王 承，李佳佳，王光彬，李興易

(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 前 言

錦屏二級(jí)水電站發(fā)電機(jī)由天津阿爾斯通設(shè)計(jì)制造，總裝機(jī)容量為4 800MW(8×600MW)。轉(zhuǎn)子支架為圓盤式斜立筋結(jié)構(gòu)，斜立筋結(jié)構(gòu)具有彈性，能同時(shí)承受徑向力和切向力，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行受熱向徑向膨脹，使轉(zhuǎn)子向斜向支臂阻力最小的方向扭轉(zhuǎn)，不但改善了轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力，而且使轉(zhuǎn)子在徑向方向能自由、同心地均勻熱膨脹，提高了發(fā)電機(jī)的同心度。磁軛由經(jīng)鈍化處理厚4mm的高強(qiáng)度矽鋼片在現(xiàn)場(chǎng)疊裝而成，磁軛及轉(zhuǎn)子支架采用主鍵及副鍵配合方式進(jìn)行周向固定，熱加墊過(guò)盈配合保證了轉(zhuǎn)子磁軛與支架的整體剛度。轉(zhuǎn)子磁軛熱套主要技術(shù)參數(shù)如下:

2 熱加墊原理

磁軛熱加墊采用傳統(tǒng)的電熱板加熱，使磁軛與支架之間形成溫差，磁軛受熱膨脹，即與支架之間形成間隙，當(dāng)膨脹間隙達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，立即在主鍵背后進(jìn)行加墊并打入主鍵，鎖定副鍵后自然均勻降溫，使轉(zhuǎn)子支架和磁軛通過(guò)主鍵形成過(guò)盈配合。轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)行過(guò)程中，磁軛受到較大的離心力作用，會(huì)導(dǎo)致磁軛產(chǎn)生徑向變形，為保證機(jī)組穩(wěn)定，必須使轉(zhuǎn)子磁軛和支架緊密結(jié)合在一起，通過(guò)加墊形成過(guò)盈配合的方式以增加轉(zhuǎn)子整體剛性，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

加墊形成的過(guò)盈量是控制熱打鍵效果的關(guān)鍵因素。錦屏二級(jí)機(jī)組轉(zhuǎn)速較高，如果過(guò)盈量過(guò)大，則轉(zhuǎn)子支架主立筋的應(yīng)力就會(huì)上升;如過(guò)盈量過(guò)小，當(dāng)機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速或在過(guò)速狀態(tài)下時(shí)，極有可能造成支架與磁軛分離，釀成重大安全事故。同時(shí)，在轉(zhuǎn)子加熱過(guò)程中，磁軛受熱不均勻會(huì)使轉(zhuǎn)子局部膨脹過(guò)快，轉(zhuǎn)子成為橢圓形，導(dǎo)致空氣間隙不均勻，降低機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。另外，如果加墊尺寸計(jì)算錯(cuò)誤，冷卻收縮后同樣會(huì)形成橢圓。因此，加溫和加墊測(cè)量計(jì)算是熱加墊的關(guān)鍵。

3 關(guān)鍵工藝控制

3.1 加墊量計(jì)算及精度補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

錦屏二級(jí)轉(zhuǎn)子共18根主鍵，加熱前需提前將每個(gè)凸鍵的墊片準(zhǔn)備好，并進(jìn)行配對(duì)編號(hào)。配墊的關(guān)鍵在于加墊量的確定，需現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。進(jìn)行間隙測(cè)量時(shí)，為避免磁軛發(fā)生位移變形，不宜將所有主鍵全部拔出，至少預(yù)留對(duì)稱6根主鍵，并打緊副鍵鎖定，保證磁軛疊裝尺寸。磁軛與副立筋之間間隙測(cè)量存在無(wú)凸鍵和有凸鍵兩種情況:

(1)無(wú)凸鍵定位:測(cè)量時(shí)須分別測(cè)量副立筋與磁軛之間上、中、下三點(diǎn)的間隙。錦屏二級(jí)主鍵長(zhǎng)約3 430mm，測(cè)量點(diǎn)分布由上而下分別為距上端800mm、1 600mm，距下端800mm。加墊量的計(jì)算公式為:δ=K+α1－(Rn－R平均)－α2，式中 δ—加墊厚度;K—過(guò)盈量;α1—磁軛與副立筋實(shí)測(cè)間隙值;Rn—凸鍵對(duì)應(yīng)位置磁軛實(shí)測(cè)半徑;R平均—磁軛整體平均半徑;α2—主鍵實(shí)測(cè)厚度。

(2)有凸鍵定位:重新對(duì)稱放入6根主鍵，拔出原定位的6根主鍵，測(cè)量及計(jì)算方法同上。如為施工方便，不取出主鍵，可利用塞尺分別測(cè)量主鍵與磁軛和副立筋之間的間隙。加墊量計(jì)算公式為:δ=K－(Rn－R平均)+α1+α2，式中 δ—加墊厚度;K—過(guò)盈量;Rn—凸鍵對(duì)應(yīng)位置磁軛實(shí)測(cè)半徑;R平均—磁軛整體平均半徑;α1—主鍵與副立筋實(shí)測(cè)間隙值;α2—主鍵與磁軛實(shí)測(cè)間隙。

上述即為加墊量的確定方法。在轉(zhuǎn)子熱套工藝中，常采用實(shí)測(cè)半徑與設(shè)計(jì)半徑比較后進(jìn)行加墊，計(jì)算公式為:δ=K+α1－(Rn－R設(shè)計(jì))－α2。采用設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可能出現(xiàn)各部位加設(shè)的墊片尺寸差值較大，熱套冷卻后出現(xiàn)局部過(guò)盈量較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子支架局部應(yīng)力集中及橢圓度較大，不利于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。錦屏二級(jí)采用平均半徑進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，降低應(yīng)力集中點(diǎn)，同時(shí)可很好地調(diào)整轉(zhuǎn)子熱加墊后的圓度，進(jìn)而最大限度保證了轉(zhuǎn)子磁軛圓度和空氣間隙均勻。

特殊情況下在進(jìn)行上述常規(guī)加墊計(jì)算后，可根據(jù)實(shí)際磁軛疊裝尺寸采取加設(shè)階梯墊的方式進(jìn)行垂直度和轉(zhuǎn)子整體偏心的精度補(bǔ)償。進(jìn)行階梯墊確定時(shí)，測(cè)量間隙時(shí)分別在上下兩端300mm左右各增加一個(gè)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際測(cè)量值分段加設(shè)階梯墊，用于補(bǔ)償上下垂直度偏差和整體偏心，達(dá)到優(yōu)化打套后磁軛垂直度和同心的效果。

3.2 配墊準(zhǔn)備

間隙測(cè)量計(jì)算完成后，即根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行配墊。配墊時(shí)，將副立筋和磁軛鍵對(duì)應(yīng)順序編號(hào)，將調(diào)整墊片安裝在磁軛凸鍵上。墊片的固定非常重要，否則將導(dǎo)致加墊失敗。且不宜將有效長(zhǎng)度內(nèi)的墊片過(guò)多分段。如須加配階梯墊，階梯墊對(duì)接接頭必須無(wú)間隙，且相鄰接頭的墊片厚度不宜相差過(guò)大，一般控制在0.3mm內(nèi)最為適宜，避免出現(xiàn)局部空隙，影響加墊的收緊效果。

3.3 加溫及漲量監(jiān)測(cè)

(1)溫度控制:加熱板沿磁軛高度方向鋪設(shè)在磁軛上下及外表面。為保證磁軛均勻膨脹，加熱過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格控制溫升，每隔30min或1h進(jìn)行一次溫度記錄，要求溫升控制在5～10℃/h。如果單位時(shí)間內(nèi)溫升過(guò)快，磁軛外表面溫度上升也較快，受傳熱性能影響，熱量無(wú)法及時(shí)傳遞，而磁軛內(nèi)側(cè)溫度較低，內(nèi)外溫差過(guò)大，將因磁軛漲量不均勻而導(dǎo)致磁軛膨脹成橢圓，影響疊裝圓度;同時(shí)，加熱板多分為幾組，組內(nèi)串聯(lián)接線，一旦有加熱板損壞，就會(huì)導(dǎo)致該組加熱板整體斷電，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，同樣會(huì)造成磁軛橢圓膨脹。故加熱時(shí)，施工人員必須定期利用紅外線測(cè)溫槍檢查加熱板運(yùn)行情況，保證加熱裝置正常運(yùn)行。

(2)漲量監(jiān)測(cè):加溫約8～10h后，每隔半小時(shí)測(cè)量一次漲量，當(dāng)漲量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)開始加墊。加墊時(shí)，必須對(duì)稱同步進(jìn)行，以免造成磁軛偏心。進(jìn)行漲量監(jiān)測(cè)分析時(shí)，應(yīng)選取墊片及主鍵厚度最大的點(diǎn)，如加設(shè)有階梯墊，則取該根主鍵和墊片總體最大點(diǎn)為控制點(diǎn)。以錦屏二級(jí)1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子熱套為例，18號(hào)主鍵加墊形式為階梯墊，加墊厚度參見表1。

由表1可見，18號(hào)主鍵最大加墊厚度位于底部300mm段，加墊厚度為4.5mm。因主鍵和墊片熱套時(shí)由上端插入，故該部位監(jiān)測(cè)漲量必須達(dá)到5.5mm方能順利加墊。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，磁軛底部間隙漲量往往小于上部漲量，經(jīng)分析，主要是由于加熱時(shí)熱氣流上升，熱量集中于保溫被頂部，上部間隙漲量往往大于下部間隙，故測(cè)量時(shí)一般以下部間隙是否達(dá)到衡量膨脹量為標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 熱加墊

在加墊過(guò)程中，由于凸鍵與磁軛的配合間隙較小，直接加墊比較困難，為了順利加墊，采取了以下措施:

(1)將墊片下端彎折于磁軛主鍵下面，并與其焊接牢靠。

(2)在主鍵及墊片表面抹上二硫化鉬后放入對(duì)應(yīng)位置，必要時(shí)可以進(jìn)行適當(dāng)錘擊。根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，錦屏二級(jí)1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子加墊厚度一般在4.5mm左右，當(dāng)加熱達(dá)到膨脹間隙后墊片與主鍵一并插入。但在實(shí)際操作過(guò)程中，因墊片較長(zhǎng)且厚度較薄，易發(fā)生彎折及脫落現(xiàn)象，無(wú)法順利地穿配就位。為便于墊片和主鍵同時(shí)穿配，技術(shù)人員在配墊過(guò)程中，將墊片整體與主鍵背部貼緊并壓緊后采用氬弧焊分段點(diǎn)焊在主鍵背部;而墊片一般由幾層組成，薄墊片必須放在靠近主鍵的一側(cè)，厚墊片放在最外側(cè)，即可避免穿配主鍵時(shí)因墊片剛性較差而產(chǎn)生彎折或脫落。

(3)如膨脹間隙遲遲達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，可以對(duì)轉(zhuǎn)子支架用冰塊或水降溫，使其與磁軛產(chǎn)生間隙。

(4)主鍵和墊片安裝完成后，在打入副鍵過(guò)程中應(yīng)注意安裝主鍵卡板，防止主鍵一起向下運(yùn)動(dòng)。為防止卡鍵與主鍵鎖定槽出現(xiàn)間隙，在冷卻過(guò)程中，定時(shí)用銅錘敲擊主鍵，消除冷卻過(guò)程中出現(xiàn)的殘余間隙。副鍵應(yīng)與主鍵緊密貼合，副鍵鍵入深度和貼合程度必須達(dá)到80%以上?？衫弥z查貼合情況，如無(wú)法順利貼合，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)修磨試配，直至達(dá)到要求。

3.5 降溫及溫控

加墊后停止加熱，控制降溫不大于10℃/h。至室溫后，再次進(jìn)行冷打鍵檢查，對(duì)轉(zhuǎn)子磁軛拉緊螺栓再次壓緊，并檢查磁軛半徑和計(jì)算圓度、同心度，檢查下壓板水平度。

4 實(shí)際控制效果

通過(guò)精確測(cè)量、精心配墊，嚴(yán)格加熱、加墊、冷卻等關(guān)鍵工序的控制，錦屏二級(jí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛圓度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)控制遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)，以2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子為例，主要技術(shù)參數(shù)參見表2。

表2 2號(hào)轉(zhuǎn)子磁軛主要技術(shù)參數(shù) mm

5 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)大容量機(jī)組轉(zhuǎn)速均較低，唯有錦屏二級(jí)比較特殊，最高水頭達(dá)318m，轉(zhuǎn)速達(dá)166.7r/s。轉(zhuǎn)子是機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)鍵部件，組裝難度較大，技術(shù)要求高，特別是熱加墊工藝質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。熱加墊工藝雖然在大中型機(jī)組中已得到廣泛應(yīng)用，但錦屏二級(jí)工藝比較特殊，經(jīng)增加階梯墊片調(diào)整了轉(zhuǎn)子的垂直度和圓度，使熱加墊后轉(zhuǎn)子的各技術(shù)參數(shù)均達(dá)到優(yōu)良水平。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)各道工序的過(guò)程監(jiān)督控制尤為重要。