水轮发电机组转子大立筋安装技术研究

【摘要】大容量机组的应用不断涌现，为确保磁轭、转子中心体能够在机组分离转速基础上运行，而且不会出现分离间隙，则需对转子进行严格组装，特别是对发电机组转子大立筋安装技术提出了更高的要求。本文将对转子的结构特点进行分析，并在此基础上就如何对水轮发电机组转子大立筋施工安装技术进行分析，仅供参考。

【关键词】水轮发电机组；转子；大立筋安装技术；研究

在水轮发电机转子实际运行过程中，转子磁轭所承受的离心力非常大。尤其是大型水轮发电机组，离心力非常大，会导致磁轭叠片径向变形，使转子支架与磁轭之间产生一定的径向分离间隙；转子的直径越大，则分离间隙就会越大。

1、转子结构分析

以某水轮发电机组为例，由6台额定功率360MW、转速每分钟100转水轮发电机组构成，其中发电机采用的是立轴半伞式构造。对于转子而言，由大立筋、分瓣支臂、中心体以及磁极和磁轭组成，在对其进行现场组装过程中，先把转子中心体、分瓣转子支臂把组成一个整体，然后再对其进行焊接；转子磁轭在施工现场进行加热、垫套，从而使磁轭热套能够在转子支臂上，使其成为一个整体。转子支架是由支臂扇形体、中心体和大立筋（二十根）现场组装而成，然后焊接成整体，其中单根大立筋的重量大约为621公斤、高度为2487毫米；转子的外径大约为14063.3毫米，高度为2574毫米，转子的总重量大约在847150公斤左右。一般而言，转子的整体结构如下图所示。

（图1：水轮发电机组转子结构示意图）

2、水轮发电机组转子大立筋施工安装技术要点

2.1大立筋挂装

大立筋吊装过程中，先将大立筋吊落在预设支撑之上，然后用花兰螺栓对其进行临时点焊，最后再将其固定在转子支架之上，如下图所示。

（图2：水轮发电机组转子大立筋、磁轭下压板支撑图）

在安装调整过程中，因本文所研究的水轮发电机组转子大立筋挂钩、中心体下法兰高差为73毫米，基于对磁轭叠装以后的重量考虑，又将上述高差进行了调整，增加两毫米，即75毫米。在调整完高差以后，利用内径千分尺以及测圆架对大立筋半径进行测量和调整，以确保其能够满足设计要求。在此过程中，需对焊接收缩产生的影响进行全面考虑，焊接之前大立筋半径应当大于设计值3毫米左右；然后再利用挂线锤的方式，将大立筋径向以及周向垂直度进行初步调整，使其在1毫米范围以内。

2.2调整基准大立筋

将+Y向的转子大立筋视为基准筋，利用内径千分尺对其半径进行测量和调整；采用挂钢琴线的方式对垂直度进行测量和调整，偏差不能超过0.15毫米。在调整大立筋时，应当以磁轭叠装尺寸作为参考标准，挂装完大立筋以后，根据磁轭叠片图、堆积表预叠装磁轭，其高度在100毫米左右。将+ Y向作为起始点，沿着顺时针方向开始，用内径千分尺、测圆架对预堆磁轭圆度以及半径进行测量，以确保其能够满足设计要求。同时，还要将涂抹二硫化钼的导向销钉，插入磁轭并对其进行调整；当导向销钉插入到磁轭螺孔以后，再用手对可灵活转动，否则需对其进行整形处理。对磁轭圆度、半径进行测量整形，直到满足要求为止。同时，还要采用基准筋调整方法，对基准筋半径、搞程以及垂直度进行检查，以确保其能够有效满足要求。当基准筋调整合格以后，即可采用以下方法对其他大立筋进行适当调整。对大立筋底部支撑螺杆进行旋转，并对转子中心体下法兰面高差进行适当的调整，以确保其满足设计要求；于测圆架上布设两块百分表，将基准筋上下两个点作为起点，以此对其他大立筋半径、径向垂直度进行调整；将基准大立筋磁轭键顶部中点作为起点，对相邻大立筋间弦距进行测量，使其能够有效满足要求。调整完大立筋以后，对磁轭进行正式叠装。

2.3焊接施工操作

大立筋焊接作为大立筋施工安装过程中的一个重要环节，其焊接质量直接关系着大立筋安装操作质量以及磁轭圆度。在大立筋焊接安装之前，在上、中、下 三处焊缝背缝处，搭接板（具体尺寸为δ30×100×200） ，以免焊接时焊缝收缩太大。实践中，为了方便监测变形，在具体焊接之前应当在每一个焊缝两侧位置， 打上测量焊接收缩的样冲点，分别按照加固前、后以及焊接和停温后等状态进行操作，并且严格监测焊缝收缩量、圆度以及磁轭半径和转子中心体水平。在焊接操作过程中，应当严格控制大立筋层间温度，焊接施工操作应当确保连续性。对于焊缝而言，采用多道、多层焊方式，而且每一层熔敷金属的厚度不能超过5至6毫米，层与层间的接头错开大约30至50毫米；同时，焊缝要求短弧操作，而且窄幅有较小的小摆动，每一道熔敷金属的表面宽度不超过20毫米。实际焊接施工过程中，除了打底、盖面，每焊一层均需用风把对其进行锤击振动消应。

大立筋焊接之前，应当测量大立筋数据信息，在各焊缝进行打底、填充时，应当对大立筋变化进行连续监测。在此过程中，如果发生了异常变形，则需随时对焊接顺序以及焊量进行调整。大立筋焊接、探伤检查后，需对转子中心体水平进行检测，并且做好圆架、磁轭半径以及圆度的测量；测量挂钢琴线+Y向的磁极处磁轭垂直度。同时，根据半径数据对其他位置的磁轭径向垂直度进行测量，对大立筋、磁轭间间隙进行检测，做好测量记录工作，为磁轭热加垫配垫做准备。

2.4磁轭热加垫

水轮发电机组转子磁轭热加垫过程中，先对磁轭进行加温，膨胀后使磁轭与大立筋之间产生一定的间隙，再向间隙中加入适量的垫片。待其冷却收缩以后，过盈量就会使支架、磁轭紧箍成为一个牢固的整体。

第一，热加垫、常规打键之间的差异。对于常规磁轭而言，其热打键基本原理类似于大立筋式热加垫，叠装后磁轭以后，再对磁轭主键、副键进行安装。磁轭加热以后，打紧主键和副键，使其进入规定深度。磁轭加热时，将磁轭键打入与计算径向形变量对应长度，这样无法使磁轭产生预设紧量。对于热加垫而言，主要是基于加热磁轭向磁轭、大立筋加垫的全新工艺，较之于常规热打键而言，热加垫形式可全面兼顾大立筋、磁轭间隙，具体操作方法更加有效、简便。

第二，磁轭加热。对于磁轭热加垫而言，对关磁轭进行加热后，与水轮发电机组转子大立筋是否能够产生温差，加热方法如下。铜损法：将已经挂装好的磁极绕组串联在一起，通上直流电流，加热导线使磁轭升温。铁损法：在没有挂装磁极前，将磁轭绕上励磁绕组，对其通入工频交流电，从而使磁轭产生铁损发热。电热法：磁轭底部、通风沟中，布置着均匀的特制电热器，或者利用远红外对其进行加热，操作方法简单易行，而且适用范围也非常的广泛。加热磁轭时，根据工艺参数、现场情况，选择适合的加热方式、方法。根据本文所研究的水电站水轮发电机组转子情况，选用电热法为宜。

第三，热加垫。水轮发电机组转子磁轭加热垫结构如下图所示。

（图3：磁轭热加垫示意图）

磁轭叠片、转子支架安装焊接完成后，对磁轭键、转子支架立筋间隙进行测量，做好标记，并且计算和调整垫片厚度。对转子磁轭收缩垫片的厚度进行调整，取至少五处作为测量点，对间隙数值进行测量，然后再加上收缩值。当上、中、下测量间隙差别超过0.3毫米时，应当充分考虑配制不同厚度的垫片。磁轭热加垫后，缓慢降低磁轭温度至室温，并且严格按照降温时间间隔记录温度，确保圆周内的温差不超过20摄氏度，冷却时间不少于设计的降温时间。冷却以后，对磁轭半径、圆度以及径向垂直度进行测量，直至满足要求为止。

结语：总而言之，水轮发电机组采用大立筋、热加垫等方式，可以有效消除磁轭叠片不平整影响，保证磁轭达到设计紧量，以此来有效满足机组安全要求。

参考文献：

[1]王秀然； 施代勇.大型发电机转子大立筋现场组装和焊接技术[J]水电站机电技术，2014（12）.

[2]陈锡芳.水轮发电机结构运行监测与维修[M]北京： 中国水利水电出版社，2008.