轉(zhuǎn)子立筋加工完成后進(jìn)行。

2.1 磁軛鍵安裝

（1）安裝基準(zhǔn)磁軛主鍵并與轉(zhuǎn)子立筋之間固定牢固，測(cè)量、調(diào)整磁軛主鍵的切面中心相對(duì)于轉(zhuǎn)子中心線的半徑為7 766 mm（0～0.5 mm）。

（2）安裝其他磁軛鍵，利用測(cè)圓架及百分表調(diào)整其他磁軛主鍵半徑，及其與基準(zhǔn)磁軛主鍵之間的弦長(zhǎng)偏差符合要求。

表1 磁軛組裝主控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表 單位：mm

2.2 下壓板安裝

（1）將下壓板置于支撐上。下壓板內(nèi)側(cè)支撐在大立筋掛鉤上，外側(cè)支撐在兩個(gè)磁軛支撐上，將第一張下壓板調(diào)水平。

（2）用測(cè)圓架和百分表，將其他下壓板調(diào)水平。

（3）測(cè)量磁軛下壓板周向波浪度和徑向水平偏差應(yīng)滿足相關(guān)要求。

2.3 磁軛疊裝

磁軛由四種規(guī)格的4 mm后磁軛沖片疊制而成，四種規(guī)格重量分別為32.56 kg、32.69 kg、37.73 kg、37.99 kg，磁軛疊片每層32片；磁軛的內(nèi)外高差和波浪度采用加補(bǔ)償片的方法調(diào)整；磁軛鐵片共分五次與磁軛壓板一起壓緊，采用液壓拉伸器拉伸穿芯螺桿的方式壓緊，壓緊高度分別為700 mm、1 412 mm、2 020 mm、2 672 mm、3 264 mm，螺桿最終伸長(zhǎng)量為6.8 mm±0.4 mm，螺桿最終受力為680 kN。

2.3.1 磁軛疊裝及第一次壓緊

（1）使用磁軛片402在磁軛下壓板上開(kāi)始疊片，第一片自磁軛圓內(nèi)向外看，俯視磁軛片左端面自+Y軸開(kāi)始疊片。

（2）上端和下端各192 mm內(nèi)，兩層磁軛片(8 mm)為一個(gè)基本層，第二層使用401進(jìn)行疊片，俯視順時(shí)針自+Y軸錯(cuò)半極（1/4片）進(jìn)行疊片，八個(gè)基本層為一個(gè)循環(huán)。除上、下兩端192 mm范圍及疊片圖中特殊標(biāo)注外，其他三層磁軛片(12 mm)作為一個(gè)基本層，每個(gè)基本層俯視順時(shí)針錯(cuò)半極(1/4片)，按圖2所示八個(gè)基本層為一個(gè)循環(huán)。

（3）轉(zhuǎn)子磁軛疊片疊至120 mm高度后，在每個(gè)磁極位置中交替各插入1根長(zhǎng)疊片銷和1根短疊片銷。

（4）對(duì)已疊裝好磁軛進(jìn)行整形，測(cè)量、調(diào)整磁軛同心度及下壓板水平度。

（5）按調(diào)整磁軛調(diào)整切向磁軛鍵的位置并鎖定。

（6）按照磁軛疊片圖進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁軛疊片，直至約700 mm高度，疊片過(guò)程中長(zhǎng)疊片銷隨疊片高度的上升及時(shí)調(diào)整，下端的短疊片銷保持不動(dòng)，疊片過(guò)程中隨時(shí)對(duì)磁軛進(jìn)行整形。

（7）測(cè)量調(diào)整磁軛的絕對(duì)半徑、同心度、磁軛垂直度及下壓板水平度，且保證磁軛與磁軛主鍵之間沒(méi)有徑向間隙。

（8）安裝磁軛上壓板及臨時(shí)壓緊螺桿。

（9）用液壓拉伸器以對(duì)稱交錯(cuò)的原則分次預(yù)緊磁軛壓緊螺桿。

（10）壓緊后測(cè)量磁軛相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)。

（11）拆除臨時(shí)壓緊裝置。

圖1 磁軛鐵片疊裝示意圖

2.3.2 中間磁軛疊裝及補(bǔ)償片安裝

（1）按磁軛第一次疊裝及壓緊要求，疊裝磁軛至約1 412 mm、2 020 mm、2 672 mm高度，分別進(jìn)行第2次、第3次、第4次磁軛壓緊。

（2）根據(jù)前一次磁軛壓緊后測(cè)量的周向及徑向高度偏差，布置磁軛補(bǔ)償片。

2.3.3 磁軛疊裝及最終壓緊

（1）疊裝磁軛至約3 264 mm高的最終壓緊高度。

（2）將8個(gè)M42液壓拉伸器均布在磁軛上，分8個(gè)區(qū)域、對(duì)稱進(jìn)行磁軛螺桿的最終拉伸，如圖2所示。拉伸分4次進(jìn)行，分別按最終試驗(yàn)液壓值的25 %、50 %、75 %、100 %分次執(zhí)行。

圖2 磁軛壓緊螺桿最終壓緊分區(qū)圖

（3）每個(gè)區(qū)域的每個(gè)磁極位置壓緊按照一定順序進(jìn)行。

（4）壓緊后靜置24 h，按照最終擰緊步驟再次緊固所有螺母。

（5）抽查10%螺栓的伸長(zhǎng)量，如果沒(méi)達(dá)到要求則加大壓力再次緊固所有壓緊螺桿。

（6）在磁軛的內(nèi)、外側(cè)用卷尺測(cè)量磁軛高度并記錄。

（7）用內(nèi)徑千分尺、百分表、測(cè)圓架測(cè)量磁軛半徑并記錄。

（8）磁軛壓緊后，用大錘打緊磁軛副鍵。

3 磁軛熱打鍵

3.1 打鍵長(zhǎng)度計(jì)算

（1）磁軛鍵預(yù)緊后檢查并測(cè)量并記錄轉(zhuǎn)子磁軛的半徑和高度尺寸。

（2）根據(jù)磁軛實(shí)測(cè)圓度計(jì)算磁軛鍵緊量（設(shè)計(jì)5 mm），和磁軛副鍵需要下行的長(zhǎng)度，并在副鍵上做好標(biāo)記。

（3）在轉(zhuǎn)子上部磁軛與轉(zhuǎn)子支架間，對(duì)稱4個(gè)方位布置磁軛漲量測(cè)量裝置，用于磁軛加溫過(guò)程中漲量監(jiān)測(cè)。

3.2 熱打鍵計(jì)算

3.2.1 加熱溫度計(jì)算

轉(zhuǎn)子與鐵心溫差計(jì)算：

式中：L——磁軛內(nèi)側(cè)半徑，7 736 mm；

△L——熱打鍵緊量，5 mm；

α——鋼的線膨脹系數(shù)為：11×10-6 mm/m·℃。

預(yù)計(jì)最終加熱溫度：59 ℃+27 ℃（室溫）=86 ℃

3.2.2 加熱容量計(jì)算

加熱器總?cè)萘坑?jì)算：

式中：k—保溫系數(shù)，取值范圍為1.5～2.5，此處取k=2.2；

G—磁軛總重，1 020 000 kg；

C—磁軛材料比熱容，一般取0.5；

T—預(yù)計(jì)所需的加熱時(shí)間，取預(yù)計(jì)加熱時(shí)間為8 h，28 800 s；

設(shè)備廠家提供用于磁軛加熱的不銹鋼加熱片的總功率為2 304 kW；另在每個(gè)轉(zhuǎn)子立筋位置的磁軛下方布置一片10 kW的履帶式加熱片用于輔助加熱，32片履帶式加熱片兩兩串聯(lián)，總功率160 kW。根據(jù)實(shí)際加溫情況需要，輔助加熱片的投切。

3.2.3 加熱設(shè)備布置

轉(zhuǎn)子加熱片共64個(gè)回路，分別接入8個(gè)溫控柜中，將第一層1級(jí)至10級(jí)10片加溫片連接形成一個(gè)回路，接入1#加溫柜；第一層11級(jí)至20極10片加溫片連接形成一個(gè)回路，接入2#加溫柜，第一層21級(jí)至30級(jí)10片加溫片連接形成一個(gè)回路，接入3#加溫柜，以此類推，第一層的51級(jí)至60級(jí)加溫片連接接入6#加溫柜，第一層的61級(jí)至64級(jí)、第二層的1級(jí)至6級(jí)共10片加溫片接入7#加溫柜，第二層的7級(jí)至16級(jí)接入8#加溫柜；第二層的17級(jí)至26級(jí)再接入1#柜，以此類推，總共30層加熱片，依次接入8個(gè)加溫柜中。

3.2.4 磁軛熱打鍵

（1）在加熱過(guò)程中，嚴(yán)格控制磁軛的溫升以及磁軛與轉(zhuǎn)子支架之間的溫差，根據(jù)磁軛與支架之間膨脹量調(diào)節(jié)溫度，溫升速度不大于7 ℃/h，不同點(diǎn)溫差在10 ℃以內(nèi)。在加熱過(guò)程中，每30 min檢查磁軛上下、內(nèi)外溫度及轉(zhuǎn)子支架上下溫度。

（2）加熱前測(cè)量標(biāo)記尺寸原始值做好記錄，當(dāng)接近脹量時(shí)，每15 min檢查一次磁軛的膨脹量。

（3）當(dāng)磁軛膨脹量滿足緊量要求后，將所有磁軛副鍵對(duì)稱放至預(yù)定位置，停止加熱，冷卻磁軛。

（4）在轉(zhuǎn)子磁軛冷卻過(guò)程中，應(yīng)有效控制磁軛冷卻速度，以免磁軛溫度驟然降低而使轉(zhuǎn)子中心體變形。降溫過(guò)程中，降溫速度在5 ℃/h以內(nèi)，并保證磁軛不同區(qū)域的溫度差不得大于10 ℃，在保溫毯包裹嚴(yán)實(shí)10 h后，掀開(kāi)頂部保溫毯200 mm左右，使磁軛均勻降溫，待磁軛冷卻到40 ℃以下時(shí)，方可揭開(kāi)保溫毯。

（5）轉(zhuǎn)子磁軛冷卻后，分次、對(duì)稱打緊磁軛副鍵。

（6）每段磁軛分上、中、下三個(gè)斷面測(cè)量轉(zhuǎn)子磁軛半徑，要求磁軛的絕對(duì)半徑約8 567.8 mm，磁軛的圓度≤0.70 mm，磁軛相對(duì)于轉(zhuǎn)子中心的同心度≤0.10 mm。

4 磁軛組裝質(zhì)量

烏東德右岸電站已完成的7號(hào)、8號(hào)機(jī)組兩臺(tái)轉(zhuǎn)子磁軛組裝主控質(zhì)量參數(shù)均滿足烏東德標(biāo)準(zhǔn)要求，具體見(jiàn)表2。

表2 磁軛組裝主控質(zhì)量參數(shù)表

5 磁軛組裝改進(jìn)建議

5.1 增強(qiáng)磁軛疊裝過(guò)程中磁軛疊片鍵的剛性

因?yàn)鯑|德右岸電站轉(zhuǎn)子磁軛高度達(dá)3 264 mm，設(shè)備廠家在鍵槽上、下各布置一顆M27螺栓，對(duì)磁軛疊片鍵進(jìn)行支撐，在磁軛疊片鍵半徑調(diào)整就位后，該鍵不能與立筋鍵槽接觸，導(dǎo)致其剛性很差，以致磁軛壓緊過(guò)程中圓度難以控制。

鑒于此，建議設(shè)備廠家提供一套磁軛疊片鍵副鍵，使磁軛疊片鍵能與立筋鍵槽緊密貼合，增強(qiáng)疊片鍵剛性。

5.2 磁軛鐵心壓緊順序建議

在磁軛鐵心壓緊過(guò)程中，注意監(jiān)測(cè)圓度變化情況，根據(jù)變化情況隨時(shí)調(diào)整每個(gè)磁極位置的壓緊順序，以保證磁軛圓度變化可控。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，磁軛圓度偏小時(shí)，宜先壓緊磁軛外側(cè)壓緊螺桿；反之宜先壓緊磁軛內(nèi)側(cè)壓緊螺桿。

5.3 熱打鍵緊量計(jì)算建議

烏東德右岸電站轉(zhuǎn)子熱打鍵緊量設(shè)計(jì)值為5 mm，采用每個(gè)磁極位置的磁軛上中下3個(gè)半徑的平均值為基準(zhǔn)，可能使半徑比平均值大的位置的磁軛緊量達(dá)不到5 mm。

通過(guò)7#、8#機(jī)組在試運(yùn)行中的過(guò)速試驗(yàn)后的圓度檢查，7#機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極過(guò)速后圓度為0.99 mm，8#機(jī)

組轉(zhuǎn)子磁極過(guò)速后圓度為0.64 mm，保證各斷面磁軛緊量，可有效防止機(jī)組運(yùn)行中的轉(zhuǎn)子圓度發(fā)生變化。

5.4 熱打鍵加熱片布置建議

磁軛熱打鍵加熱片布置時(shí)，應(yīng)將同一加熱柜的加熱片對(duì)稱分散布置，保證某一加熱柜出現(xiàn)故障，不會(huì)出現(xiàn)磁軛受熱不均的情況。

6 結(jié)論

烏東德右岸電站轉(zhuǎn)子磁軛組裝，采用強(qiáng)化磁軛疊片鍵剛度、根據(jù)圓度調(diào)整穿心螺桿壓緊順序的方法，保證磁軛壓緊圓度；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(duì)轉(zhuǎn)子外形尺寸的影響；通過(guò)控制熱打鍵緊量計(jì)算，保證磁軛與轉(zhuǎn)子支架的可靠聯(lián)接，保證轉(zhuǎn)子運(yùn)行圓度；采用插入式薄片小功率電阻加熱器加熱磁軛，熱量從磁軛內(nèi)部往外傳遞，保證加熱效果良好；通過(guò)上述方法，使轉(zhuǎn)子磁軛圓度、垂直度、整體偏心值均控制良好；保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組裝質(zhì)量。