陳允兵，劉 沖

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 轉子概述

1.1 簡介

大藤峽左岸廠房布置3臺單機200WM軸流轉漿式水輪發(fā)電機組[1]。發(fā)電機轉子由哈爾濱電機廠有限責任公司供貨。轉子直徑為16.44 m，轉子支架為圓盤式焊接斜筋結構，包含1個轉子中心體和6瓣外環(huán)組件，轉子組裝后起吊重量為850 t。在廠房安裝間工位進行轉子支架組拼、焊接、副立筋配刨、磁軛疊裝、磁極掛裝、轉子電氣連接和磁極試驗等相關工作。

1.2 結構特點

發(fā)電機轉子由磁極、磁軛、轉子支架、集電裝置和轉子引線組成。磁極鍵為長鍵，在轉子上端“T”尾處打鍵，“T”尾配合一定厚度的墊片調整轉子外圓。磁極線圈在圓周方向上用極間連接片連接最終與勵磁引線構成完整的勵磁回路。轉子設縱橫阻尼繞組，并用連接片連接成回路。發(fā)電機轉子支架和頂軸采用雙頭螺柱與圓螺母連接，和主軸采用雙頭螺柱和圓螺母承受軸向力[2]。發(fā)電機采用旋轉擋風板，擋風板材料是酚醛布板，分別擋在轉子上下端的極間和極靴處，擋風板結構安裝簡單，氣隙測量方便。轉子結構簡圖如圖1。

圖1 轉子結構簡圖(單位：mm)

1.3 主要技術參數

轉子主要技術參數見表1。

表1 轉子主要技術參數

2 主要施工方案

2.1 施工流程

轉子組裝工藝流程見圖2。

2.2 中心體調整

(1)清掃檢查安裝間工位轉子中心體及磁軛疊裝基礎板，在基礎板上放置縱橫基準線(即X、Y軸線)以及分瓣線基準地樣線[3]。

(2)吊裝中心體前，清掃檢查下法蘭面并涂抹黃油。加工面表層鋪蓋蠟紙，防止法蘭面生銹。對正中心體的基準線輕輕下落中心體至支撐支墩上，利用到貨螺栓可靠連接中心體與環(huán)形支墩。

(3)采用輔助自制鋼支墩、千斤頂配合楔子板調整中心體水平，以中心體的上法蘭面為基準調整中心體的水平度≤0.02 mm/m，滿足要求后用擋塊將支墩與基礎板焊接牢靠，防止施工過程產生位移。

2.3 支架組拼、調整

(1)按廠內轉子支架上所做的標記，吊裝各支架與中心體對應把合，對稱裝配各支臂。各支架分瓣面與地樣線對正，各合縫螺栓不可一次擰緊，要分次、逐漸調整支臂，擰緊合縫螺栓[4]。

(2)根據對轉子支架的尺寸檢查結果，通過在合縫塊之間加不同厚度的墊片來調整并適當放大轉子支架

圖2 轉子組裝工藝流程

尺寸。轉子支架的尺寸調整目標為： ①主立筋至中心的尺寸：R=7120(2.0～5.0) mm； ②托筋至中心的尺寸：R=7158(2.0～5.0) mm； ③跨合縫處兩個相鄰主立筋的弦距：上部2026.56(1.0～3.0) mm，下部2050.76(1.0～3.0) mm； ④復測其它相鄰主立筋的弦距：上部2026.56(-1.0～1.0) mm，下部2050.76(-1.0～1.0)mm； ⑤跨合縫處的兩個相鄰托筋之間弦距：2037.38(1.0～3.0)mm； ⑥復測其它相鄰托筋之間弦距：2037.38(-1.0～1.0)mm； ⑦合縫處錯牙：≤2.0 mm； ⑧主立筋/托筋垂直度：≤0.15 mm/m； ⑨主立筋/托筋掛鉤上平面處至轉子中心線尺寸：880(-0.5～0.5)mm； ⑩掛鉤上平面高程差：≤1.0 mm。

2.4 測圓架安裝

(1)將測圓架中心柱吊裝至轉子中心體上法蘭上，并用螺栓與上法蘭連接[5]。

(2)依照工具圖紙，安裝、調整轉子測圓中心柱工具的各項尺寸。懸掛90°方向的兩根鋼琴線，用電測法測量測圓柱的垂直度，通過在法蘭面加墊或調整頂絲的方式使測圓柱偏差≤0.02 mm/m。

(3)調整測圓架與轉子中心體聯軸法蘭的同心度偏差≤0.03 mm。

(4)調整測圓架測臂，使其在任意點的重復測量誤差≤0.03 mm，測臂旋轉一周，測頭軸向跳動≤0.15 mm。

2.5 支架焊接

2.5.1 焊前工作

(1)工藝加強板設置。對轉子支架的尺寸調整符合要求后，在每條立縫處裝焊3件工藝加固筋板；上、下圓板的每條徑向合縫焊縫處裝焊4件工藝加固筋板。工藝加固筋板與工件之間焊角為10～12 mm。工藝加固筋板裝焊在沒有合縫塊的一側，見圖3。

圖3 支架焊接工藝加強板位置示意

(2)焊接監(jiān)測點設置。在每瓣轉子支臂主立筋處布置4塊百分表，在主立筋的徑向和側面上、下端各放置一塊百分表，以便在焊接過程中監(jiān)測變化值[6]。百分表必須布置在穩(wěn)定的支架上，焊接過程中不得串動，施工過程中注意不要碰撞支架。其監(jiān)測結果每天記錄至少兩次(施焊前后各一次)，并在焊縫兩側設置固定監(jiān)測點，記錄原始值。焊接過程中監(jiān)測變化值，計算焊縫收縮量，與百分表同頻次記錄數據。根據檢查結果，現場焊接工程師可隨時調整焊接順序、控制焊接變形。

2.5.2 定位焊順序

對立焊縫進行定位焊；對上圓板徑向焊縫進行定位焊；對下圓板徑向焊縫進行定位焊。

根據實測轉子支架尺寸數值大小選擇搭焊點數量和搭焊位置，原則上每道合縫處至少3點定位焊。先焊中間，再焊內側，最后焊外側，參見圖4。焊縫長100～150 mm，間隔200～300 mm，焊縫厚度8～10 mm，上下兩層焊道錯開20～30 mm。定位焊應焊在焊縫清根側，搭焊過程中隨時監(jiān)測百分表的數值變化。

圖4 支架焊接定位焊順序示意圖(單位： mm)

2.5.3 定位焊要求

(1)按要求進行定位焊后測量轉子支架的各主要尺寸，并作好記錄。

(2)定位焊焊接參數與正式焊接相同。

(3)在焊縫坡口兩側布置陶瓷加熱器，做好焊接前預熱的準備。對于坡口間隙大于3mm的區(qū)域可進行長焊處理，參見示意圖5。

圖5 合縫處坡口面長焊及預熱示意(單位： mm)

2.5.4 正式焊接

(1)由6名焊工在周向對稱位置，同時、同向、同速、同規(guī)范多層多道焊接。

(2)正式焊接前需將轉子支臂下方的楔子板或螺栓支撐松開約2～3 mm，使轉子支臂處于自由狀態(tài)，測量轉子支架各項尺寸，并作詳細記錄。

(3)焊接前預熱溫度參見表2，層間溫度不得高于260 ℃。

表2 焊接前預熱溫度

(4)采用CO2氣體保護焊，選用Φ1.2 mm焊絲，保護氣體流量范圍18～22 L/min。焊接規(guī)范見表3，盡量選用小規(guī)范進行施焊。

表3 焊接工藝規(guī)范

(5)焊接過程中均需充分錘擊，減小殘余應力。

(6)焊接過程中相鄰兩層焊縫接頭處應錯開20～30 mm，最大焊道擺寬不得超過15 mm。

(7)立縫焊接順序。每瓣外環(huán)組件立縫上安排1名焊工進行全位置對稱焊接，采用分段多層多道退步焊，每名焊工按照1、2、3…的順序依次焊接每瓣外圓組件的立焊縫，見圖6。

圖6 轉子支架立縫焊接順序示意

(8)所有立縫焊接完成后，打磨焊縫表面及其附近區(qū)域，焊后至少24 h后按照圖紙及相關標準進行UT、MT探傷檢查。

(9)對探傷不合格的部位分析缺陷產生原因，按照前序焊接工藝要求進行清除和返修，要求返修后滿足圖紙和相關標準要求。

(10)徑向縫焊接順序。立縫檢測合格后，進行徑向焊縫的焊接。徑向焊縫的焊接采用分段多層多道焊，由6名焊工先后、依次對上、下環(huán)板徑向焊縫同時、同向、同速、同規(guī)范進行施焊，參見圖7。

圖7 轉子支架徑向縫焊接順序示意

(11)轉子支架徑向縫探傷及標準要求如上(8)、(9)條。

(12)全部焊縫焊接、檢查工作完成，進行全面尺寸復測。對焊縫進行打磨、防腐。

2.6 副立筋安裝

(1)副立筋安裝前檢查轉子中心體上法蘭面水平、測圓架安裝滿足要求。

(2)清掃檢查主立筋、副立筋。

(3)以轉子中心體下法蘭面為基準檢查主立筋各掛鉤上表面的標高，如超差進行處理。

(4)轉子支架各主立筋弦距和徑向尺寸的測量。

(5)復查主立筋平面度≤0.30 mm。

(6)利用內徑千分尺，裝配主副立筋測量塊，測量主立筋上部徑向尺寸，重復兩次取平均值，同理測量主立筋上、下部弦距尺寸，并用垂線法測量主立筋下部尺寸，同時用垂線法測量主立筋周向、徑向傾斜值。

(7)將主立筋統一編號，并打上記號。

(8)利用測圓架、廠供專用工具，測量副立筋安裝尺寸，計算出副立筋需配刨量，加工廠按尺寸要求加工。

2.7 磁軛疊裝

2.7.1 準備工作

磁軛疊裝前每批次/箱抽3～5張沖片，清理沖片油污(如有毛刺，去除)，進行稱重，按0.2 kg級別分類，做好記錄和標記，并根據統計記錄表，有序地轉運沖片至現場，完成磁軛堆積表。

2.7.2 安裝要求

(1)在定位銷或定位螺桿、導向鍵或磁軛鍵等定位部件表面涂抹二硫化鉬潤滑脂。

(2)按設計圖紙和疊裝堆積表的規(guī)定，將沖片分層、依序疊裝，并在沖片兩端用軟質手錘同時向下敲擊，以促使沖片沿定位銷或螺桿水平下落、層間貼切。

(3)根據沖片與支架立筋或導向鍵的徑向間隙趨勢、磁軛沖片外緣的凸凹狀態(tài)以及定位螺桿或定位銷的松動與傾斜情況，及時用軟質手錘分別對工位凸出的沖片和傾斜的定位螺桿或定位銷進行拍擊調整，使磁軛外緣表面平整，并使定位螺桿或定位銷保持垂直活動狀態(tài)。

(4)按沖片疊裝排列的預測要求，根據需要在規(guī)定的層位安裝補償片或裝補償墊。

(5)各類型磁軛初始段底部沖片每疊約3～5層進行整形；每疊完一段及預壓前，對磁極的安裝面用直尺進行全面檢査，將其凸出的沖片用軟質手錘向內拍擊。

(6)對疊入沖片，由專人跟蹤檢查、清理疊裝施工衍生物，使其符合下列要求： ①沖片應潔凈、平整，不得有油垢、凸點、毛刺，不得遺留沙塵、鐵屑、木渣等異物。 ②疊裝沖片正、反面應一致，并應符合設計疊片方式的規(guī)定。 ③通風槽片以導風帶為標志，應注意其設計布置工位，注意檢査襯口環(huán)與上層沖片在壓緊狀態(tài)下應無間隙。 ④疊入沖片的結構特征、重量類別和疊裝層數、髙度，以及極間“T”形槽、通風溝、彈簧槽等結構、位置尺寸，應符合磁軛裝配圖和磁軛疊裝沖片布置表的規(guī)定，并注意補償片的安裝應準確、牢固，不得遺漏，效果應與預設要求一致。

(7)磁軛沖片的疊壓應緊密，疊壓系數K≥99%。

(8)磁軛分段壓緊和最終壓緊應對稱、有序地進行，逐次均勻的增大壓緊力直至達到要求預緊力。宜在圓周方向均勻抽查不少于10%的螺桿伸長值，以校核預緊力，永久螺桿的伸長值應符合2.23～2.39 mm。

(9)磁軛高度符合設計值，同一縱截面上的高度偏差≤5 mm，沿圓周方向的高度相對于設計高度的偏差<10 mm。

(10)磁軛與輪臂結合面應無間隙，個別地方間隙不大于0.5 mm，磁軛與磁極的接觸面應平直，個別高點必須修磨。

(11)磁軛同心度偏差≤0.1 mm。

2.7.3 磁軛疊裝工藝

(1)按圖紙安裝下壓板，沿磁軛下壓板圓周均布支撐工具，調整支撐工具，使磁軛下壓板徑向水平偏差≤0.5 mm，周向波浪度≤1.0 mm，半徑偏差≤0.5 mm。調平第一塊下壓板后通過測圓架和水準儀，將所有其它下壓板調平測量。用磁軛沖片檢查磁軛下壓板螺孔位置，合格后將磁軛下壓板臨時固定。

(2)裝入并調整定位疊片鍵作為疊片時定位基準。

(3)疊初段磁軛。按磁軛轉配圖和堆積表疊片至120 mm高，邊疊邊整形，測量檢查初段磁軛尺寸，滿足要求后繼續(xù)疊片。

(4)正式疊片。疊片至600 mm、1200 mm左右高度時各預壓一次，工預壓兩次。

(5)根據每次測量的高度、波浪度適當增加補償片調整。

(6)疊片過程中復測磁軛內外圓高度、圓度、半徑等尺寸，及時修形、調整。

(7)磁軛最終壓緊。磁軛沖片全部疊裝完后，裝上磁軛壓板，做最后壓緊。測量磁軛圓度、半徑、高度，各部均達到設計要求后拆除下壓板的臨時固定、拆除磁軛中的定位銷并安裝永久螺桿，把緊螺母。用液壓拉伸器逐步對稱加壓擰緊螺桿，直至設計壓力，抽檢10%螺桿測量伸長值。

2.7.4 磁軛熱打鍵

(1)重新測量副立筋槽底和磁軛鍵槽底的間隙值并記錄(從上至下3點)。

(2)根據測量平均值、圖紙緊量要求(δ=3.04 mm)、磁軛圓度值，計算出相應位置墊片厚度。

(3)準備墊片。按圖紙要求的方法和加墊值準備好每個磁軛鍵的墊片，統一做好標記。

(4)移除轉子支架和磁軛底部支墩。

(5)在磁軛下方及外圓布置履帶式加熱片，接好電源，用保溫被罩好。加熱溫度應均勻，不允許局部過熱，每30 min記錄一次溫度，各部溫度差<10 ℃，注意保溫，接近加熱溫度是注意檢查磁軛漲量情況。

(6)在每個主立筋處檢測主立筋和磁軛之間的間隙，間隙達到比墊片大1 mm時具備加熱墊片條件。

(7)當磁軛達到漲量時拔出磁軛凸鍵，將墊片點焊到磁軛凸鍵上隨凸鍵一起裝入鍵槽，并用副鍵臨時固定。

(8)全部加墊工作完成后停止加熱，將磁軛鐵心溫度自然、緩慢冷卻到室溫，降溫冷卻過程中，磁軛上下內外的溫差<10℃，以免磁軛收縮不均勻而產生的變形。

(9)磁軛溫度冷卻至室溫后，打緊磁軛副鍵，裝焊加強鍵，并割除多余部分。

(10)復測磁軛尺寸：磁軛垂直度允許值<0.50 mm，圓度允許值<0.50 mm。

2.7.5 制動環(huán)板安裝

(1)檢查、修理制動環(huán)板及相關部位的組合面、螺孔等，應無凸點、毛刺。

(2)按出廠編號依次進行制動環(huán)板的安裝。

(3)裝配完成后應保證閘板徑向應水平，偏差<0.5 mm，沿整圓周的波浪度應<2.0 mm。

(4)接縫處應有2 mm以上的間隙。按機組旋轉方向檢查閘板接縫，后一塊不應突出前一塊。

(5)環(huán)板部位的螺栓應凹進摩擦面2 mm以上。

(6)按設定力矩值(2500N·m)擰緊閘板固定螺母，并將螺母與閘板點焊牢固。

注意：制動環(huán)板安裝與磁極安裝可調整為并行施工，優(yōu)化工期。

2.8 磁極安裝

2.8.1 全面檢查、清掃

用吸塵器、毛刷、鏟刀等工具徹底清掃磁極鐵心各部位的銹跡和污垢，必要時可用酒精清洗線圈表面的油垢。在檢查磁極線圈與鐵心之間和線圈匝間，應無油污、導電粉塵等異物，且線圈和匝間絕緣應無損傷。

2.8.2 單個磁極耐壓試驗

通入不超過額定電流20%的電流測量單個磁極的直流電阻，相互比較其差別不應超過2%。對單個磁極做5780V耐壓試驗。若果耐壓過程中絕緣被擊穿，則需脫出線圈，查明擊穿點，對絕緣修補后安裝，重新做耐壓試驗，直到合格。

2.8.3 磁極掛裝

(1)磁極掛裝時根據磁極的設計工位和各磁極的極性及重量，結合磁軛、轉子附件的不平衡性進行綜合平衡原則，對各磁極進行編號、排序，使轉子在任意22.5～45°范圍內，對稱方向不平衡質量不超過10 kg。

(2)實測磁極鐵心長度，標定各磁極鐵心的標高中心控制點，偏差應<0.50 mm，磁極中心掛裝高程偏差應在<±1.50 mm。

(3)以磁極平均標高點至轉子軸法蘭或轉子支架下法蘭面的設計距離為依據，綜合考慮定子實際安裝高程、下端軸的實測長度，承重機架受力后的撓度值等因素，確定磁極的掛裝標高。

(4)磁極與磁軛間加墊。根據磁軛圓度、磁極厚度，計算每個磁極位置應加墊量，保證磁極掛裝后半徑和圓度滿足設計要求。

(5)將各磁極的“T”尾調整墊片端部按設計圖紙要求褶彎，對號裝入對應位置，并將墊片彎頭與磁軛搭焊，下端多余部分截除。

(6)磁極吊裝、就位過程中，應注意監(jiān)護調整墊片不得斷裂和脫落。標高調整定位后，按設計位置配對裝入上、下磁極鍵，用大錘和千斤頂分別從上、下同時打緊和頂緊，用手搖晃應不動。

(7)根據各磁極鐵心與磁軛間的實測間隙，對號配制和塞入氣隙墊片。塞入深度應貫穿磁極鐵心全長，端部用0.05 mm塞尺檢査應不能通過，局部間隙應不大于0.10 mm。

(8)掛裝完成后用測圓架測量磁極的圓度，各半徑與設計值偏差≤23±0.92 mm，且整體偏心小于0.15 mm。

(9)切割、點焊磁極鍵。磁極掛裝完成并經檢査試驗合格后，用石棉布封堵磁極鍵槽孔隙和遮蓋磁極端部線圈，按設計要求切割、點焊磁極鍵，圖紙要求要求切割磁極鍵。

(10)徹底清掃、全面檢查轉子的各部位，不得遺留焊渣、鐵屑、油污、沙塵等異物。

2.9 轉子電氣連接

2.9.1 阻尼環(huán)連接

以阻尼環(huán)上孔為樣板在阻尼環(huán)連接片上畫線并配鉆把合螺栓孔，并對相應螺栓孔作對應標識。根據螺孔標識安裝阻尼環(huán)連接片并根據設計要求的力矩值把緊螺栓，把緊后用0.05 mm塞尺檢查阻尼環(huán)連接片與阻尼環(huán)的接觸面，塞入深度<5 mm。

2.9.2 極間連接線安裝

按要求安裝上下連接板及配件，并配鉆與磁極引線的螺栓孔。按設計力矩值擰緊螺栓且鎖緊。用0.05 mm塞尺檢查極間連接線和磁極引線頭間的接觸面，塞入深度<5 mm。

2.9.3 轉子引線裝配

預裝轉子支架上的轉子引線及其支撐，根據預裝結果，以引線有孔端為樣板配鉆轉子支架上所有引線的無孔端把合孔。用把合螺栓將轉子支架上的轉子引線與其支撐墊塊以及其絕緣支撐墊塊把合為一體，檢查引線與絕緣墊板間應無間隙，并將支撐墊鐵焊接于上磁軛壓板上(焊接時應注意保護極間連接線絕緣)，所有焊縫均需做MT探傷。

2.10 轉子整體耐壓

轉子組裝所有工作完畢后，對轉子繞組進行交流耐壓試驗，試驗電壓為4780 V(10U+500V)。

2.11 轉子整體清掃噴漆

轉子組裝完成后，進行徹底淸掃，檢査各部位合格后，按照要求對轉子進行噴漆。

3 結語

大藤峽水利樞紐電站轉子直接達到16.44 m，為了能夠高質量地完成好轉子的組裝，我們特制定了巨型轉子組裝工藝和質量控制措施，大藤峽水利樞紐電站3臺機組轉子現已組裝完成，順利投產發(fā)電。其質量完全滿足設計及相關標準要求，證明我們制定的組裝工藝和質量控制措施是可行性，為以后巨型轉子的水輪發(fā)電機轉子的組裝提供了經驗。