陳弘昊，楊 昭，李 展，沈 燕，陳建華，雷 慧

(深圳蓄能發(fā)電有限公司，廣東 深圳 518115)

0 引 言

深蓄抽水蓄能電站(以下簡稱“深蓄電站”)發(fā)電電動機由哈爾濱電機廠有限公司設(shè)計制造，總裝機容量為1 200 MW(4×300 MW)。深蓄電站轉(zhuǎn)子磁軛采用厚板剛性磁軛結(jié)構(gòu)，是國產(chǎn)蓄能機組首次采用該種結(jié)構(gòu)，同時也是首次在厚板剛性磁軛上采用熱套加墊結(jié)構(gòu)的蓄能機組轉(zhuǎn)子[1- 4]。本文介紹深蓄電站轉(zhuǎn)子環(huán)形磁軛的熱加墊工藝，分析總結(jié)熱加墊工藝的關(guān)鍵控制點及控制方法。

1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

1.1 磁軛

磁軛采用整圈鋼板結(jié)構(gòu)，共9段，每段磁軛高度為300 mm，每段磁軛采用60 mm的鋼板通過拉緊螺桿和定位銷固定，各段之間有通風溝，高度65 mm，結(jié)構(gòu)如圖1所示。磁軛整體安裝后，多段磁軛通過拉緊螺桿固定，并采用通風溝加工定位止口等方式，保證磁軛的整體性、強度和剛度，防止松散和變形。

磁軛與轉(zhuǎn)子支架連接，采用復合鍵結(jié)構(gòu)，如圖2所示，凸鍵與轉(zhuǎn)子支架之間帶有一定的緊量，在廠內(nèi)安裝；副鍵在磁軛側(cè)切向打緊；磁軛凸鍵與磁軛之間加墊片，保證機組在1.1倍額定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子支架與磁軛不發(fā)生分離。

1.2 轉(zhuǎn)子支架

轉(zhuǎn)子支架由輪轂和7個立筋組成，轉(zhuǎn)子支架整體采用焊接結(jié)構(gòu)制成，如圖3所示。轉(zhuǎn)子支架在工廠內(nèi)完成焊接和加工后，整體運到工地。

圖1 磁軛結(jié)構(gòu)示意

圖2 復合鍵結(jié)構(gòu)

圖3 轉(zhuǎn)子支架示意

1.3 磁極

磁極采用向心結(jié)構(gòu)，由磁極鐵心，壓板和磁極線圈等部分組成，機組共有14個磁極，每個磁極通過4個T尾結(jié)構(gòu)固定在磁軛的對應鍵槽上，如圖4所示。

圖4 磁極結(jié)構(gòu)示意

2 熱加墊技術(shù)方案分析

2.1 熱加墊技術(shù)方案主要內(nèi)容

(1)墊片準備工作。根據(jù)測量的間隙值及圖紙上緊量要求，同時兼顧磁軛外圓尺寸，計算應墊墊片的厚度值。然后，選配修理墊片，厚度偏差控制在±0.05 mm以內(nèi)，表面及臨邊應無毛刺、凸點、漆膜等異物。

(2)磁軛加熱參數(shù)計算。加熱參數(shù)包括磁軛與轉(zhuǎn)子中心體支臂溫差、加熱功率等。

(3)布置加熱工裝。在磁軛的外圓、下方布置履帶式加熱器，接好電源線；采用適宜容量的晶閘管電源控制柜供電加溫；在磁軛上端面且并沿磁軛內(nèi)外表面至地面間，分別敷設(shè)玻璃纖維氈和懸掛石棉布等絕熱阻燃材料，并在外敷設(shè)防火苫布。

(4)進行磁軛加熱。在加溫過程中，由機、電專業(yè)人員分工巡視檢查，記錄磁軛加溫電氣參數(shù)、磁軛與支架的溫差及膨脹量，控制溫度上升。

(5)安裝磁軛墊片。在磁軛凸鍵與磁軛鍵槽槽底之間間隙達到比墊片大1 mm時具備加墊片條件。將準備好的墊片裝入磁軛凸鍵與磁軛鍵槽之間并固定。將磁軛副鍵裝入并臨時固定，停止加熱，磁軛自然冷卻至室溫。

(6)進行磁軛冷卻。將溫度緩慢降到室溫，降溫冷卻過程中，磁軛上下內(nèi)外的溫差不得大于10 ℃，以免磁軛收縮不均勻而產(chǎn)生變形。冷卻到環(huán)境溫度后，拆除加熱設(shè)備。

(7)磁軛墊片固定。磁軛溫度冷卻至室溫，打緊磁軛副鍵，割掉突出磁軛部分，并將主立筋與磁軛鍵之間的墊片折彎在凸鍵上，配鉆螺栓孔，用螺栓將鋼帶固定在磁軛凸鍵上。

(8)安裝制動環(huán)板。按設(shè)定力矩值擰緊閘板固定螺母，并將螺母與閘板點焊牢固，環(huán)板部位的螺栓應凹進摩擦面2 mm以上，裝配完成后應保證閘板徑向應水平，偏差小于0.4 mm，沿整圓周的波浪度應小于1.5 mm。

(9)磁軛熱加墊后驗收。復測轉(zhuǎn)子磁軛半徑、圓度、鐵芯高度、下端面水平度等。

2.2 熱加墊關(guān)鍵工藝控制[5- 6]

2.2.1加墊厚度計算

熱加墊厚度的計算公式為

H=δ+A-B

(1)

式中，H為應加墊厚度；δ為設(shè)計預緊量1 mm；A為實測磁軛鍵與鍵槽的徑向間隙；B為圓度實測半徑與實測平均半徑之差。

深蓄電站轉(zhuǎn)子共有14個磁極，磁軛共有9段，因此每段環(huán)板磁軛共有14個半徑測點，同時根據(jù)磁軛鍵與鍵槽的徑向間隙等，進行加墊厚度的計算。墊片主要由3、1、0.5、0.1 mm墊組成，最多由7張墊片組成，因此在結(jié)合圖紙上緊量要求、磁軛外圓及墊的厚度類型基礎(chǔ)上，選配修理墊片，確定最終的加墊厚度尺寸。實際加墊厚度如表1所示。

表1 1號轉(zhuǎn)子磁軛熱加墊厚度記錄 mm

2.2.2墊片制作

按照計算完成后墊片厚度進行選配加工。由于墊片長而薄，沒有剛性，因此在底部采用氬弧焊固定，并進行倒角、光滑過渡。墊片由多層組成，薄墊片須放在靠近凸鍵的一側(cè)，厚墊片放在磁軛一側(cè)，避免產(chǎn)生彎折，便于墊片插入就位。

2.2.3磁軛加熱參數(shù)計算

磁軛加熱溫差為

Δt=δ/aR

(2)

式中，δ為設(shè)計預緊量1 mm；a為磁軛材料的線膨脹系數(shù)，取11×10-6；R為轉(zhuǎn)輪中心體力臂半徑，取1 675 mm。經(jīng)計算，Δt=54.27 ℃。

電容總?cè)萘坎捎霉浪惴绞?，?/p>

P=KΔtGC/0.24T

(3)

式中，K為保溫系數(shù)，一般取2～4；G為磁軛總質(zhì)量，取170 000 kg；C為磁軛材料比熱容，取0.5；T為預計加熱時間。

加熱時間預定為10 h，保溫系數(shù)取2，熱容量取0.5，則加熱容量為1 062 kW。

2.2.4磁軛加熱板布置及冷卻方式

深蓄電站1號轉(zhuǎn)子磁軛熱加墊制定了2種加熱板布置方案。方案1為在磁軛上、中、下及底部均勻布置42塊加熱板，功率均為4 kW。方案2為在磁軛上部布置21塊，中部布置42塊，下部布置63塊，功率均為4 kW，底部布置13塊，功率為10 kW。2個方案的加熱板布置如表2所示。

表2 加熱板布置方案

通過現(xiàn)場對比發(fā)現(xiàn)，方案1無法保證磁軛下部溫升與上部一致，因此采用方案2，在底部多布置加熱板，保證磁軛下部的溫升。

熱加墊冷卻也制定了2種方案。方案1是采用風冷方式，在轉(zhuǎn)子中心體底部布置軸流風機，對其進行降溫。方案2是采用水冷方式，即制作兩根冷卻水環(huán)管，均布置在轉(zhuǎn)子頂部，一根在環(huán)管加熱時，投入工業(yè)冷卻水冷卻支臂及凸鍵鍵槽，另一根當磁軛中心體達到90 ℃，澆淋支臂及中心體，具體布置如圖5所示。通過現(xiàn)場對比發(fā)現(xiàn)，通過水冷方式進行轉(zhuǎn)子中心體降溫，其效果要明顯好于風冷方式，因此采用方案2。

圖5 熱加墊水冷卻示意

2.2.5監(jiān)測及測點布置

為使磁軛均勻受熱膨脹，須控制磁軛溫升速度不大于10 K/h，每隔半小時進行一次溫度記錄，并根據(jù)磁軛溫升及上下溫差、膨脹情況，利用溫控柜手動適時投切磁軛相關(guān)部位的電熱器。加溫8～10 h后，每隔半小時進行一次凸鍵與磁軛間隙測量，當上下端間隙滿足加墊要求后，及時開始熱加墊。間隙測量點選取墊片及主鍵厚度最大點。

2.2.6熱加墊

在加墊時，必須按照配墊編號，對稱同步進行，防止人為造成磁軛偏心。

2.2.7降溫冷卻

熱加墊完成后停止加熱,,由下至上分步、逐漸揭開保溫設(shè)施，然后讓轉(zhuǎn)子緩慢自然冷卻至室溫，在溫度下降過程中控制磁軛上下內(nèi)外溫差不大于10 ℃。

3 磁軛熱加墊質(zhì)量

根據(jù)GB 8564—2003《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》，機組轉(zhuǎn)速在300～500 r/min的轉(zhuǎn)子偏心允許值為0.15 mm。由于環(huán)形鋼板磁軛外圓并不是完美的圓形，現(xiàn)場通過測量磁軛外圓一系列的外圓半徑數(shù)據(jù)進行分析、計算，其偏心值計算公式為

(4)

式中，e為磁軛偏心值，mm；n為磁軛半徑測點數(shù)；Ri為測點半徑測量值，mm；αi為測點與X軸夾角。

深蓄發(fā)電機組磁極數(shù)為14，現(xiàn)場測點是按14個磁極測量所得的，因此根據(jù)最小二乘法的計算原則應將其換算為16等分。按照式(4)，深蓄電站1號～4號機組磁軛熱加墊后偏心值如表3所示。

表3 深蓄機組磁軛熱加墊后偏心值 mm

由表3可知，通過合理熱加墊工藝，深蓄電站磁軛熱加墊后偏心值基本控制在了0.10 mm以內(nèi)，熱加墊后質(zhì)量控制較好，其中4號機組磁軛受加工精度影響，偏心較3號有增大。

4 建 議

通過深蓄電站轉(zhuǎn)子熱加墊工藝的總結(jié)，可得到如下改進建議：

(1)為保證磁軛下部與上部均勻膨脹，須合理布置加熱板，適當加密磁軛底部加熱板數(shù)量，使其磁軛底部溫升滿足要求。

(2)為使轉(zhuǎn)子支架與磁軛間隙量滿足要求，即使轉(zhuǎn)子支架要與磁軛產(chǎn)生足夠的溫差，須采用適宜的降溫冷卻措施。若采用水冷卻方式，應做好轉(zhuǎn)子支架防護措施，避免其表面銹蝕。

(3)溫控柜與加熱板須連接可靠，分類固定，避免發(fā)生溫控柜接觸不良、電纜線短路斷路的情況，同時布置一定數(shù)量的滅火器，做好防火措施。

(4)磁軛熱加墊溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有進行溫度監(jiān)測功能，還不具備自動控制加熱板的投退，需進行改進，實現(xiàn)加熱系統(tǒng)與溫度監(jiān)測系統(tǒng)的融合。

5 結(jié) 語

目前，國內(nèi)抽水蓄能電站轉(zhuǎn)子磁軛通常采用扇形疊片結(jié)構(gòu)，而深蓄電站是國產(chǎn)蓄能機組中首個采用環(huán)形鋼板結(jié)構(gòu)的電站。同時，深蓄電站轉(zhuǎn)子磁軛采用熱加墊方法使轉(zhuǎn)子支架與磁軛緊密配合，而熱加墊工藝質(zhì)量直接關(guān)系到機組安全穩(wěn)定運行。本文深入分析深蓄電站轉(zhuǎn)子磁軛熱加墊工藝的關(guān)鍵控制點和方法，為類似結(jié)構(gòu)磁軛的熱加墊提供一定的借鑒。