厚环板分段式磁轭在安装过程中的调整和控制

吕志鹏，陈泓宇

（清远蓄能发电有限公司，广东清远511853)

1 引言

清远抽水蓄能电站（以下简称“清蓄”）共安装4台立式单级混流可逆式水泵水轮机—发电电动机机组，单机容量（发电工况）320MW，总装机容量1280MW。水轮发电机组由东芝水电设备有限公司(以下简称“东芝水电”)总承包供货，其发电电动机采用东芝水电典型的不设通长把紧螺杆分段厚板环形结构（图1），与国内一般的转子传统磁轭叠片工艺相比,简化了现场装配工艺，大大压缩组装工期。但磁轭偏心量控制以及圆度、高度和水平度的调整和控制有一定的难度和特殊性，本文对此进行简扼介绍和分析。

图1 清蓄电站转子中心体和磁轭结构

2 清蓄电站转子磁轭结构

（1）磁轭整体高3570mm，外径4363mm，采用50mm和75mm两种规格Q690D/WDER650高强度环形厚钢板叠装组成9段，每段磁轭高度300mm(或350mm)，分别用42根M48拉紧螺杆（每极3根）紧固成一体。螺杆把紧力矩240～277（kg·m）(13～15kg/mm2)，伸长值分别为0.17～0.19mm及0.19～0.21mm。磁轭环板经过调整平面度处理，仅对组合后各段上下平面进行精加工。

（2）9段之间均设置高度65mm的通风道，段与段之间有H6/js6过渡配合的止口定位，通风叶片上的止口定位，参见图2。

图2 通风叶片加工

（3）磁轭与转子支架配合结构见图3，磁轭内径设计有7处键槽。该结构为浮动结构，径向无配合紧量，周向用切向键楔紧。其中T形键设计在厂内装在转子支架上，现场只需安装切向键。T型键已经在立筋内，在打入键上涂上一层红丹粉，对准装配记号插入键轻轻打入，然后拔出确认磁轭键的匹配情况，必要时进行精加工，接着再次进行同样操作，确认磁轭键的接触情况（整体的70%以上）。确认打入键接触情况后考虑打入余量并在打入键上划线，将多余长度切除并去除毛刺。

图3 磁轭与转子支架配合结构

将打入键两个面涂抹二硫化钼，使用7.5kg左右的锤尽量打紧，确保各个磁轭键余量基本相等。磁轭键充分打紧后应将突出立筋上表面的部分切除并打磨。

（4）与通常的叠片磁轭相比较，明显有以下特点：

1）没有叠片过程中一定程度上在加各种厚度的补偿片及调整水平。

2）不设置上下齿压板。

3）没有热打键工序，也不需采取冷、热打键调整磁轭圆度工艺。

4）不需要均衡穿心螺杆拉紧力矩的繁琐工艺。

3 清蓄转子磁轭在制造阶段关键部位的调整和控制

（1）根据制造工艺要求，t75母材钢板必须在钢厂进行不平度联检，若不平度大于3mm则需在不加热工况下采用钢厂4000T液压机进行整形处理，直至达到要求；t50钢板则采用工厂内部的400T液压机调形，均必须控制不平度在3mm以内。环板下料切割后所进行的检查，其不平度均应不大于3 mm，否则仍应在不加热情况下进行整形。

（2）对钢板用钢印做好压延方向标记，整周强度均匀堆叠环形磁轭钢板时每张环形钢板堆叠压延方向应错开一个极。

（3）第1段磁轭外周侧14根拉紧螺杆部位铰制螺孔Φ50H7(+0.025/0)，采用铰制螺栓把合，且“1”、“2”、“3”磁轭环板外圆侧坡口采用分段焊接(图4)以加强整段刚度。同时对图4所示的止落块上平面高程差、底部与制动环结合面（含止口）均有较高的加工精度要求。

图4 第1段磁轭环板结构

4 组装基准与工厂预组装

由于9段磁轭装配后总高度达3570mm，逐段车削可能产生段与段的错位而不能保证整体直线度，给现场装配增加难度。为解决机床加工高度限制的难点，东芝水电采用如下工艺：

（1） 第 5、6、7、8、9，5 段用临时螺杆连成一体完成内圆精加工、外圆尺寸及磁轭键槽半精加工，预装配磁轭键后铣磁极键槽并完成钻配用孔。

（2） 第 1、2、3、4、5，5 段磁轭环形钢板用临时螺杆连成一体以第5段为模板精铣磁轭键槽，然后精铣磁极键槽。

（3） 第 1、2、3、4、5 与第 6、7、8、9 共 9 段磁轭环形钢板进行整体预组装，如图5所示。

图5 9段磁轭预装

（4）工厂预装不仅将9段磁轭与转子支架组装，同时还将磁轭键也进行了组装。

5 现场安装对关键部位的调整和控制

（1）东芝水电在原编制的《清远抽水蓄能机组发电电动机安装质量检测标准》中强调：

1）磁轭与转子转轴之间的间隙相对差≤0.04mm。

2）全部叠好后再次确认磁轭与转轴之间的间隙相对差≤0.04mm。

以通过塞尺直接测量磁轭与转子支架立筋之间的间隙相对差为基准作为两者同心的判断标准（当立筋数为偶数时，可认为偏心量就是相对差的一半），这就是东芝传统工艺的精髓。有时候，也有标准定为0.05mm的，如西龙池。标准的立足点是为了确保磁轭与转子转轴的同心。

（2）1号机磁轭现场装配出现问题的探讨

1）由于1号机转子磁轭在车间未与转子中心体预装配，当第1段套进转子中心体就位装配时，发现其内圆周与立筋均几无间隙，使得第1段环板难以调整，而中心体立筋与磁轭环板上部最大间隙与最小间隙差值达到0.18mm，远大于设计值0.04mm。

2）又由于东芝缘用其传统工艺将转子中心体立筋垂直度（或水平度）的标准值制订为0.1mm/m，安装单位调整值为0.06mm/m，也就与采用最小二乘法计算磁轭偏心值方法不匹配造成偏差。后经调整，中心体的法兰水平度达到0.019mm/m≤0.02mm/m（图6）。在实际的安装中，第1段磁轭安装就位后，检查发现磁轭与中心体立筋止口处（磁轭下部约13 mm）0.02mm的塞尺无法通过，磁轭已无法调整，而磁轭与立筋相对间隙值较大（最大值为0.18mm），大于厂家设计值要求（中心偏差为0.04mm）；在第2段磁轭吊装调整完成后，测量数据显现，第2段磁轭与转子中心体间隙相对偏差的最大值为0.10mm，3号挂钩处间隙左0.08mm,右为0.06mm，4号挂钩处无间隙。由于磁轭每段之间都有止口，所以磁轭基本没有可以调整的空间。

3）根据现在的间隙差来计算转子偏心量，仅仅是0.03mm,事实上，通过挂钢琴线测量磁轭外圆，得出的偏心量为0.16mm。这显然是不能接受的。

（3）通过磁轭外圆计算偏心量，一个重要前提条件是必须确认转子中心体处于垂直状态，其检测手段主要是：

1）滑转子上法兰面水平度≤0.02mm/m。

图6 两种方法计算的偏心量

2）用测圆架挂垂线复核转子中心体立筋的垂直度。

其中，“1）”为评判转子支架是否处于垂直状态的唯一依据；“2）”仅仅作为核查转子支架加工精度是否满足设计要求的手段。但是，由于机组部件加工误差的不可避免，根据标准、规范的基准要求，只要“滑转子上法兰面水平度≤0.02mm/m”就可以认定转子支架已经处于垂直状态。在“转子转轴法兰面水平度≤0.02mm/m”的前提下，检测磁轭外圆、计算磁轭整体偏心值就是最终结果，这个最终结果既包含了“磁轭外径与内径偏差”、“转子支架外径偏差”、“磁轭与转子转轴间隙偏差”，也包含了转子支架立筋可能存在的与转子转轴法兰面不垂直的加工误差等诸多相关因素。

东芝水电最初提供《清远抽水蓄能机组发电电动机安装质量检测标准》所要求的“≤0.1mm/m”。参见表1。

表1 东芝水电提供数据

所以施工单位按照0.1mm/m的标准调整了转子中心体的水平度，对比0.02mm/m的标准造成机轴线有一定倾斜度的实际状况，对转子转轴倾斜进行了一定的修正，即达到了目前转子转轴与磁轭之间的间隙差的情况下，磁轭的偏心量也是满足要求的。后来东芝水电厂家的标准也进行了修改，间隙差达到0.20以下都是满足要求的。

（4）由于转子磁轭的重量相对于磁极要大得多，其偏心对发电机运行时的不平衡离心力的影响很大，当磁轭偏心值已形成时，挂装磁极实际上对转子偏心值的影响有限。所以，对转子整体偏心值控制的关键是磁轭叠装。因此，磁轭偏心值的考核标准相对高于磁极的控制标准也是可以理解的。

GB/T8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》率先在国内标准中提出了转子偏心值的概念，当时系参照ALSTOM公司对三峡左岸转子偏心值的数值提出了0.15mm的质量标准要求，相对而言是一款偏低的质量标准，尤其是对于高转速抽水蓄能机组更应该在此基础上提高一个档次。因此，清远磁轭偏心值的控制标准≤0.15mm应是无可非议的，或可采用《水轮发电机转子偏心值的控制》（张蔚）提出的 0.08～0.10mm[1]。

转子的实测半径差（或曰圆度）和偏心是两个既有相互联系又有不同内容的概念，转子圆度仅是指转子外圆各测点处的半径相互差；转子偏心是指转子外圆的实际中心与轴线运转中心的偏差（也称为同轴度）。一般，转子圆度偏差大不一定意味着转子偏心值也大，转子圆度偏差小也未必意味着其偏心值小。亦即，转子偏心和转子圆度是两个不同的安装控制标准。

因此，东芝水电《清远磁轭安装检查标准说明》（编号：LTR14G00100）所阐述的“间隙相互差值≤0.20mm，目标值相对差0.10mm以内”的提法是不妥的。而且，非相对差的最大与最小间隙差与偏心值是无关的，只是理想中的间隙差得到控制，转子的偏心量必然满足标准的要求罢了。圆形部件的偏心值不是依据测量间隙求取的（当然可以此作为一个控制性或判断的过程手段），无论是磁轭还是磁极，都只能通过测量外圆的最小二乘法公式（测点越多其精确度越高）进行计算。

6 结束语

目前清蓄电站已经有3台机组投产，通过控制磁轭与转子转轴的间隙差，达到磁轭偏心量良好的数据，各机组均在2d内完成转子动平衡试验。分段式的磁轭结构在现场安装简单，可以节省工期，方便，但是一定要控制好间隙差，以及每段磁轭钢板之间的间隙，特别是第1段挂装，该段是叠装基准，需要尽最大努力调到最好，同时每叠1段，均进行圆度测量并计算偏心，偏心满足要求后方可进行下一段叠装，清远各机组磁轭叠装完成后测量数据优良，本文通过对清远环形磁轭结构的分析介绍，希望可以给类似结构的电站的磁轭制造以及安装提供一定的借鉴。

参考文献：

［1］何少润．高转速发电机组转子磁轭热打键工艺剖析［J］．水电站机电技术，2010(2):12-15，76.