易萬(wàn)爽，張懿雄，宮海鵬，冉 旭

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北省宜昌市 443002）

0 引言

自1981年葛洲壩首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電至今，葛洲壩電站機(jī)組已運(yùn)行30余年。為了更充分利用水資源、提高發(fā)電量，同時(shí)為了確保運(yùn)行多年的設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，決定對(duì)葛洲壩機(jī)組分批逐年進(jìn)行機(jī)組的改造增容工作。改造后的機(jī)組結(jié)構(gòu)以及機(jī)組定子機(jī)座部分結(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2所示。在進(jìn)行葛洲壩電站發(fā)電機(jī)改造過(guò)程中，發(fā)電機(jī)定子部分改造工作主要是在保留并加強(qiáng)原有定子機(jī)座的基礎(chǔ)上對(duì)定子鐵心部分和定子線棒部分進(jìn)行完全更新改造。其中，定子鐵心部分的更新主要包括定子鐵心硅鋼片以及通風(fēng)槽片的更換，定子鐵心定位筋、鐵心拉緊螺桿及其固定夾、定子鐵心上下齒壓板的更新。本文主要介紹、總結(jié)了定子鐵心更新中定位筋的掛裝工藝方法[1，3]和下齒壓板調(diào)整等相關(guān)的關(guān)鍵工序。

圖1 水輪發(fā)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)Figure 1 Overall structure of hydro generator

圖2 發(fā)電機(jī)定子機(jī)座結(jié)構(gòu)Figure 2 Structure of generator stator frame

1 基準(zhǔn)筋掛裝

定位筋作為固定鐵心硅鋼片的重要部件，將鐵心硅鋼片和定子機(jī)座環(huán)板連接起來(lái)。葛洲壩電站哈電發(fā)電機(jī)定子機(jī)座環(huán)板有4層，每根定位筋分別通過(guò)4塊焊接在各層環(huán)板上的托塊而被固定在定子機(jī)座上。

定位筋掛裝不合格將影響鐵心硅鋼片的疊裝質(zhì)量[2]甚至造成硅鋼片疊裝失敗，從而導(dǎo)致定子改造工作的中斷。因此，在定位筋掛裝過(guò)程[4]中，控制指標(biāo)都是在0.01～0.10mm之間，這對(duì)定位筋的測(cè)量和調(diào)整工作提出了相當(dāng)高的要求。

在基準(zhǔn)筋掛裝前應(yīng)做好以下相應(yīng)的準(zhǔn)備工作：

（1）調(diào)好定子測(cè)圓架中心柱的中心與垂直度，測(cè)圓架的旋轉(zhuǎn)水平值滿足要求，并將測(cè)圓架底座固定牢靠，以防中心柱位置發(fā)生偏移，影響測(cè)量和調(diào)整結(jié)果。

（2）定子機(jī)座環(huán)板打磨清掃完畢，定子機(jī)座環(huán)板平面度已符合要求。

（3）已對(duì)所有到貨定位筋的直線度、平面度進(jìn)行逐一檢查、校核。

選擇一根直線度、平面度較好的定位筋作為基準(zhǔn)定位筋，并利用托塊C形夾、定位筋C形夾以及托塊頂柱、小鋼楔等工具將其固定在定子機(jī)座上。利用內(nèi)徑千分尺測(cè)量基準(zhǔn)筋的半徑直至滿足要求；通過(guò)架設(shè)百分表的方法測(cè)量基準(zhǔn)筋的扭斜直至滿足安裝要求；通過(guò)搭設(shè)鉛垂鋼琴線的方法測(cè)量定位筋的徑向和周向垂直度直至滿足安裝要求[5]?；鶞?zhǔn)定位筋掛裝示意圖如圖3所示。

具體調(diào)整方法總結(jié)如下：

（1）將基準(zhǔn)筋固定在機(jī)座環(huán)板上。

（2）利用內(nèi)徑千分尺，測(cè)量定位筋第二環(huán)、第三環(huán)處的絕對(duì)半徑。

（3）根據(jù)實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)，按照半徑的標(biāo)準(zhǔn),在定位筋第二環(huán)、第三環(huán)處利用測(cè)圓架監(jiān)測(cè)調(diào)整量，用小錘輕輕敲擊第二環(huán)、第三環(huán)定位筋的托塊，將第二環(huán)、第三環(huán)環(huán)的半徑調(diào)到滿足要求的范圍內(nèi)。

（4）用測(cè)圓架上架設(shè)的百分表在機(jī)座第二環(huán)、第三環(huán)處測(cè)量定位筋的半徑和扭斜值，兩邊的扭斜值不應(yīng)超過(guò)規(guī)定范圍。

（5）在定位筋的半徑方向和左右一側(cè)的圓周方向分別掛一根鋼琴線，分別測(cè)量第二環(huán)、第三環(huán)定位筋的徑向垂直度和周向垂直度。兩環(huán)處徑向垂直度的偏差應(yīng)該和百分表讀數(shù)或者測(cè)量的絕對(duì)半徑的偏差一致；根據(jù)周向垂直度來(lái)調(diào)整托塊。

（6）測(cè)完垂直度之后，通過(guò)徑向敲擊托塊來(lái)調(diào)整徑向垂直度。在定位筋周向第二、三層環(huán)板上架設(shè)兩塊百分表來(lái)檢測(cè)周向調(diào)整的量。根據(jù)需要調(diào)整的方向沿圓周（切線）方向敲擊托塊（調(diào)整第三環(huán)托塊時(shí)，旋緊定位筋在第二環(huán)處的托塊與環(huán)板之間的頂柱）觀察兩塊百分表的讀數(shù)，直到定位筋的周向垂直度滿足要求[7]。

（7）調(diào)好周向垂直度之后，繼續(xù)復(fù)測(cè)徑向垂直度、絕對(duì)半徑以及扭斜值，直到所有的這些都滿足要求為止，并對(duì)托塊進(jìn)行初次點(diǎn)焊固定。

圖3 基準(zhǔn)定位筋及其掛裝示意圖Figure 3 Schematic diagram of datum keybars mounting

2 大等分筋的掛裝調(diào)整

在基準(zhǔn)筋調(diào)整合格驗(yàn)收之后，將定子在圓周方向均勻等分，并將大等分定位筋掛裝在定子機(jī)座環(huán)板上。利用定子測(cè)圓架將大等分定位筋的半徑和扭斜值調(diào)整至合格區(qū)間內(nèi)。從已調(diào)整好的基準(zhǔn)筋開(kāi)始，分別向兩邊依次測(cè)量第二環(huán)和第三環(huán)大等分定位筋之間的弦距值，計(jì)算得到第二環(huán)和第三環(huán)弦距的平均值。

重復(fù)從基準(zhǔn)定位筋開(kāi)始向兩邊逐個(gè)測(cè)量，并調(diào)整大等分定位筋之間弦距到平均弦距附近，調(diào)整弦距時(shí)每根大等分筋要兼顧定子測(cè)圓架架百分表測(cè)得的半徑和扭斜都符合要求。其中，弦距的調(diào)整通過(guò)周向錘擊定位筋托塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，半徑扭斜的調(diào)整通過(guò)徑向敲擊托塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整時(shí)，定子機(jī)座環(huán)板的第二、三環(huán)處的托塊頂柱要頂緊，以防止調(diào)整時(shí)定位筋偏離調(diào)整方向。

在從基準(zhǔn)定位筋分別向兩側(cè)調(diào)整到相遇的最后一根大等分定位筋時(shí)，通過(guò)最后一根大等分筋的調(diào)整，要實(shí)現(xiàn)該根筋左右兩側(cè)的兩個(gè)弦距相等且弦距數(shù)值等于之前所有大等分筋之間的弦距值。否則需要重新從基準(zhǔn)筋開(kāi)始，逐個(gè)大等分筋調(diào)整弦距，直至調(diào)到最后一根大等分筋時(shí)左右兩側(cè)的弦距相等，且與其他大等分之間弦距相等。

依次重復(fù)以上工作，直至所有大等分定位筋的半徑、扭斜和弦距同時(shí)滿足掛裝規(guī)范要求為止。各項(xiàng)數(shù)據(jù)調(diào)整合格后進(jìn)行點(diǎn)焊，冷卻后重復(fù)測(cè)量確認(rèn)數(shù)據(jù)仍在要求范圍內(nèi)。托塊點(diǎn)焊順序以及點(diǎn)焊方位會(huì)對(duì)定位筋的扭斜和弦距產(chǎn)生一定影響，因此可以通過(guò)焊工點(diǎn)焊工藝來(lái)適當(dāng)調(diào)整那些定位筋數(shù)據(jù)靠近臨界要求的大等分筋。

大等分定位筋掛裝示意圖如圖4所示。

圖4 大等分定位筋及其掛裝示意圖Figure 4 Schematic diagram of greater equivalent keybars mounting

3 小等分筋的掛裝調(diào)整

在大等分定位筋調(diào)整合格驗(yàn)收之后，開(kāi)始掛裝定子機(jī)座上的所有定位筋。

反復(fù)測(cè)量定位筋在定子機(jī)座4層環(huán)板位置處的半徑和扭斜，對(duì)每根定位筋的半徑、扭斜及相鄰弦距進(jìn)行測(cè)量調(diào)整，調(diào)整方法和大等分筋一致。小等分定位筋的弦距還可以利用弦距樣板卡住相鄰的兩根定位筋來(lái)判斷弦距是否合格。用標(biāo)準(zhǔn)弦距樣板檢查相鄰定位筋時(shí)，弦距樣板剛好通過(guò)，且樣板水平放置時(shí)候，面對(duì)定位筋前后拉動(dòng)弦距樣板，樣板和定位筋之間的間隙非常小，樣板晃動(dòng)量很小即可視為弦距已滿足要求。在弦距滿足要求時(shí)，當(dāng)弦距樣板一端固定而上下拉動(dòng)樣板另一端時(shí)，樣板活動(dòng)區(qū)域限位區(qū)間小。

每一道焊接完成之后都要測(cè)量每根筋在每一環(huán)的半徑和扭斜值，判斷是否超標(biāo)。對(duì)于超標(biāo)的定位筋，通過(guò)筋背后的小鋼楔調(diào)整，鋼楔無(wú)法調(diào)整的，就必須把焊縫磨掉，重新調(diào)整焊接。

小等分定位筋掛裝示意圖如圖5所示。

圖5 小等分定位筋掛裝示意圖Figure 5 Schematic diagram of lesser equivalent keybars mounting

4 下齒壓板安裝調(diào)整方法

發(fā)電機(jī)定子下齒壓板的結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，主要由壓板本體和焊接在其上的6個(gè)壓指組成。6個(gè)壓指的內(nèi)圓側(cè)在同一直徑上，左右兩邊的4根壓指的外圓側(cè)直徑大于中間兩根壓指外圓側(cè)直徑。這是因?yàn)?，中間兩根壓指的外側(cè)正是定位筋的安裝位置。在壓板本體上從內(nèi)側(cè)向外側(cè)方向分別有兩個(gè)拉緊螺桿穿心孔、兩個(gè)掛裝螺栓孔和兩個(gè)調(diào)整頂絲孔[8]。

掛裝下齒壓板之前，應(yīng)先檢查齒壓板壓指之間中心偏差滿足要求、齒壓板所有壓指保持在一個(gè)平面上。利用刀口尺對(duì)每塊齒壓板的壓指進(jìn)行水平度的檢查，要求同一半徑內(nèi)相鄰壓指高差不超過(guò)0.5mm，否則應(yīng)對(duì)壓指進(jìn)行打磨調(diào)整。

掛裝定子鐵心下齒壓板之前，機(jī)坑內(nèi)定子舊鐵心硅鋼片已拆除、定子機(jī)座環(huán)板已打磨平整，并且定子定位筋已開(kāi)始掛裝。

依據(jù)新定子鐵心中心高程，計(jì)算出下齒壓板安裝高程，用掛裝螺栓將下齒壓板掛在定子機(jī)座下環(huán)板上。用頂絲和調(diào)整螺栓調(diào)整下齒壓板，單塊下齒壓板的平面度以及兩相鄰下齒壓板高度差均滿足要求。各齒壓板壓指同斷面內(nèi)圓比外圓高，即齒壓板的壓指須有一定的上翹量。下齒壓板整圓波浪度不超過(guò)規(guī)范要求，下齒壓板頂絲必須完全頂實(shí)在機(jī)座環(huán)板上。

定子鐵心下齒壓板的具體調(diào)整方法如下：

（1）首先將基準(zhǔn)筋對(duì)應(yīng)的下齒壓板利用水準(zhǔn)儀測(cè)量左右兩端內(nèi)圓壓指高程，兩端外圓壓指高程，并做好記錄。

（2）根據(jù)4個(gè)測(cè)量點(diǎn)，計(jì)算齒壓板的上抬量，判斷壓指高程和上翹量偏離標(biāo)準(zhǔn)要求的大小，并利用齒壓板頂絲和掛裝螺栓進(jìn)行聯(lián)合調(diào)整，使得齒壓板的平面度、壓指高程和上翹量同時(shí)滿足要求。

（3）在定子測(cè)圓架上依據(jù)齒壓板壓指的4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)架設(shè)4塊百分表（如圖8所示）。將4塊百分表在基準(zhǔn)筋下方已調(diào)好的齒壓板4個(gè)壓指監(jiān)測(cè)點(diǎn)上分別調(diào)零（壓指上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布如圖9所示）。

圖6 下齒壓板裝配圖Figure 6 Assembly diagram of lower finger plate

圖7 下齒壓板結(jié)構(gòu)Figure 7 Structure of lower finger plate

圖8 壓指監(jiān)測(cè)點(diǎn)架設(shè)百分表Figure 8 Dial indicator for monitoring points

（4）沿著一個(gè)方向（如順時(shí)針?lè)较颍┺D(zhuǎn)動(dòng)測(cè)圓架，將4塊百分表指針?lè)謩e指到下一塊齒壓板相同位置的4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上。讀取百分表的度數(shù)，根據(jù)度數(shù)判斷該塊齒壓板相對(duì)于基準(zhǔn)齒壓板的高程和上翹量偏差。根據(jù)偏差，將頂絲和掛裝螺栓進(jìn)行聯(lián)合調(diào)整，將這塊齒壓板調(diào)整合格。

（5）重復(fù)以上第（4）步的方法，將剩下所有下齒壓板的平面度、高程以及壓指上翹量均調(diào)整合格。

（6）用定子鐵心沖片檢查下齒壓板的壓指，壓指與齒壓片中心偏差需滿足要求。

（7）檢查壓指到定子測(cè)圓架中心柱的半徑尺寸，滿足圖紙要求。

5 下齒壓板調(diào)整分析

下齒壓板實(shí)際在調(diào)整過(guò)程中比較復(fù)雜，調(diào)整過(guò)程中調(diào)整結(jié)果難以預(yù)知。由圖10可以看到，僅通過(guò)調(diào)整掛裝螺栓或者僅通過(guò)調(diào)整頂絲均可以達(dá)到同時(shí)調(diào)整齒壓板壓指內(nèi)圓和外圓高程和壓指上翹量的目的。

為了方便分析齒壓板的調(diào)整規(guī)律，將齒壓板結(jié)構(gòu)予以簡(jiǎn)化，將三維齒壓板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成二維桿式結(jié)構(gòu)。如圖11所示，圖中A點(diǎn)和M點(diǎn)分別是頂絲和掛裝螺栓與下齒壓板的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，B點(diǎn)和D點(diǎn)分別是齒壓板壓指在定子中心的外圓和內(nèi)圓處的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。這里將上述的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1和監(jiān)測(cè)點(diǎn)3合并簡(jiǎn)化為B點(diǎn)，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)2和監(jiān)測(cè)點(diǎn)4合并簡(jiǎn)化為D點(diǎn)。通過(guò)分析可知，僅通過(guò)調(diào)整掛裝螺栓調(diào)整時(shí)可以近似認(rèn)為齒壓板以頂絲和齒壓板的聯(lián)結(jié)點(diǎn)A為支點(diǎn)進(jìn)行上抬或下落；類(lèi)似地，僅通過(guò)調(diào)整頂絲時(shí)可以近似認(rèn)為齒壓板以掛裝螺栓和齒壓板的聯(lián)結(jié)點(diǎn)M為支點(diǎn)進(jìn)行上抬或下落。

圖9 壓指監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布示意Figure 9 Distribution of press finger monitoring points

圖中黑色粗實(shí)線表示齒壓板在調(diào)整前的狀態(tài)，紅色實(shí)線表示僅調(diào)整掛裝螺栓時(shí)齒壓板的狀態(tài)，藍(lán)色實(shí)線表示僅通過(guò)頂絲調(diào)整后齒壓板的狀態(tài)。假設(shè)分別利用齒壓板調(diào)整頂絲或掛裝螺栓做等量的小幅度調(diào)整,即AN=HM。

當(dāng)僅用頂絲調(diào)整時(shí)，調(diào)整前后分別如圖中黑色和藍(lán)色實(shí)線所示。由相似三角形可知：

GD/FB=MD/MB=1+BD/MB

式中，BD為齒壓板壓指部分的徑向長(zhǎng)度，MB為壓指外圓點(diǎn)至螺栓孔之間的徑向距離。

當(dāng)僅用螺栓調(diào)整時(shí)，調(diào)整前后分別如圖中黑色和紅色實(shí)線所示。此時(shí)有：

ED/CB=AD/AB=1+BD/AB

式中，AB為壓指外圓點(diǎn)至頂絲孔之間的徑向距離。

顯然MB＜AB，所以BD/MB＞BD/AB，也就是GD/FB＞ED/CB，因此有：

(GD-FB)/FB＞(ED-CB)/CB

式中，GD-FB為僅調(diào)整頂絲引起的壓指上翹量，ED-CB為僅調(diào)整掛裝螺栓引起的壓指上翹量。設(shè)調(diào)整后齒壓板與水平傾角為α，由于BD·tanα=(GD-FB)=(EDCB)，因此上翹量相等，故FB＜CB，且GD＜ED。

圖10 下齒壓板頂絲調(diào)與掛裝螺栓調(diào)整示意圖(a)調(diào)整前；(b)僅用螺栓調(diào)整后；(c)僅用頂絲調(diào)整后；Figure 10 Schematic diagram of adjusting the jackscrew of lower finger plate and the bolt

圖11 下齒壓板調(diào)整分析示意圖Figure 11 Schematic diagram of adjustment analysis of lower finger plate

由此可知：不論是利用頂絲或者掛裝螺栓調(diào)整下齒壓板，均可以使齒壓板內(nèi)外圓壓指的高程發(fā)生改變（如調(diào)整頂絲時(shí)，壓指外圓測(cè)點(diǎn)從B點(diǎn)移動(dòng)到F點(diǎn)）。并且從圖中可以看到，通過(guò)兩種方法調(diào)整的結(jié)果都是壓指內(nèi)圓高程變化量大于壓指外圓側(cè)的高程變化，也即兩種調(diào)整方法都可以調(diào)整齒壓板壓指的上翹量。

再由以上分析得到，GD/FB＞ED/CB，也就是說(shuō)，當(dāng)頂絲或者掛裝螺栓分別做等量調(diào)整時(shí)，引起的齒壓板的壓指上翹量是相同的，但是引起的齒壓板壓指內(nèi)外圓點(diǎn)的高程變化是不一致的。其中，用調(diào)整螺栓的方式引起的齒壓板壓指整體的高程變化大于用調(diào)頂絲的方式。

因此，通過(guò)以上分析，可以較快分析出在實(shí)際下齒壓板的調(diào)整過(guò)程中的調(diào)整方法。比如，通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)某塊下齒壓板的整體高程偏低，但是壓指上翹量過(guò)大，由此可以分析出齒壓板的調(diào)整方法為：擰緊掛裝螺栓將齒壓板整體高程上移，但同時(shí)需要較大幅度地松開(kāi)齒壓板的頂絲。得出這樣的調(diào)整思路是由于螺栓和頂絲均可以改變高程和上翹量，而調(diào)整目的應(yīng)該是提升高程且下調(diào)上翹量，因此掛裝螺栓與頂絲的調(diào)整方向應(yīng)該相反，即一個(gè)拉緊另一個(gè)得放松。又由于調(diào)整螺栓對(duì)高程變化更大，因此螺桿的調(diào)整方向應(yīng)該和調(diào)整目的一致。如果采取松螺桿且頂緊頂絲的調(diào)整方式，那么為了使齒壓板整體高程上調(diào)，則頂絲頂緊的程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于螺栓旋松的程度，但是這樣會(huì)導(dǎo)致齒壓板壓指的上翹量變得更大，顯然這種調(diào)整方式是不正確的。因此得到正確的頂絲和螺栓的聯(lián)合調(diào)整方式。

6 結(jié)論和建議

（1）基準(zhǔn)筋作為其他所有定位筋的調(diào)整基準(zhǔn)，其自身的調(diào)整顯得至關(guān)重要。其自身的半徑、扭斜和垂直度均是通過(guò)內(nèi)徑千分尺直接測(cè)量來(lái)輔助調(diào)整的。由于半徑、扭斜和垂直度相互影響、同步發(fā)生變化，因此基準(zhǔn)筋在調(diào)整過(guò)程中需要反復(fù)調(diào)整和測(cè)量。

（2）大等分定位筋的調(diào)整是以基準(zhǔn)筋為參照基準(zhǔn)的，其半徑和扭斜是利用定子測(cè)圓架上架設(shè)百分表的方法，從同高度的基準(zhǔn)筋將百分表調(diào)零后來(lái)進(jìn)行調(diào)整的。而大等分的垂直度則是從基準(zhǔn)筋開(kāi)始逐筋測(cè)量，并調(diào)整不同高度位置的弦距值來(lái)控制的，由于基準(zhǔn)筋的垂直度已合格，當(dāng)大等分筋之間的弦距相等時(shí)，則被調(diào)定位筋的垂直度自然就滿足要求了。

（3）小等分筋的半徑和扭斜則是以左右兩端的大等分定位筋為參照基準(zhǔn)，通過(guò)定子測(cè)圓架上架設(shè)百分表的方法，從同高度的大等分筋將百分表調(diào)零后來(lái)進(jìn)行調(diào)整。而小等分的垂直度則是從兩端大等分筋開(kāi)始逐筋測(cè)量，并調(diào)整不同高度位置的弦距值來(lái)控制，當(dāng)小等分筋之間的弦距相等時(shí)，則垂直度即為合格。

（4）下齒壓板的調(diào)整需要通過(guò)聯(lián)合調(diào)整齒壓板頂絲和掛裝螺栓才能實(shí)現(xiàn)。調(diào)整頂絲和掛裝螺栓均能影響齒壓板高程和壓指上翹量。使用螺栓主調(diào)齒壓板整體高程、頂絲主調(diào)壓指上翹量的方式，可以較快地完成對(duì)齒壓板平面度、高程及壓指上翹量的調(diào)整。