东方发电机转子组装工艺

摘要：根据构皮滩转子的结构特点及组装控制尺寸要求，制订严格的工艺措施，并通过对首台机转子转子组装工艺的分析和实践，总结、优化下一台转子组装的工艺方案，成功地控制了转子支架的焊接变形、热打键的胀量、转子铁芯及转子的圆度和同心度，保证二台转子组装各项控制尺寸要求。

关键词：转子组装工艺圆度、同心度控制

1概述

水轮发电机转子由转子中心体、圆盘式分瓣转子支臂、转子磁轭、转子磁极及其它附件组成；现场组装时先将转子中心体与圆盘式分瓣转子支臂把合成整体并按专门的工艺文件焊接成一体；转子磁轭由2mm厚的高强度冲片现场叠压而成，并通过冷、热打键的方式使磁轭与转子支架形成一个整体；48个转子磁极挂装于磁轭外侧。转子组装的工作内容包括转子支架组装、焊接、闸板组装、磁轭叠装、磁极挂装等。

2转子组装工艺流程图

转子组装工艺流程见图1

3转子组装工艺措施

3.1现场布置

在转子组装场地中心安装转子中心体支墩；制作一定数量的钢支墩布置在转子不同的圆周上，用于支撑支臂和磁轭；在最外圆布置磁轭叠片和磁极安装的升降式可拆卸平台；转子测圆架安装在转子中心体顶部。

3.2转子支架组焊

1、设备清扫检查

转子中心体和支臂运输到安装间后，对合缝块及焊缝坡口进行清扫、打磨。中心体的上法兰面进行清扫、检查高点和除毛刺。

图1转子组装工艺流程

2、转子中心体支墩安装和中心体就位

清理转子工位中心基础板把合螺栓孔，将转子中心体支墩吊装就位，用螺栓将支墩把合在基础板上。将转子中心体吊放到转子中心体支墩上，利用千斤顶和中心体支墩上楔子板调整转子中心体上法兰面水平在0.05mm内，合格后，对称、均匀将转子中心体固定到转子中心体支墩上。检查中心体上法兰与上端轴止口直径和中心体下法兰与下端轴口直径的同心度。

3、测圆架安装

将中心测圆架各部件安装在转子中心体上法兰面上。调整转子测圆架中心柱的中心和垂直度：同心度调整到0.05mm以内。测圆架中心柱垂直度不大于0.02mm/m，测圆架调整后，要求利用中心测圆架转臂重复测量圆周上任意点的半径误差不得大于0.02mm，旋转一周测头的上下跳动量不得大于0.2mm。

4、转子扇形支臂挂装

根据制造厂内的预装标记，对称吊装转子支架扇形支臂，并利用扇形支臂组合临时支墩上配对楔子板，调整转子支架扇形支臂水平至要求范围内；同时调整转子支架立筋半径满足焊前要求，焊前按厂家要求适当放大半径和弦距。检查扇形支臂制动环把合面径向水平度及周向波浪度，要求其周向波浪度不应大于1.5mm，径向水平度不应大于0.5mm，否则，应对其进行处理。尺寸检查合格后，点焊把紧组合螺栓。

5、焊接及焊缝检验

清理焊缝及焊缝两侧100mm范围内无油污、油漆、铁锈等杂物，在适当的部位安装引熄弧板，以保证焊缝端部的内部质量。在各焊缝两侧处，打上测量焊接变形（收缩）的参考点；挂钩的上翘可在每瓣支臂挂钩底部安装3个千分表监测。

根据转子的材料和结构，转子焊接主要采用手工电弧焊。转子主体材料为Q345C，所以采用焊材为：焊条：E5015，φ3.2mm、φ4.0mm。

焊接的顺序：转子中心体与支架腹板间的连接板搭接角焊缝的焊接 转子盘支架上、中、下扇形板与中心体切向对接焊缝焊接 圆盘支架上、中、下扇形板径向对接焊缝焊接 磁轭挂钩（闸板座板）对接径向焊缝焊接 焊接转子支架加强圈 制动闸板座板的加强圈的焊接焊接上下挡风圈。

焊接工艺：采用分层分段退步焊的焊接方法；

转子支架焊接完后，打磨各焊缝表面、通风孔配割面以及支架切向和径向组合块角焊焊疤等。对所有焊接按设计要求进行表面PT及超声波探伤。探伤过后，对于不合格的焊缝，按照标准要求对焊缝返修。

6、焊后尺寸检查及防腐

转子支架焊接后，检查立筋的半径、垂直度和同心度；用精密水准仪检查闸板座板与中心体下法兰的高差及中心体下法兰的水平。

焊后尺寸检查验收后，对转子进行清扫，对支架焊缝位置预先进行防腐处理。

3.4转子磁轭和附属设备的装配

转子磁轭外边缘外切圆半径为R5971.5mm，磁轭高度为3670mm，分为上下二大段，每段高1795mm，段间用磁轭压板、间隔块及螺母隔开。磁轭由2mm厚的经钝化处理的高强度钢片叠装而成，磁轭叠片采用人工叠装。磁轭的内外高差和波浪度采用加补偿片的方法调整，磁轭采用专用压紧工具压紧。

1、转子磁铁轭叠装准备

检查转子中心体下法兰面水平和支臂各立筋挂钩高程偏差。必要时应对立筋挂钩进行堆焊、打磨处理。将转子磁轭安装千斤顶均匀布置到转子下磁轭压板下方，其位置不能影响穿入磁轭拉紧螺杆，将转子下磁轭压板吊放至磁轭叠片调整用千斤顶上，并拼成整圆。利用千斤顶调整转子下磁轭压板高程、水平以及其周向波浪度，按要求检查、处理下磁轭压板与转子立筋挂钩间隙。合格后，可将下磁轭压板间以及下磁轭压板与立筋两侧搭焊固定。

将转子磁轭叠片、导向键、磁轭键和调节键清洗干净，除去其表面上的局部高点、油污及毛刺等。按图纸要求安装导向键和磁轭键，调整其半径、径向和周向垂直度及弦距，合格后，将导向键固定牢固，将各磁轭键及其调节键点焊固定。

2、转子磁轭叠装

转子分为两大段进行。

(1)第一大段磁轭叠装

在转子下磁轭压板上试叠一个节矩的转子磁轭冲片，试叠时，应按图纸所要求的层间错位方式，并用定位销进行定位，调整转子下磁轭压板，以保证具有‘V’型焊坡口的下磁轭压板的拉紧螺杆孔与磁轭拉紧螺杆孔同心。检查调整试叠铁片的圆度、半径、、同心度、垂直度满足设计要求。

继续进行转子磁轭叠片，当磁轭叠片至通风槽片位置时，应进行磁轭通风槽片叠装。用挂钢琴线的方法，定时（约每叠200mm段长）测量磁轭外圆磁极鸽尾槽的周向倾斜情况，当转子磁轭叠到某一预压高度时，利用专用压紧工具，按要求进行转子磁轭预压。每次预压过程中，用专用力矩扳手，按50%、75%、100%逐渐加大压紧力矩，采用由中向两边的把紧顺序进行多次压紧。每段磁轭预压后，在磁轭内、外侧搭焊拉筋。

测量并调整磁轭压紧前后的圆度、波浪度、高度及垂直度。当最后一段磁轭冲片叠装完成并最终压紧，磁轭拉紧螺杆伸出螺母部分必须打磨平齐，并检查螺母上端面水平，任意方向的相邻螺母的高差不大于1mm，整圈子水平不大于3mm。

利用中心测圆架、内径千分尺、钢琴线等分上、中、下三个断面测量转子磁轭半径，并用调节键调整其半径和圆度符合设计要求。

(2)第二段磁轭叠装

每一大段叠装完成后，在其上磁轭压板的上部安装间隔块，测量间隔块顶面高程，相邻块的高差不大于1mm，整圈子水平不大于3mm，否则进行加工处理。合格后，焊接好间隔块。在第一大段压板上部搁放24节槽钢［160，将第二大段的磁轭压板放在槽钢上，组成整圆，并调整其波浪度。

按照叠装第一段磁轭的程序，进行第二段的磁轭叠片，其叠片、整形、监测、压紧等工艺与第一大段相同。

第二大段叠装、压紧后，整体下放：在均布的24个磁极键槽下部安放50吨的千斤顶，千斤顶上放置1.9米长的φ70圆钢，圆钢上部再放一块δ30mm的钢板,顶在第二大段磁极键槽的下部，上旋50吨的千斤顶，顶起第二大段磁轭。揶出第二大段下部的槽钢，整体缓缓降下第二大段磁轭。

3、转子磁轭冷打键

拆除磁轭叠片导向键，利用磁轭调节键，初步调整磁轭圆度和同心度，并使磁轭铁芯轴向间接触良好，每对调节键和磁轭键之间无间隙并且受力均匀，将每对调节键打紧，打紧后将每对的调节键点焊固定。在监测磁轭圆度情况下，用18磅大锤将磁轭键冷态打紧；打紧过程中，应利用冷打磁轭键进一步调整磁轭圆度、垂直度以及转子磁轭偏心。打紧磁轭键后，磁轭键上端长度必须满足磁轭热打键要求。在相应位置的磁轭长键上划出磁轭热打键长度标记。

分上、中、下三个断面测量转子磁轭半径，要求每断面半径与该断面平均半径之差不大于±0.87mm。

4、转子磁轭热打键

转子磁轭加热，采用电器加热，其电加热片均匀地布置在转子磁轭通风沟处。磁轭加热时，采用隔热效果较好的石棉被进行保温。

当转子磁轭及支架立筋间的温差及磁轭热胀量达到要求后，应进行保温，并按照转子磁轭热打键标记，对称均匀地打紧磁轭键。然后，有效控制磁轭冷却。

转子磁轭冷却后，按要求用扭矩扳手全面核查磁轭压紧螺杆扭矩值，合格后，按要求点焊所有磁轭压紧螺杆螺母。全面检查转子磁轭圆度、波浪度；复查转子中心体下法兰面水平以及中心体上下法兰止口的圆度及同心度。按图纸要求，割去调节键多余部分，并将调节键焊牢。并将磁轭键下端挡块焊牢。

5、转子磁轭切向键的拼装、焊接

6、转子磁轭加强键安装、焊接

7、并按照图纸要求，采用对称、分段退步的焊接方式转子上、下磁轭压板。

3.5转子磁极挂装

1、磁极挂装准备

用专用方铣刀拉铣转子磁极挂装用鸽尾槽。用有机溶剂清洗转子磁极键表面防锈漆以及油污，除去磁极键表面的锈斑以及毛刺等，将转子磁极键配对，并检查每对磁极键接触情况。

开箱并全面清扫所有磁极，检查所有磁极表面。进行转子磁极配重，并按要求检查磁极直流电阻、绝缘电阻、交流阻抗，否则应予以处理。并对每一个磁极进行交流耐压试验，试验合格后方可挂装磁极。

以转子中心体下法兰面为基准，按照图纸要求，并参考定子铁芯的实际平均中心高程，确定出转子磁轭上磁极挂装中心线高程。按每个磁极铁芯的实际长度，确定每个磁极铁芯中心位置。

2、转子磁极挂装

按图纸（磁极键装配）要求，将磁极挡块焊接在鸽尾槽底部相应位置。焊接时，应保证磁极挡块与鸽尾槽阍部接触良好，且磁极挡块的位置应不妨碍转子磁极打键。

按照制造厂编号对称进行转子磁极挂装。第1#磁极与第48#磁极挂装位置要与转子引线的位置相对应。按要求打紧磁极键。要求磁极键打紧后，其长键的下端部应超出磁极下压板端面。并检查磁极铁芯与磁轭之间的间隙，间隙应符合有关规范要求，否则，应采用加垫浸有793环氧室温固化胶的毛毡对其进行处理。

打紧所有转子磁极键后，测量单个磁极的绝缘电阻、交流阻抗值及磁极耐压试验。

校核转子磁极的挂装高程；分上、中、下三个断面测量各转子磁极铁芯轴对称线位置处的半径。

3、磁极阻尼环连接片的安装

4、磁极极间连接线安装

5、转子引线安装

6、测量整个转子磁极的直流电阻以及绝缘电阻，其中，转子绕组绝缘电阻测量值不应小于5MΩ，否则，应进行干燥。干燥后当转子绕组温度降至室温时，测量转子绕组绝缘电阻以及直流电阻值，按标准进行转子磁极整体交流耐压。

3.6闸板等附件组装

清扫转子支架制动环把合面，按图安装制动板，并检查各制动闸板的把合间隙。制动板安装时，外圆应紧靠转子支架止口，制动环装配后，制动环把合面水平不大于2mm，前后错牙不大于0.08mm，且在机组旋转方向上前一块不得高于后一块，相邻抽动板间隙,外圆7.0±3mm内圆6.7±3mm。若不能满足标准要求，应对闸板进行打磨处理直至符合要求。

4转子组装要点及控制难点

1、为减小支架焊接变形的影响所采取措施：

(1) 在各焊缝处焊接骑马板，以防止焊接过程中焊缝收缩过大，焊后检查转子支架的各项控制尺寸。

(2) 对组装间隙大的焊缝采用镶边焊，并采取多层多道分段退步焊。

(3) 焊接过程对称进行，焊接速度尽可能一致。

(4) 支臂装配时，有意使制动环板偏向公差上限，予留一定量的反变形。

(5) 根据施工经验对转子的焊前半径及弦距适当放大。

(6) 成立焊接监控小组，对焊接过程进行监测和记录，根据变形的情况，及时调整焊接的有关工艺参数和焊工的人数，必须严格控制预热温度、层间温度及温度梯度。

(7) 除第一层和最后一层焊缝外，在焊完每层焊缝后，用风铲对焊缝振动15分钟，以消除部分焊接应力。

2、磁轭叠装：在整个磁轭安装过程中，其磁轭冲片叠装正反面应一致，并用木榔头随时对冲片进行整形。同时，不断检查中心体下法兰水平、磁轭底部的平面度、径向倾斜及支架的水平（闸板部位），随时用千斤顶进行调整；为更好地控制磁轭的叠装质量，在每大段的第一小段叠装、整形及调整后，将永久螺杆插入进行定位。

3、磁轭的压紧：磁轭铁片清理时，要进行分类称重，并测量各种规格的厚度，按铁片的数量、重量及叠装要求编制堆积表，按堆积表进行叠片，并用重量法和厚度法计算磁轭压紧系数，不得超过0.99。

4、磁轭冷热打键：按厂家设计要求，调整磁轭圆度及同心度时，下部有500mm长因没有调节键难以调整，在热打键后，磁轭冷却收缩后，下部圆度整体偏小0.5~1mm，在4#机转子支架组装焊接后，在支架立柱下部250mm高度再刨一个调节键槽，这样在冷打键时，可调整磁轭下部的圆度及同心度，热打键冷却后，磁轭圆度和同心度符合设计要求。

磁轭轭热套时，加热及冷却时必须注意：在加热过程中，应注意控制磁轭的温升以及磁轭与转子支架之间的温差，并对转子磁轭及支架立筋间的温差进行定期检测、记录。当磁轭不同点温差大于10℃时，应适当降低高温点的升温速度，使温升基本一致。磁轭加热时间不得超过12小时，最好在8小时左右。磁轭膨量达到要求后，保温一定时间，若半小时左右，热打键，直到键的最终线达到设计位置。

热打键完成后，此时在保温阶段，缓慢冷却，在降至40℃后，拆除保温被，自然冷却至室温。

5、转子组装质量控制点。

磁轭圆度≤1.74mm；

磁轭圆度半径公差≤2.32mm；

磁轭与转子支架同心度≤0.21mm；

磁轭垂直度≤1.74mm；

每断面半径与该断面平均半径之差≤±0.87mm；

转子磁轭整体偏心值≤0.21mm；

磁轭平均高度与设计高度的偏差在0~6mm范围之内;

沿圆周方向高度差≤3mm;

同一纵面上高度偏差≤1.5mm;

转子磁轭的叠压系数≤0.99。

转子各半径与磁极相应断面半径的平均值之差不应大于空气气隙的±1.16mm。

磁子圆度不小于1.74mm;

磁子同心度不大于0.21mm;

磁子垂直度不大于1.74mm。

5转子组装成果

控制项目 设计值 实测值（mm）

4#机 5#机

磁轭实测半径偏差 2.32 1.13 2.05

磁轭圆度 1.74 1.48 1.65

磁轭同心度 0.35 0.172 0.23

磁极实测半径偏差 ±1.16 -0.9~+0.85 -0.97~+0.63

转子圆度 1.74 1.75 1.59

磁极同心度 0.35 0.257 0.27

6结论

构皮滩电站水轮发电机组是我国自行设计制造的最大机组，高铁芯定转子，转子高3650mm。支架的焊接变形控制、磁轭的叠装质量控制是转子组装的关键，按照详细的施工工艺组织施工，加强过程监控，严格控制每一道工序，不断的总结、调整和优化工艺方案，转子组装圆满完成，各项尺寸控制在要求范围内，达到了比较理想的效果，为同类型水轮发电机组高铁芯转子组装提供了经验借鉴。

作者简介：朱贵忠（1970-），男，湖南省双峰县人，工程师，工学学士，构皮滩电站机电安装项目副经理。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。