閆建坡，翁焰成，陳可建

（湖南云箭集團有限公司，湖南 長沙410100）

1 概述

仙城水電站是我公司自主生產(chǎn)制造的越南水輪發(fā)電機組項目之一，屬于燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，發(fā)電機單機容量8 250 kW，極數(shù)60，額定電壓6.3 kV，額定轉(zhuǎn)速100 r/min，定子機座外徑5 200 mm，采用貼壁結(jié)構(gòu)，定子鐵心裝配在廠內(nèi)完成。下面就越南仙城2號機為例，針對燈泡貫流式水輪發(fā)電機定子鐵心焊筋、疊裝工作在廠內(nèi)裝配的工藝方法進行闡述。

定子鐵心是水輪發(fā)電機定子的一個重要部件，它是磁路的主要組成部分并用以固定繞組，在發(fā)電機運行時，鐵心要受到機械力、電磁力、熱應力等的綜合作用。越南仙城2號機定子鐵心由扇形片、鴿尾筋、齒壓板、絕緣拉緊螺桿等零部件裝壓而成。定子機座無環(huán)板，81根鴿尾筋直接焊接于定子機座內(nèi)壁上面，下游側(cè)齒壓板外端卡在機座環(huán)槽內(nèi)，上游側(cè)齒壓板浮動，81根絕緣拉緊螺桿將前、后齒壓板及扇形片壓緊成整體并彼此絕緣隔離，定子鐵心通風孔開在扇形片兩槽之間，定子鐵心結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 定子鐵心示意圖

2 工藝流程

定子鐵心裝配工藝流程見下頁圖2。

3 工藝準備

發(fā)電機在運行時，若定子鐵心的圓度偏差，則會影響電流波形、磁拉力而產(chǎn)生機組振動問題，所以，在裝配時對定子鐵心的圓度控制一般較為嚴格。我公司在進行越南仙城2號機定子鐵心廠內(nèi)裝配時，為確保定子鐵心裝配質(zhì)量，利用中心測圓架輔助檢測，主要針對定子機座的水平度、中心柱垂直度及中心柱與定子機座的同軸度幾個方面進行工藝控制，要求定子機座水平度≤0.02 mm/m，中心柱垂直度≤0.03 mm/m，中心柱與定子機座同軸度≤0.05 mm，全部滿足要求后才能繼續(xù)后道工序。

3.1 中心測圓架安裝

中心測圓架如下頁圖3所示，使用時將其組裝起來并吊入定子機座內(nèi)，底座固定在裝配平臺上面，位置調(diào)定后用壓板壓緊，中心柱中心必須與定子機座中心重合，安裝位置可以通過中心柱與底座之間的調(diào)節(jié)螺栓進行微調(diào)，轉(zhuǎn)動支座在中心柱上面可上、下移動，與測桿配合用于測量上、中、下各測量點，測桿伸出距離較長時則需在尾部增加配重，以避免測桿撓度對測量精度的影響。

圖2 定子鐵心裝配工藝流程圖

圖3 中心測圓架

中心測圓架在使用過程中，為確保測量的準確性應分階段進行校準。

3.2 定子機座水平度調(diào)整

定子鐵心裝配前需先調(diào)整定子機座水平度，如圖4所示，即先將8塊楔塊式調(diào)整墊鐵高度調(diào)節(jié)基本一致，按定子機座下游側(cè)法蘭面位置均布，然后將定子機座下游端法蘭面朝下吊于8塊楔塊式調(diào)整墊鐵上面，定子機座+X、+Y、-X、-Y位置分別與其中4塊楔塊式調(diào)整墊鐵對應，用精度為0.02 mm/m的框式水平儀在定子機座上游側(cè)法蘭面的+X、+Y、-X、-Y位置檢查四個方向的水平度。使用框式水平儀檢查定子機座水平度時，根據(jù)氣泡偏移的方向判定定子機座4個方位的高低情況，通過調(diào)節(jié)楔塊式調(diào)整墊鐵的調(diào)節(jié)螺桿，帶動斜鐵移動實現(xiàn)調(diào)節(jié)機座高度的目的?？蚴剿絻x在同一個位置測量時，為消除測量誤差，每測量一次應掉頭重復測量一次，測量數(shù)據(jù)取兩次測量結(jié)果的平均值，待4個方位完成測量后，根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行換算，得出綜合水平偏差，由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子重量較重為35.8 t，以及主軸自重力影響產(chǎn)生撓度，發(fā)生方位為-Y方向，所以，定子機座水平偏差傾斜方位應與其一致。

圖4 定子機座水平度調(diào)整示意圖

如下頁圖5所示，為我公司越南仙城2號定子機座水平度調(diào)整的數(shù)據(jù)，經(jīng)分析后綜合水平度偏差0.021 mm/m，整體傾斜位置在-X、-Y區(qū)間，與-Y軸的夾角為5.44°。

3.3 中心柱垂直度調(diào)整

中心柱裝在定子機座內(nèi)，作為安裝鴿尾筋及鐵心疊裝的檢查、測量工具，有必要對其安裝精度進行嚴格控制，所以，我公司在越南仙城2號機定子鐵心裝配過程中，要求中心柱的垂直度偏差不大于0.03 mm/m。

圖5 定子機座水平度調(diào)整分析

中心柱垂直度的調(diào)整采用3種方法，①用框式水平儀靠在中心柱上面，分別從X、Y四個方位進行測量，找出偏斜的方位并調(diào)節(jié)底座調(diào)整螺栓進行校正；②在測桿上面裝百分表，沿定子機座上游側(cè)法蘭端面轉(zhuǎn)一圈，根據(jù)法蘭端面的垂直跳動來檢查中心柱的垂直度，驗證其與方法一的結(jié)果是否一致；③采用吊鋼琴線的方法，在中心柱上端面裝橫桿，鋼琴線固定在橫桿一端，下端掛重錘并浸在機油中，將測量桿與耳機連接，分別在X、Y方向進行測量。3種方法互相驗證，最終使中心柱調(diào)整到位并符全要求。

3.4 中心柱與定子機座同軸度調(diào)整

中心柱與定子機座的同軸度調(diào)整是為了確保定子鐵心與定子機座的中心重合，同軸度偏差同樣影響鴿尾筋與定子鐵心的測量結(jié)果，所以，我公司在越南仙城2號機定子鐵心裝配過程中，要求中心柱的同軸度偏差不大于0.05 mm/m。同軸度檢查即在中心柱測桿一端裝百分表，沿定子機座上游側(cè)法蘭內(nèi)圓轉(zhuǎn)動，根據(jù)百分表的跳動情況判定中心柱的偏移方位，通過調(diào)整底座的調(diào)節(jié)螺栓使中心柱位置徑向移動，反復檢查以達到中心柱與定子機座的同軸度要求。

4 鴿尾筋安裝

4.1 裝基準筋

確定基準筋安裝位置，在定子機座內(nèi)壁上劃出基準筋所在位置中心線，并劃出1號鴿尾筋中心線，根據(jù)中心線對正預裝鴿尾筋，1號鴿尾筋高度位置需符合圖紙要求，用壓緊工裝將1號鴿尾筋上、下固定（避開塞焊孔及鐵心預疊段），壓緊工裝點焊在定子機座內(nèi)壁上面，反復調(diào)整鴿尾筋，用吊鋼絲的方法在鴿尾筋上、中、下三個位置進行測量，檢查鴿尾筋的周向垂直度，偏差值應≤0.05 mm/m，并使鴿尾筋兩側(cè)至中心柱的距離一致。

由于定子機座內(nèi)壁噴鋁厚度存在不均勻，鴿尾筋不能完全貼在定子機座內(nèi)壁上面，造成鴿尾筋各部位的內(nèi)徑尺寸偏差，為確保定子鐵心疊片后的內(nèi)徑尺寸符合要求，鴿尾筋在安裝時整條的內(nèi)徑尺寸需達到圖紙要求。若噴鋁層較厚則會造成鴿尾筋內(nèi)徑尺寸偏小，需對噴鋁層進行局部修磨，若鴿尾筋內(nèi)徑尺寸偏大，則需在鴿尾筋與定子機座壁之間加墊墊片進行調(diào)整。

1號鴿尾筋調(diào)整到位符合工藝要求之后，需要先對其進行點焊固定，考慮焊接會導致鴿尾筋變形，在點焊時必須嚴格控制焊接順序及部位，先點焊中間位置的塞焊孔，再分別逐個向上、下端點焊各塞焊孔，每個塞焊孔點焊4點，先焊過鴿尾筋中心線的上、下2點，然后再點焊塞焊孔的左、右2點。另外，在裝配過程中發(fā)現(xiàn)鴿尾筋塞焊后內(nèi)徑會變大，一般會有0.2 mm左右，分析后得知這與鴿尾筋與機座之間的間隙有關，為減小焊接后鴿尾筋內(nèi)徑尺寸的偏差，采用金屬修補劑填充間隙的方法，待金屬修補劑固化后與鴿尾筋和定子機座粘合為整體時再進行塞焊，焊接后檢查鴿尾筋的內(nèi)徑尺寸變化僅為+0.05 mm。

4.2 裝其余筋

由于鴿尾筋的厚度較薄為14 mm，且直接焊在機座壁上面，操作空間較小，若按大、小等分的裝筋方法，不利于裝夾、調(diào)整和小弦距測量，所以在對該種機組裝筋時我公司采用預疊鐵心段的方法，實施效果良好，如下頁圖6所示。

預疊鐵心段即是在鐵心部分的下部和中上部位置分別預疊約50 mm高的兩段鐵心，利用定子鐵心鴿尾槽粗定位并裝入其余的全部鴿尾筋。具體操作是先將下游側(cè)齒壓板裝入定子機座的環(huán)槽，齒壓板下面用機械千斤頂及工裝支撐，計算出鴿尾筋下端面與齒壓板之間的距離，用相應規(guī)格的墊塊放在齒壓板對應鴿尾筋的位置，然后預疊50 mm高鐵心，用定位棒將鐵心整形、定位后，在中上部的適當位置再預疊50 mm高鐵心，兩段鐵心之間用工裝支撐隔離，同樣用定位棒整形、定位后把所有的鴿尾筋穿入鐵心的鴿尾槽內(nèi)，下端落在墊塊上面，用壓緊工裝將所有鴿尾筋預壓緊固定，逐個微調(diào)鴿尾筋與鴿尾槽的間隙以及鴿尾筋的垂直度、弦距、內(nèi)徑尺寸等。根據(jù)工藝要求，鴿尾筋的垂直度應≤0.10 mm，相鄰兩鴿尾筋之間的等分弦距偏差≤0.15 mm，全部符合要求后按基準筋點焊的方法把所有的鴿尾筋進行點焊固定，待拆除預疊的鐵心段、齒壓板及工裝后，再點焊被鐵心段遮擋處的塞焊孔。

圖6 預疊鐵心裝其余鴿尾筋

4.3 滿焊鴿尾筋

鴿尾筋必須與定子機座壁牢靠的焊在一起，以防鴿尾筋脫落造成事故。為減小變形，保證焊接質(zhì)量，鴿尾筋滿焊時除了需按點焊時的方法操作之外，需分四層焊接，焊接參數(shù)如表1所示。

表1 鴿尾筋滿焊工藝參數(shù)

所有鴿尾筋滿焊后檢查相關尺寸，內(nèi)徑偏差在0.2 mm左右，因鴿尾筋寬度尺寸偏差較大，同一高度上的弦距偏差≤0.35 mm，基本符合要求。

為提高焊接效率，在滿焊時由兩人同時焊接，按順時針方向，根據(jù)點焊時塞焊的順序依次焊接，兩人同時焊完第1層后再焊接第2層、第3層、第4層，步調(diào)保持一致，直至所有的鴿尾筋全部焊接完成。

5 定子鐵心疊裝

5.1 定子鐵心首末段疊裝

定子鐵心首末部分在壓裝后齒部壓緊度一般較差，扇形片之間易產(chǎn)生間隙而影響定子鐵心性能，為解決這一問題而引入了扇形片粘結(jié)技術。按照設計要求，扇形片粘結(jié)高度為30 mm，先將下游側(cè)齒壓板裝入環(huán)槽后，下面用機械千斤頂及工裝支撐，調(diào)整周向所有齒壓板上平面水平度及在環(huán)槽內(nèi)的間隙，然后在齒壓片上平面先擺一層扇形片，用毛刷在扇形片上表面均勻涂刷一層硅鋼片膠粘劑，再繼續(xù)1/3錯開疊一層扇形片并刷一層硅鋼片膠粘劑，依次疊一層刷一層，直至達到30 mm高度停止，裝預壓壓板工裝，穿入預壓螺桿將已涂刷硅鋼片膠粘劑的鐵心段壓緊。

定子鐵心預壓緊后，在槽內(nèi)會有多余膠擠出，這時需要用干凈的布蘸丙酮或酒精將余膠清理干凈，以免固化后減小定子鐵心槽形尺寸，影響定子線圈的嵌裝。由于定子機座操作空間小，余膠一旦固化后，清理的時候非常不方便，耗工廢時。所以，若預壓后發(fā)現(xiàn)有多余膠擠出應立即清理干凈。

5.2 定子鐵心首末段烘焙固化

硅鋼片膠粘劑是以環(huán)氧樹脂為基材，使用時與固化劑調(diào)合而成，機械強度高，電氣性能好，室溫可固化，但固化時間相對較長，在使用時為提高生產(chǎn)效率一般采用加溫的方式快速固化。

定子鐵心首末段涂膠壓緊后應立即在定子機座內(nèi)裝入加熱元件，我公司采用履帶式加熱器和電熱管加熱，用石棉布或帆布將定子機座全部遮蓋包裹嚴密，機組較小時也可以直接吊入烘箱，然后通電加熱，溫度控制在60±5℃為宜，保溫12 h（根據(jù)硅鋼片膠粘劑工藝參數(shù)定），加熱溫度不可太高，否則硅鋼片膠粘劑會變質(zhì)為泡沫狀，粘結(jié)性能變差、變脆；溫度偏低則不能充分固化，延長了生產(chǎn)周期。

5.3 中間段定子鐵心疊裝

拆除首段涂膠段鐵心預壓工裝后，開始疊裝中間鐵心段，該部分疊裝不需涂刷硅鋼片膠粘劑，均按1/3間隔錯開逐層逐片進行疊裝。為確保定子鐵心內(nèi)徑要求，在疊裝過程中按每疊50 mm高度整形一次，并依次打入定位棒，保證槽形尺寸，同時對剛疊裝的50 mm高鐵心段按圓周分布16個點檢查鐵心內(nèi)徑。

越南仙城2號機組定子鐵心長度為980 mm，因該機組通風冷卻方式與常規(guī)機組不同，定子鐵心徑向方向沒有設置通風槽，而是將通風槽設計在扇形片兩槽之間，軸向通風冷卻結(jié)構(gòu)，所以該機組定子鐵心全部由扇形片連續(xù)疊裝而成，也正是如此，考慮定子鐵心整體壓裝時可能會出現(xiàn)壓緊度偏差的情況，采取在疊裝過程中進行分段預壓，即中間段定子鐵心分別在465 mm和900 mm高鐵心段處分兩次進行預壓緊，預壓緊力須保持12 h，方可松開螺母，拆出預壓工裝，以確保定子鐵心壓裝質(zhì)量。

6 緊固件止動

水輪發(fā)電機組運行過程中，定子鐵心受機械力、電磁力的影響而產(chǎn)生振動，這是一種非常有害的現(xiàn)象，過分的振動會使零部件產(chǎn)生松動或疲勞斷裂，嚴重威脅著機組的運行安全。即然這是不可避免的問題，為防止緊固件的松動，采取合理的止動措施是很有必要的。在該機定子鐵心中需要進行止動的緊固件主要有2個，如圖7所示，①前、后齒壓板調(diào)節(jié)螺栓，螺母采用單耳止動墊片，一端翻角與螺母貼住，一端點焊在齒壓板上面；②拉緊螺桿，最終壓緊后螺母與螺桿采用止動輥，兩端分別與螺母和拉緊螺桿端面焊接在一起。

圖7 定子鐵心緊固件止動位置

但是，點焊止動輥時需要注意，止動輥擺放位置必須在定子鐵心的外側(cè)方向，不可擺放在定子鐵心內(nèi)側(cè)，以免與定子線圈的安全距離不夠，發(fā)生“爬電”現(xiàn)象而造成事故。

7 定子鐵心裝配的關鍵控制點及難點

7.1 中心柱與定子機座基準調(diào)整

中心柱是安裝鴿尾筋和定子鐵心疊裝過程的主要檢測工具，它始終貫穿于定子鐵心的整個裝配過程，所以說中心柱安裝的精確度直接決定了定子鐵心裝配的質(zhì)量。另外，在調(diào)整的過程中，需反復的調(diào)節(jié)、檢查，不可能是一蹴而就，除了認真、細心之外，還要有耐心，同時還要有正確的操作方法。

（1）定子機座水平度。使用框式水平儀調(diào)節(jié)定子機座水平時，需將框式水平儀與定子機座切向擺放，擺放的位置最好在X、Y軸線上，且每次測量時的位置必須在同一位置（包括掉頭測量），適當可以用記號筆標記出來，框式水平儀上還有一個小刻度可以用來做參考，可以更快捷的判定傾斜的方位。

（2）中心柱垂直度。前文已述，中心柱的垂直度可以采用3種方法進行檢查，也可以采用其中1種，但準確度不完全可靠，同時用3種方法檢查可以互相驗證，最終的檢查結(jié)果才是比較準確的。使用測桿及百分表檢查定子機座法蘭面時，如果測桿伸出距離較遠，需注意測桿轉(zhuǎn)動時是否有撓度或振動而影響測量的準確性；使用吊鋼琴線耳機法測量時，吊錘需浸在機油中，以避免鋼琴線擺動。

（3）中心柱與定子機座同軸度。同軸度檢查是依靠定子機座法蘭內(nèi)圓面，法蘭內(nèi)徑較大時，測桿伸出較長，同樣要注意測桿的撓度問題，偏重太多會引起測桿振動而影響測量的準確性。

7.2 鴿尾筋的安裝與焊接

鴿尾筋的裝焊好壞直接影響定子鐵心圓度、中心偏差、傾斜度，所以要求鴿尾筋塞焊后：筋要垂直、筋的變形小、筋之間的弦距相等及筋與中心之間的距離（半徑）也要相等。鴿尾筋點焊時需要在壓緊的狀態(tài)下施焊，因壓緊工裝間隔距離大，可以使用輔助工具將其壓緊，鴿尾筋滿焊時，為確保焊筋質(zhì)量，需注意以下幾點：

（1）先焊定位筋中間塞焊點，沿定子機座內(nèi)圓整圈順時針(或逆時針)依次焊完第一層后，再分別向上、下方逐層圓周塞焊孔焊接第1層。

（2）沿定子機座內(nèi)圓同層塞焊應一次焊完，同一定子機座的同層塞焊均焊完后，方可開始焊接第二層。

（3）單個塞焊孔內(nèi)焊接可以順時針焊接，也可以逆時針焊接，但同臺定子機座必須方向一致。

（4）沿定子機座內(nèi)壁圓周塞焊孔第1層塞焊完后，應逐根按上、中、下三點檢查定位筋半徑和弦長，觀察變化的趨勢，合格后方可繼續(xù)焊第2層。

（5）施焊的焊工可以在整圓周對稱的幾個工作

面上同時以一致焊接速度進行焊接。

7.3 定子鐵心首末段疊裝

定子鐵心首末段為涂刷膠層，是不可逆的，疊裝過程中需及時的整形、檢查，確保槽形尺寸和定子鐵心內(nèi)徑。涂刷所使用的硅鋼片膠粘劑為雙組份溶劑，使用前需先進行調(diào)和，為確保扇形片粘結(jié)質(zhì)量，需注意以下幾點：

（1）硅鋼片膠粘劑調(diào)配時，將甲、乙組份各1瓶倒入容器中，混合在一起攪拌至顏色均勻才能使用，使用量不足一瓶時，調(diào)配比例必須一致。

（2）每次調(diào)配硅鋼片膠粘劑需在1 h內(nèi)使用完（根據(jù)材料工藝參數(shù)定），材料不夠時可以使用完后重新調(diào)配，不可過多的調(diào)配，以免造成浪費。

（3）疊裝涂刷硅鋼片膠粘劑時，涂刷層需薄且均勻，不宜太厚，以免定子鐵心壓緊后擠出造成浪費，且清理難度大。

8 結(jié)語

定子鐵心是水輪發(fā)電機組的關鍵部件，對整個機組的安全可靠運行至關重要。此次越南仙城電站2號機定子鐵心廠內(nèi)裝配過程中，通過對基準調(diào)整、裝筋、焊筋及疊裝等關鍵工序的工藝管控，優(yōu)化了以往的定子鐵心裝配工藝，使各項技術指標均得到有效控制，提高了燈泡貫流式水輪發(fā)電機定子鐵心的裝配質(zhì)量，同時，也為我公司后期的大型貫流機的現(xiàn)場裝配積累了經(jīng)驗。