張 浩,周 穎,謝守斌,李傳法
安谷水電站的地理位置為四川省樂山市沙灣區(qū),距下游樂山市區(qū)約15 km,上游沙灣水電站相距約35 km,該電站主要包括4臺190 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組,是國產(chǎn)單機(jī)容量最大的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組[1]。轉(zhuǎn)子運(yùn)至現(xiàn)場焊接為一體后,在中心體外圓側(cè)疊裝磁軛,磁軛沖片厚度為4.5 mm,安裝時錯開一個磁極,照安裝圖紙的要求進(jìn)行一片及二片一疊。全部疊裝后,利用鉸制螺桿插入緊固為一體。
(1)安谷水電站轉(zhuǎn)子支架為1個中心體和4個外環(huán)件在現(xiàn)場組焊而成。焊縫主要由上下兩條環(huán)縫、17條立縫和上下各4條徑向縫及制動環(huán)安裝板4個立縫和徑向縫組成。焊縫應(yīng)力復(fù)雜。在現(xiàn)場焊接過程中應(yīng)注意利用焊接收縮和充分消除焊接應(yīng)力來控制變形。
(2)副立筋每臺機(jī)17個均勻布置,根據(jù)實(shí)測值配刨后與主立筋焊成整體。
(3)磁軛整圓由17張沖片組成,每張沖片上4個極。磁軛高度為1 833 mm。采用無風(fēng)扇磁軛徑向通風(fēng)方式,中間設(shè)有一道60 mm的風(fēng)道,磁極支撐安裝在此通風(fēng)道內(nèi)。
(4)通過磁軛鍵定位,疊裝過程中,每隔300~500 mm用導(dǎo)向銷檢查磁軛孔,不能通過,用沖頭整形到合格為止。
(5)磁軛分離轉(zhuǎn)速達(dá)到125%額定轉(zhuǎn)速,用加熱工具進(jìn)行加熱膨脹、達(dá)到熱打量(以徑向鍵打入后到指定長度)后停止加熱。自然冷卻后,切斷徑向鍵的多余長度。磁極鍵為長鍵結(jié)構(gòu)。工地打鍵時,確保磁極鍵、磁軛鍵的各自配合接觸面的配合緊量。
(6)在線圈兩側(cè)分別布置有擋風(fēng)板和線圈支撐,都緊固于磁軛通風(fēng)溝處的支撐塊上,兩者結(jié)構(gòu)相似,注意安裝位置不得混淆。
(7)裝配過程中,需要先確認(rèn)沒有出現(xiàn)接地和短路的情況下才可以進(jìn)行下一步工作。所以在磁極掛裝后的裝配過程中需要測量絕緣電阻。
(8)轉(zhuǎn)子的裝配歷時長,所以要進(jìn)行防銹處理。主要指機(jī)械加工面,包括制動環(huán)、中心體上下法蘭面等[2]。
副立筋的傾斜加工量及半徑尺寸的加工量受筋半徑及傾斜度的測量值的影響[3]。加工后,對預(yù)裝測量的副立筋外徑尺寸大小及傾斜度的值與設(shè)計值進(jìn)行比較,看是否滿足要求。若不滿足設(shè)計尺寸時,可二次加工或者調(diào)整副立筋等。副立筋配刨后實(shí)際半徑與設(shè)計半徑(5 595 mm)之間的誤差測量結(jié)果見表1。
表1 副立筋配刨后半徑測量結(jié)果
安谷水電站于2月23日測量副立筋半徑時,發(fā)現(xiàn)所有副立筋半徑均比設(shè)計值小0.7~0.8 mm,經(jīng)過多方查找原因,發(fā)現(xiàn)誤差是由于副立筋工作面是直線,與理論切圓的弧線有偏差造成的,詳見圖1。
為保證轉(zhuǎn)子安裝質(zhì)量,可通過在A面或B面加墊的方式進(jìn)行調(diào)整。若在A面加墊,副立筋邊沿半徑將大于設(shè)計值5 595 mm,且副立筋焊接后仍然會有少量變形無法控制。因此安谷水電站副立筋焊接完成后在B面加墊,這樣可以精確計算加墊的厚度。
圖1 工作面示意圖
轉(zhuǎn)子裝配過程中需要確保測量轉(zhuǎn)子中心體的水平到0.1 mm內(nèi)[4]。如果出現(xiàn)中心體水平不佳的情況,則在中心體與支墩間放入墊板微調(diào)。轉(zhuǎn)子安裝現(xiàn)場需將平衡塊裝到其中心體上,并擰緊力矩。安裝時使平衡塊的開坡口側(cè)正對中心體支架與立筋之間的焊縫側(cè)。平衡塊把合螺栓的矩形止動墊片暫時不鎖定,以便機(jī)組有水試驗(yàn)時調(diào)整平衡塊重量及安裝位置。扇形磁軛板的合縫部(計16處)設(shè)置支撐塊。在合縫位置約1 050 mm組合高度為標(biāo)準(zhǔn),調(diào)整千斤頂頂起高度。
4.2.1 磁軛鍵安裝
按照圖2配置磁軛支撐,并確定鍵安裝位置;將磁軛鍵壓板內(nèi)外側(cè)反裝在中心體的下側(cè),支撐“T”型鍵,并將打入鍵預(yù)裝在其兩側(cè)。將組合好后的磁軛鍵的鍵插入轉(zhuǎn)子中心體的鍵槽部,確認(rèn)沒有卡住。
4.2.2 磁軛片疊裝
圖2 磁軛示意圖
磁軛疊裝采用一周17分瓣,兩端及極間擋風(fēng)板處,相鄰層間需要錯開一個磁極。安裝前需在轉(zhuǎn)子中心體的凸緣部涂抹潤滑脂。調(diào)整磁軛片水平,使磁軛片外圈比內(nèi)圈高1至1.5 mm,螺桿固定塊,磁極止落塊放入處每層一張一疊,采取相鄰層間錯開一個磁極的疊裝方式[5]。疊裝磁板時,按照圖紙放入螺桿固定塊、磁極止落塊(安裝磁極用)。每疊一張磁板時,在磁板的拉緊螺栓孔內(nèi)使用定位銷進(jìn)行整形,使磁板對齊。疊裝部分磁板后需及時留意磁軛高程與支撐位置,確保水平。疊加厚度達(dá)到1/2和全長時,在兩個磁極的拉緊螺栓孔內(nèi)放入預(yù)裝的雙頭螺栓,測量管子(1/2疊裝厚度)壓裝引起的磁板厚度的收縮量和各磁極位置上的疊加厚度。
磁軛片有四種規(guī)格,一種普通的,采用兩片一疊,另外三種分別帶有如圖3所示的孔。各種疊片位置及方式要嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行,同時在各孔處正確放置對應(yīng)的支撐塊。
對于疊加的實(shí)際操作和圖紙指示的差值,通過增減磁軛板來減小誤差。為確保已經(jīng)疊裝的磁軛片處于水平,在每100 mm的疊裝厚度時,及時調(diào)整磁軛支撐的高度與位置,使其下表面的水平誤差不超過1 mm(包括徑向和圓周方向)。磁軛片每疊裝100 mm高度時將整形銷打入磁軛板的拉緊螺栓孔內(nèi)對磁軛沖片進(jìn)行整形和準(zhǔn)確定位。
圖3 磁軛片規(guī)格
為確保對稱性,整形銷整形之前需要定位。導(dǎo)向棒的位置根據(jù)圓周四等分進(jìn)行定位,對其相對稱方向的位置孔整形銷整形,放入導(dǎo)向棒。每隔一個磁極放入一根導(dǎo)向棒(1根/2磁極),內(nèi)外孔互相錯位。在所有磁極位置上放入導(dǎo)向棒后,每個磁極一、二處用整形銷(沖頭)用大錘打進(jìn)拉緊螺栓孔內(nèi),使磁軛板位置一致。壓緊螺栓整形后,需要用壓縮空氣來吹掃在整形過程中的切屑。磁軛疊加厚度在對齊疊裝的磁軛板后仍然需要測量。在放入拉緊螺桿后安裝磁極支撐。最后緊固螺桿并確定磁軛中心。
磁極安裝前先對磁極進(jìn)行清掃工作,包括鴿尾、鴿尾槽等外表面。磁極掛裝前需要確保干燥度,干燥度不夠可用帆布遮蓋、大直流焊機(jī)干燥等措施[5]。磁極修整后,按照之前的磁極標(biāo)記,將磁極垂直吊起,緩慢地裝入鴿尾槽內(nèi)。在這一過程中確保磁極鴿尾與其貼合。為避免重量失衡,需要在轉(zhuǎn)子相對2至3個位置輪流安裝。起吊過程中注意避免重要部件如法蘭、各個連接片等的碰損。
磁極吊裝后,完成磁極鍵打入工序。打入磁極鍵前需要以下準(zhǔn)備:修整磁極鍵并除去突起物;放入磁極時用500 V高阻表分別測量各磁極相關(guān)電壓及絕緣電阻,確保檢測值合格。
在打入磁極鍵時,選擇專人進(jìn)行工作,需要確保磁極鍵的接觸情況并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。打入過程中,確保磁極鍵接觸緊密牢固。當(dāng)所有的磁極鍵按照要求打入后進(jìn)行打磨工作。如果部分的轉(zhuǎn)子中心體有凸起,可先進(jìn)行切斷后進(jìn)行打磨。打磨過程同樣需要注意,避免工作時產(chǎn)生的切屑進(jìn)入磁極線圈匝間等地方。作業(yè)人員必須使用保護(hù)用具,避免因?yàn)殍F屑飛濺傷人,并需要對磁極使用護(hù)板以保護(hù)磁極。
完成磁極線圈連接和裝配,安裝好擋風(fēng)板及完成轉(zhuǎn)子的清漆處理后,進(jìn)行轉(zhuǎn)子的耐電壓試驗(yàn),吊入轉(zhuǎn)子。吊入轉(zhuǎn)子前,有對人員配置、對行車操作員的指示、聯(lián)絡(luò)方法等進(jìn)行充分協(xié)商同時有必要仔細(xì)地檢查、清掃定子鐵心極線圈(特別是通風(fēng)道和線圈端部)。首先在轉(zhuǎn)子上用12-M80的螺栓安裝起吊軸。然后將起吊軸通過卡環(huán)與起吊平衡梁連接。
起吊平衡梁上安裝兩臺行車的掛鉤,稍微吊起調(diào)整兩臺行車使吊梁達(dá)到水平。然后連接兩臺行車。將轉(zhuǎn)子稍稍吊起,用分度標(biāo)尺測量轉(zhuǎn)子與支撐臺之間的距離,確認(rèn)轉(zhuǎn)子的起吊水平。萬一轉(zhuǎn)子起吊水平不好時,應(yīng)設(shè)法在轉(zhuǎn)子上設(shè)置小的楔子板,以達(dá)到平衡。在轉(zhuǎn)子與定子的間隙上,把厚20 mm×寬100 mm×2 000 mm左右的木板等作為襯墊放入定子上圓周8等分的位置,確保轉(zhuǎn)子在水平姿態(tài)慢慢地放下。首先用事先埋入的二者的直接螺栓(裝有M140-M130雙頭螺栓/纏著壓力紙板的襯套)操作升降桿,使發(fā)電機(jī)大軸對準(zhǔn)放下的轉(zhuǎn)子位置。慢慢放下轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子下面與發(fā)電機(jī)大軸上表面間的間隙約為30 mm時,把角尺放在發(fā)電機(jī)大軸與轉(zhuǎn)子下法蘭面的外圓,使轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)發(fā)電機(jī)大軸。轉(zhuǎn)子定中心后,現(xiàn)場調(diào)整轉(zhuǎn)子位置后與大軸同鉸?230的孔,將轉(zhuǎn)子落到發(fā)電機(jī)大軸上??梢允褂寐?lián)接螺栓和螺母等把轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)大軸臨時把緊。然后從轉(zhuǎn)子上拆除起吊平衡梁,并移出機(jī)坑外。調(diào)整上下導(dǎo)軸承后測量氣隙。
轉(zhuǎn)子安裝是水電站安裝的重要組成部分。安谷水電站在轉(zhuǎn)子安裝過程中,對副力筋配刨、磁軛片疊裝等關(guān)鍵工序進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量把控,對引起副立筋配刨誤差的原因進(jìn)行了深入分析并提出了解決措施,確保了轉(zhuǎn)子磁軛疊片高度偏差在±2 mm以內(nèi),磁極絕緣電阻大于5 MΩ,磁極中心高程偏差≤±1.5 mm,為后期機(jī)組安全運(yùn)行提供了基礎(chǔ)保障。其副力筋配刨、熱打鍵等施工工藝可供大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組安裝借鑒參考。
[1]覃國茂,程相,潘虹.超大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組定子組裝工藝[J].水電能源科學(xué),2017(2):178-180.
[2]賴廣棟.電站中轉(zhuǎn)子磁極鐵芯更換檢修法的技術(shù)探討[J].廣東科技,2008(3):116-117.
[3]GB/T 8564-2003.水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].
[4]吳強(qiáng),徐禮達(dá),黎家金.皂市水電站水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝工藝[J].人民長江,2008(10):34-36.
[5]周若愚.大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場安裝工藝研究[J].水電站機(jī)電技術(shù),2015(4):38-41.
[6]鄭守平.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場安裝技術(shù)[J].通訊世界,2015(15):120-121.