張波 李樑 唐和平

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了某電站貼壁貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了貼壁貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯裝配過(guò)程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，并制定了貼壁貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯的裝配工藝。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī);貼壁貫流;定子鐵芯;定位筋

0 引言

由于受水頭及泡頭比的限制，燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)尺寸難以做大[1]。同時(shí)，受泡頭比及轉(zhuǎn)子外徑尺寸限制[2]，燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)的定子機(jī)座不得不舍棄中間環(huán)板、加強(qiáng)筋，導(dǎo)致其定位筋只能直接裝焊到定子機(jī)座內(nèi)壁上，因此該類機(jī)組又被稱為“貼壁貫流式水輪發(fā)電機(jī)”。

本文根據(jù)某電站貼壁貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及安裝問(wèn)題，結(jié)合其他機(jī)組的裝配經(jīng)驗(yàn)，制定了適用于貼壁貫流式機(jī)組定子鐵芯的疊壓工藝。

1 某電站定子鐵芯結(jié)構(gòu)

1.1 ? ?定子鐵芯基本參數(shù)

定子鐵芯基本參數(shù)如表1所示。

1.2 ? ?定子鐵芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與裝配難點(diǎn)

為了增加該類機(jī)組定子機(jī)座的剛性，防止機(jī)座在轉(zhuǎn)運(yùn)、加工、運(yùn)輸時(shí)發(fā)生變形，采用內(nèi)支撐與定子機(jī)座焊接一體結(jié)構(gòu)，雖然可有效降低機(jī)座變形的可能性，但也導(dǎo)致定子鐵芯的裝配空間大幅減少。由于定位筋直接裝焊在定子機(jī)座內(nèi)壁上，無(wú)過(guò)渡墊板，因此定位筋滿焊后一旦尺寸超差，定位筋就只能報(bào)廢，進(jìn)而造成工地項(xiàng)目嚴(yán)重拖期。定子鐵芯內(nèi)部無(wú)通風(fēng)回路，定子熱量主要經(jīng)過(guò)導(dǎo)熱膠、定子機(jī)座傳遞出去，如果導(dǎo)熱膠灌注不能填充滿鐵芯與定子機(jī)座間的間隙，那么將導(dǎo)致定子快速升溫，造成鐵芯的有害變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤цF芯。

2 定子鐵芯裝配工藝優(yōu)化與改進(jìn)

2.1 ? ?中心柱基礎(chǔ)調(diào)整

中心柱又名定子測(cè)圓架，是定子鐵芯疊壓過(guò)程中快速測(cè)量?jī)?nèi)徑的工具，其安裝質(zhì)量會(huì)影響定子鐵芯測(cè)量結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，中心柱基礎(chǔ)低于周圍底面（水泥），且基礎(chǔ)外圓小于中心柱底座外圓，因此中心柱底座無(wú)法直接焊于基礎(chǔ)上。針對(duì)以上情況，工作人員可在現(xiàn)場(chǎng)將角鋼焊接于基礎(chǔ)上來(lái)抬高中心柱基礎(chǔ)，然后對(duì)角鋼上平面度進(jìn)行檢查、修磨。

2.2 ? ?機(jī)座與中心柱中心、機(jī)座水平調(diào)節(jié)

根據(jù)定子機(jī)座大環(huán)板內(nèi)圓加工面調(diào)中心柱同心，中心柱掛鋼琴絲調(diào)中心柱垂直，中心柱調(diào)好后檢查機(jī)座水平，然后復(fù)測(cè)中心柱中心，直至尺寸調(diào)節(jié)合格。需注意的是，調(diào)整、使用中心柱的過(guò)程中不得對(duì)其進(jìn)行踩踏，以免造成中心柱垂直發(fā)生變化，影響測(cè)量結(jié)果。

2.3 ? ?擋風(fēng)板裝配

本臺(tái)機(jī)組定子內(nèi)支撐與定子機(jī)座為一體焊接結(jié)構(gòu)，為避免擋風(fēng)板裝配時(shí)污染定子，需先進(jìn)行擋風(fēng)板預(yù)裝。

2.4 ? ?基準(zhǔn)筋調(diào)節(jié)

水輪發(fā)電機(jī)定位筋是定子鐵芯的基準(zhǔn)固定部件，基準(zhǔn)筋更是其他定位筋的找正基準(zhǔn)，因此其裝配質(zhì)量將直接影響機(jī)組的裝配質(zhì)量。機(jī)座大環(huán)板半圓槽經(jīng)過(guò)單件數(shù)控切割后與機(jī)座焊接一體，其焊接變形量較大，無(wú)法將其作為基準(zhǔn)筋找正基準(zhǔn)，給基準(zhǔn)筋的裝配帶來(lái)了一定困難。

處理措施：將圖紙+Y方向與基準(zhǔn)筋相對(duì)位置反畫到粘膠片上，如圖1所示。然后將粘膠片上+Y方向?qū)?zhǔn)定子機(jī)座上+Y方向，在機(jī)座上畫出基準(zhǔn)筋位置線。

使用掛鋼琴絲方法調(diào)節(jié)基準(zhǔn)筋垂直度。采用在定位筋與機(jī)座壁間增加調(diào)節(jié)墊片的方式調(diào)整基準(zhǔn)筋半徑及向心，調(diào)好后將基準(zhǔn)筋點(diǎn)焊在機(jī)座上。

2.5 ? ?大等分、小等分筋調(diào)節(jié)

全圓共48根定位筋，為避免定位筋弦距累計(jì)誤差，將定位筋分八等份進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于中心柱底座基礎(chǔ)不夠牢靠，為減少中心柱調(diào)節(jié)次數(shù)，大等分筋半徑、弦距都使用內(nèi)徑千分尺進(jìn)行測(cè)量，調(diào)好后將大等分筋搭焊在機(jī)座壁上。大等分筋半徑及向心調(diào)節(jié)同基準(zhǔn)筋。

小等分筋半徑的調(diào)節(jié)使用測(cè)圓架百分表方法，弦距使用弦距檢查樣板進(jìn)行調(diào)節(jié)。小等分筋半徑及向心調(diào)節(jié)同基準(zhǔn)筋。需要注意的是，中心柱使用過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)復(fù)查測(cè)圓架垂直、中心。

2.6 ? ?滿焊定位筋

所有定位筋調(diào)節(jié)完畢后，將定位筋滿焊在定子機(jī)座內(nèi)壁上。與其他機(jī)組不同的是，貼壁貫流式機(jī)組定位筋與定子機(jī)座直接焊接，因此焊接過(guò)程極易造成定位筋尺寸超差，進(jìn)而造成定位筋報(bào)廢的情況。

為確保定位筋焊接質(zhì)量，制定了工地現(xiàn)場(chǎng)的工藝方案：（1）為減小定位筋焊接變形，定位筋塞焊孔焊接順序?yàn)橄戎虚g后兩邊。（2）每個(gè)塞焊孔分為點(diǎn)焊、段焊、滿焊三個(gè)階段。（3）每個(gè)塞焊孔焊接順序按圖2進(jìn)行（先焊點(diǎn)1，再焊點(diǎn)2，再焊點(diǎn)3），段焊完成后方可進(jìn)行大面積滿焊。（4）在定位筋的每層焊接后，需要清理干凈藥皮才能進(jìn)行下一層的焊接。（5）每焊接一次需對(duì)定位筋弦距、垂直度進(jìn)行復(fù)測(cè)，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整焊接順序。

2.7 ? ?齒壓板調(diào)節(jié)

然而由于貼壁貫流式機(jī)組定子機(jī)座下環(huán)板為單件加工后焊接到機(jī)座上，因此焊后下環(huán)板U型槽經(jīng)常發(fā)生周向錯(cuò)位情況。為了確保絕緣螺帽在最后把緊時(shí)不與機(jī)座環(huán)板相互干涉，需提前調(diào)整穿心螺桿孔與環(huán)板U型缺口同心，如圖3所示。

2.8 ? ?疊定子鐵芯沖片

受該類機(jī)組空間限制，貼壁貫流式機(jī)組定子鐵芯中間無(wú)通風(fēng)回路。整個(gè)定子浸泡在水中，定子熱量主要通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式經(jīng)導(dǎo)熱膠、定子機(jī)座傳遞出去，如圖4所示。

為減少導(dǎo)熱膠灌注時(shí)從下面流走的情況，在疊前面幾層鐵芯沖片時(shí)，應(yīng)在鐵芯沖片與定子機(jī)座間使用密封膠進(jìn)行封堵。定子鐵芯與定子機(jī)座間間隙設(shè)計(jì)要求為1.1 mm，目的一是給定子鐵芯熱膨脹預(yù)留膨脹間隙，目的二是確保導(dǎo)熱膠充分填充，增強(qiáng)定子散熱效果。為避免定子鐵芯疊壓過(guò)程中此間隙發(fā)生變化，疊片時(shí)應(yīng)在鐵芯與機(jī)座間增加1 mm厚墊片，并且需要隨著疊片增高將此墊片的厚度不斷提高（方便取出）。

2.9 ? ?鐵芯壓緊

為消除定子鐵芯沖片間應(yīng)力，鐵芯每疊一段高度需進(jìn)行一次預(yù)壓。由于該機(jī)組內(nèi)支撐與機(jī)座已焊為一體，預(yù)壓前鐵芯如果疊得太高，產(chǎn)品拉緊螺桿就會(huì)無(wú)法穿入;相反，如果鐵芯疊得太低，力矩扳手套筒就會(huì)無(wú)法直接把緊螺母。針對(duì)上述情況，工作人員經(jīng)過(guò)數(shù)次嘗試，最終將鐵芯預(yù)壓高度確定為550 mm，調(diào)好后用力矩扳手對(duì)稱同方向交叉均勻多次施力，將其把緊至圖紙力矩值。定子鐵芯最后之所以使用力矩扳手把緊，是為了保證鐵芯拉緊螺桿受力均勻、準(zhǔn)確。定子鐵芯內(nèi)徑設(shè)計(jì)要求R±0.25 mm，定子鐵芯壓緊后內(nèi)徑測(cè)量結(jié)果如表2所示。

2.10 ? ?鐵損試驗(yàn)

定子鐵芯鐵損試驗(yàn)是通過(guò)檢驗(yàn)鐵芯的絕緣情況和實(shí)際相對(duì)鐵耗值來(lái)判斷鐵芯的安裝質(zhì)量。勵(lì)磁線圈匝數(shù)由計(jì)算出的安匝數(shù)和電纜規(guī)格決定，檢測(cè)線圈匝數(shù)由測(cè)量電壓V2表量程（1/3～2/3）決定，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓V1，監(jiān)測(cè)V2，觀察其是否接近計(jì)算值4.44BSfW2。勵(lì)磁電壓調(diào)好后，每15 min記錄一次勵(lì)磁電流、測(cè)量電壓、損耗值，試驗(yàn)共持續(xù)90 min，鐵損試驗(yàn)結(jié)束后再次對(duì)稱把緊鐵芯。

為了讓試驗(yàn)與實(shí)際情況更接近，應(yīng)保證磁感應(yīng)的強(qiáng)度盡量接近計(jì)算值。

2.11 ? ?灌注導(dǎo)熱膠

由于貼壁貫流機(jī)組定子散熱手段非常有限，因此定子鐵芯發(fā)熱較為嚴(yán)重，如不能及時(shí)將定子熱量傳導(dǎo)出去，極易造成鐵芯的有害變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐啥ㄗ予F芯燒毀，因此導(dǎo)熱膠的灌注質(zhì)量十分關(guān)鍵。為了確保導(dǎo)熱膠灌注質(zhì)量，必須使用墊片隨時(shí)檢查導(dǎo)熱膠填滿鐵芯與定子機(jī)座間隙的情況，并根據(jù)情況調(diào)整導(dǎo)熱膠灌注速度。

3 結(jié)語(yǔ)

貼壁貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，增加了其裝配的難度。貼壁貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯裝配工藝在該機(jī)組上的成功應(yīng)用，確保了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和周期，為類似機(jī)組的安裝提供了參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 周亮，王延松.浮動(dòng)斜槽式定子鐵芯裝配工藝研究[J].東方電機(jī)，2001（2）：14-18.

[2] 王巖松.大型水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯熱膨脹及松動(dòng)[J].東方電機(jī)，1994（3）：4-10.

收稿日期：2020-11-20

作者簡(jiǎn)介：張波（1984—），男，吉林榆樹人，碩士研究生，工程師，研究方向：水輪發(fā)電機(jī)制造工藝。