韓展鵬

（金安橋水電站有限公司，云南 麗江 674100）

金安橋水電站安裝4臺單機(jī)容量為600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，全部由東方電機(jī)股份有限公司 （以下簡稱 “東電”）制造。水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子中心體、圓盤式轉(zhuǎn)子支架、轉(zhuǎn)子磁軛、轉(zhuǎn)子磁極及其他附件組成。轉(zhuǎn)子中心體與分瓣扇形支臂在工地進(jìn)行焊接，轉(zhuǎn)子磁軛由3 mm厚的高強(qiáng)度沖片現(xiàn)場疊壓而成，并通過熱打鍵的方式將磁軛固定在轉(zhuǎn)子支架上；64個(gè)磁極用磁極鍵固定于磁軛外側(cè)。轉(zhuǎn)子外徑15.161 m，質(zhì)量1 323 t。

1 轉(zhuǎn)子中心體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子中心體是轉(zhuǎn)子工地組裝的基準(zhǔn)部件，也是發(fā)電機(jī)軸系的一部分。轉(zhuǎn)子中心體上法蘭面連接發(fā)電機(jī)上端軸，下法蘭面連接發(fā)電機(jī)主軸，三者共同構(gòu)成發(fā)電機(jī)軸系。金安橋水電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心體在2005年的投標(biāo)設(shè)計(jì)圖上是由上、下法蘭及連接上、下法蘭的腹板和筋板焊接而成，上、下法蘭分別厚140、250 mm，上、下法蘭盤外徑分別為3 040、3 510 mm，中心體高2 965 mm，質(zhì)量約53.6 t。轉(zhuǎn)子中心體在制造廠內(nèi)焊接成整體退火消應(yīng)后，對上、下法蘭面進(jìn)行精加工，確保上、下法蘭面的平面度及之間平行度和同心度。在工地組裝時(shí)應(yīng)特別重視下法蘭面的水平度和內(nèi)鏜口中心，它是轉(zhuǎn)子組裝的基準(zhǔn)，若下法蘭面及內(nèi)鏜口變形將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸系偏差，影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定。

由于轉(zhuǎn)子中心體下法蘭外緣直接與轉(zhuǎn)子扇形支臂焊接的變形會導(dǎo)致下法蘭面及內(nèi)鏜口的變形，如清江水布埡電站在轉(zhuǎn)子圓盤焊接過程中下法蘭的內(nèi)鏜口變形較大，雖經(jīng)廠家和施工單位反復(fù)對轉(zhuǎn)子圓盤支架焊縫進(jìn)行處理，最終還是影響轉(zhuǎn)子上、下法蘭的同心度及下法蘭面的水平度，因此為了將轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面及鏜口的變形減小到最小，東電根據(jù)近幾年其他水電站安裝及運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，在2008年生產(chǎn)轉(zhuǎn)子中心體之前，對設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了局部修改。修改后的轉(zhuǎn)子中心體結(jié)構(gòu)為：廠內(nèi)在轉(zhuǎn)子中心體下法蘭的外緣焊接寬400 mm、厚70 mm的環(huán)形鋼板，并在環(huán)形鋼板的外側(cè)開X形焊接坡口，而原設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子中心體下法蘭外緣直接與轉(zhuǎn)子扇形支臂現(xiàn)場焊接。修改前、后的轉(zhuǎn)子中心體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)子中心體結(jié)構(gòu)示意

修改后的轉(zhuǎn)子中心體與分瓣扇形支臂焊接時(shí)，由于中心體下法蘭不直接進(jìn)行焊接，而由下法蘭外緣處的環(huán)板參與焊接，此處焊接引起的變形對下法蘭影響很小。對金安橋水電站轉(zhuǎn)子圓盤支架焊接前、后測量數(shù)據(jù)的分析表明，下法蘭面基本上沒有變形。

2 轉(zhuǎn)子磁軛鍵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子磁軛鍵安裝在轉(zhuǎn)子支架的主力筋與磁軛之間，將磁軛固定在轉(zhuǎn)子支架上，使磁軛與轉(zhuǎn)子支架的軸線保持一致。安裝轉(zhuǎn)子磁軛鍵時(shí)，采用磁軛加熱的方法墊入墊片，用磁軛鍵連接轉(zhuǎn)子支架與磁軛進(jìn)行過盈配合。機(jī)組在額定運(yùn)行時(shí)，磁軛鍵可以傳遞發(fā)電機(jī)額定扭矩。東電投標(biāo)設(shè)計(jì)的金安橋水電站轉(zhuǎn)子磁軛鍵為彈性鍵，彈性鍵結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 彈性鍵結(jié)構(gòu)示意

彈性鍵的剛度小于磁軛和轉(zhuǎn)子支架，在彈性鍵的主、副鍵之間位置留出一定的間隙，此間隙即為彈性鍵可吸收的過盈量。彈性鍵可吸收一定的過盈量，剩余的過盈量由轉(zhuǎn)子支架和磁軛共同承擔(dān)。彈性鍵采用高強(qiáng)度鍛鋼材料制造，其設(shè)計(jì)思想要靠計(jì)算、加工、安裝等諸多環(huán)節(jié)加以保證后才能實(shí)現(xiàn)。由于彈性鍵為單個(gè)制造，生產(chǎn)過程中的變形及尺寸等存在個(gè)體差異，在冷態(tài)下安裝又不能保證鍵的充分接觸，因此熱打鍵后的彈性鍵的剛度和彈性也存在個(gè)體差異。目前已運(yùn)行使用了彈性鍵結(jié)構(gòu)的機(jī)組包括三峽左岸、右岸，水布椏等水電站，從已投運(yùn)機(jī)組的實(shí)際效果看，調(diào)整好的轉(zhuǎn)子重心與軸線位置在過速后、重新開機(jī)運(yùn)行后或停機(jī)后再開機(jī)時(shí)會發(fā)生偏移，且其偏移存在不確定性和隨機(jī)性，從而造成機(jī)組振動(dòng)、擺度偏大。東電根據(jù)以上各個(gè)電站的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在2008年生產(chǎn)轉(zhuǎn)子支架及磁軛鍵之前，對磁軛鍵的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了修改，修改后的轉(zhuǎn)子磁軛鍵見圖3。

圖3 磁軛鍵結(jié)構(gòu)示意

修改后的磁軛鍵采用傳統(tǒng)楔形熱打鍵結(jié)構(gòu)，即在轉(zhuǎn)子圓盤之間焊接完畢后，用廠家提供的專用銑床進(jìn)行支架主力筋的銑削，保證主力筋的半徑、向心及粗糙度，確保楔形磁軛大鍵安裝后與主力筋的接觸面積充分。這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在漫灣、大朝山、李家峽等電站的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上都已應(yīng)用，可以保證機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行，也是目前最安全可靠的結(jié)構(gòu)，金安橋水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子最終采用了傳統(tǒng)楔形熱打鍵結(jié)構(gòu)。

3 磁極鍵裝配的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

東電投標(biāo)的金安橋水電站轉(zhuǎn)子磁極鍵裝配設(shè)計(jì)為：在磁極的鴿尾處用一對楔形鍵將磁極固定在磁軛上，同時(shí)在磁極底部位置的磁軛上焊接擋塊，防止磁極高程發(fā)生變化；另在磁極鍵副鍵底部位置的磁軛上焊接擋塊，防止因磁極鍵串動(dòng)而引起磁極松動(dòng)?？偨Y(jié)其他電站轉(zhuǎn)子磁極鍵安裝并應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，如由于磁極擋塊焊接不牢固在運(yùn)行中甩出，將定子鐵心及線棒損壞，引起嚴(yán)重后果，又如在轉(zhuǎn)子安裝及檢修中，為了吊裝磁極，需要拔出磁極鍵，但楔形磁極鍵拔出很困難，且容易拔斷，施工不方便，并且磁極鍵固定磁極時(shí)接觸面積小受力不好，因此東電在2008年生產(chǎn)磁極鍵之前，對原設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改，修改后的轉(zhuǎn)子磁極鍵裝配采用一對鏈條鍵配合加墊片的方法固定磁極，同時(shí)在磁軛下壓板上安裝M36調(diào)節(jié)螺桿來調(diào)整磁極的安裝高程。這種結(jié)構(gòu)避免了焊接磁極擋塊存在的安全隱患，用調(diào)節(jié)螺桿調(diào)整磁極高程也更加方便。采用一對鏈條鍵配合加墊片的方法固定磁極時(shí)磁極鍵受力接觸面積增大，固定效果更好，檢修也方便，拔出磁極鍵時(shí)只需在磁軛下壓板上用頂絲頂松磁極鍵即可。