大华桥水电站水轮发电机组转子组装工艺

詹维勇，李长耘

(1.华能澜沧江水电股份有限公司，云南 昆明 650214；2.河海大学能源与电气学院，江苏 南京 211100)

澜沧江大华桥水电站位于云南省怒江州兰坪县境内，开发任务以发电为主。电站正常蓄水位1 477 m，装机容量920 MW，多年平均发电量41.50亿kW·h。地下厂房安装4台单机额定功率230 MW的立轴混流式水轮发电机组。电站以500 kV一级电压出线4回接入系统，1回至苗尾水电站，另预留3回500 kV出线间隔。

1 转子结构特点

大华桥发电机转子主要由转子中心体、支臂、磁轭、磁极及其他附件组成。转子上部与上端轴采用法兰相连，下部与发电机主轴也采用法兰连接。转子圆盘支架由1个中心体和5瓣支臂在工地组焊成整体，转子支架的下部设有40块制动环。磁轭由3 mm厚单块重27.8 kg的高强度铁片在现场叠装而成并热套于转子支架外侧，磁轭铁芯高度为2 020 mm，采用磁轭键、调节键、切向键和加强键连成整体。磁轭的外侧挂装60个磁极。转子最大外径为Φ13 739.22 mm。

转子磁轭有7层专用通风槽片，以利于转子整体通风。磁轭压紧连接螺杆只有两种规格，以提高磁轭压紧螺杆的互换性。磁轭热套加热使用履带式加热片，加热片置于磁轭外立面和磁轭底部，该加热方式可保证了磁轭高效加热及受热均匀。磁轭与转子支架采用多种形式的键联结：①转子磁轭凸键，共计20组，自立筋底端到顶端全长连接，主要承受径向力，并可以调整磁轭的圆度、同心度和垂直度。②转子磁轭副键，共计20对，安装在磁轭土建两侧，主要承受切向力。③磁轭加强键，共计40组，用于加强磁轭整体性，同时在分离转速下，保证磁轭与转子支架的同心度。

2 转子支架组装、焊接工艺

2.1 转子支架组装

转子支架组装步骤如下：

(1)中心体就位。将转子中心体吊放在支墩上，检查上法兰面水平度不大于0.03 mm/m，检查上下法兰止口的同心度，用螺栓将中心体把紧固定。

(2)测圆架安装。测圆架为转子组装的圆度测量工具，必须保证其准确可靠。调整测圆架与转子中心体的同心度在0.05 mm内，检查测圆架支臂水平不大于0.02 mm/m；旋转测量支臂一周，用百分表检查测头上下跳动量不大于0.50 mm，任意一点半径误差不大于0.02 mm。

(3)转子支架组装。按照制造厂厂内预装标记，吊装第1瓣转子支架扇形支臂，利用千斤顶调整支架水平，制动环基础面与中心体下法兰的高差，初步把紧扇形支臂与中心体的组合块的螺栓。根据主立筋的半径、垂直度的实测数据确定在扇形支臂与中心体的组合块间的加垫厚度，使立筋的半径满足、垂直度满足厂家设计要求。转子支架组装调整尺寸见表1。

表1 转子支架组装尺寸 mm

从表1可看出，大华桥发电机转子支架组装后的转子/推力头联接法兰与主立筋挂钩高差及主立筋半径不满足要求，主要原因是转子组合块在厂内预装时已焊接定位，因其限制使转子支架拼装尺寸不能调整，造成尺寸偏差，但可以在转子支架焊接完成后对挂钩堆焊或打磨处理。

2.2 转子支架焊接

(1)焊接顺序。根据大华桥机组转子结构特点并结合制造厂家经验，确定转子支架焊接顺序为：①转子中心体与支架腹板间连接板焊接；②圆盘支架上、下扇形板径向对接缝。

(2)焊接变形控制。随时对转子整体进行焊前、焊前加固后、焊接过程各阶段、焊接后的变形进行测量，以此作为调整焊接顺序的依据。焊接变形监测项目包括：转子/推力头联接法兰与主立筋挂钩高差、中心体水平、支架下挠度、主立筋垂直度、主立筋半径、主立筋弦长等。焊接各阶段均进行细致的监测：①中心体与支架腹板连接的焊缝，一侧的焊缝全部焊完后测量一次，另一侧焊完后再测量一次；②上、下翼缘板的对接焊缝，完成15%的焊接工作量，背缝清根、并冷却后测量一次，以后每完成25%的焊接工作量测量一次。当焊接过程中出现焊接变形过大时，立即进行原因分析后，采取改变焊接参数、焊接方向、跳焊顺序、焊工人数，并控制焊接热输入量，、控制层间温度、消应等措施以确保尺寸控制精度。

当组装后的焊缝间隙较大时，采取镶边堆焊的方式以减小焊接应力对支架几何尺寸的影响。

2.3 副立筋安装

(1)测量各主立筋弦距和径向尺寸，划线并钻攻工具把合孔。

(2)安装配筋测量工具，确定副立筋测量线。

(3)测量与确定副立筋配刨尺寸。

(4)配刨副立筋。调整刨胎，必要时刨磨刨胎上平面，使刨胎上平面平面度≤0.05 mm。将副立筋装夹在刨胎上，根据配刨尺寸调整刨胎斜度，粗、精刨副立筋满足尺寸及粗糙度要求，保证副立筋厚度尺寸δ±0.10 mm，平面度≤0.10 mm。

(5)装焊副立筋。按标记对应安装副立筋并固定，调整副立筋横槽高程及切向倾斜度。装副立筋键槽测量工具，调整副立筋满足如下要求：弦距偏差≤±0.20 mm，至中心距离偏差≤±0.20 mm，径向及周向倾斜≤0.15 mm，横槽高程差≤±1 mm。间隔装入顶丝，顶丝端面必须顶紧，按要求进行塞焊。

3 转子磁轭叠装工艺

3.1 下压板调整及磁轭预叠

利用磁轭支墩、花篮螺栓调整转子下磁轭压板高程、水平及周向波浪度，检查、处理下磁轭压板与转子立筋挂钩间隙，最大不超过0.5 mm。

按磁轭装配图和叠片表叠片，叠片至120 mm高时，放入T尾工具，并在圆周每张冲片孔中插入长、短各2个叠片销，插入前润滑叠片销，销子的布置方式为每张冲片的对角方向。检查磁轭波浪度、径向高差、圆度。

参照转子磁轭铁片叠装图(图1)先叠40层冲片，每张冲片为一层，层间相错一个极距，冲片每叠4层再反向旋转堆叠4层，依此类推。调整下压板，使下压板上拉紧螺杆孔与冲片上拉紧螺杆孔对齐，中心偏差不大于1 mm。为保证磁轭铁片定位准确，在螺孔内对应穿入一半的产品螺杆。

图1 转子磁轭铁片叠装示意

3.2 磁轭叠装

(1)磁轭分段压紧。转子磁轭分3次进行预压，其预压高度分别为600、1 200 mm及1 880 mm。利用磁轭叠片临时定位销，在下磁轭压板上先叠装1个节距的磁轭铁片，用临时定位销将磁轭螺杆孔调整对齐。调整合格后，按要求插入转子磁轭叠片圆柱销，其中每张磁轭铁片上插入圆柱销数量不得少于2个，相邻两根定位销插入的方式，定位销长短交错布置。插入圆柱销后，检查调整该段磁轭的外径、圆度、同心度和垂直度。按中圈→内圈→外圈→中圈顺序采用风扳机对称、逐步预紧螺栓。安装工具压紧螺杆时应避开磁轭定位销的安装位置。每段磁轭预压时，在磁轭内、外侧的点焊拉筋用于紧固磁轭铁片，以保持铁芯紧量和整体圆度。

(2)磁轭最终压紧及检查。磁轭冲片全部叠完后，装上上磁轭压板，进行最后压紧。测量磁轭圆度、半径、高度均达到设计要求后，拆除下压板的临时固定、拆除磁轭中的长定位销并安装产品螺杆，然后把紧螺母。螺杆孔如果有轻微错牙影响螺杆的穿入可用圆拉刀修铣螺杆孔，铣孔时由内向外对称进行，再穿入产品螺杆。用液压拉伸器逐步对称加压拧紧螺栓，直到螺杆伸长量达到2.465～2.6 mm(预紧力270～285 kN)，记录此时液压拉伸器的压力。抽查10%螺栓的伸长量，如果没达到要求则加大压力再次拧紧所有的螺母。用内径千分尺、百分表、测圆架测量磁轭的圆度和外径并记录；保证偏心允许值<0.28 mm。计算叠压系数大于0.99。最后进行磁轭键槽孔拉铣。

3.3 磁轭热加垫

垫片准备时，在磁轭键槽顶部、底部，用楔子将磁轭键向磁轭铁芯方向贴紧，测量副立筋槽底和磁轭键之间的间隙值并做记录(注：每个立筋从上、下各测量一处)。根据测量的间隙值及设计图纸对热加垫紧量的要求，同时兼顾磁轭外圆尺寸，取顶部、底部间隙测量的平均值，计算出应垫垫片厚度的值。

垫片厚度计算公式为

H=δ+A-B

(1)

式中，H为应加垫片厚度，mm；δ为设计预紧量2.984 mm；A为实测磁轭键与键槽的径向间隙；B为圆度或同心度实测半径与实测平均半径之差。

垫片配备时，按最终确定的加垫值准备好每个磁轭键的垫片，厚度偏差控制在±0.05 mm以内，做好标记放到便于与磁轭键点焊在一起的场地上。

3.4 磁轭加温计算

磁轭与轮臂的温差

△t=δ/aR=4/(6060×11×10-6)=60 ℃

(2)

式中，δ为热加垫需膨胀间隙，由热打键单边紧量(2.984 mm)和工艺间隙(1 mm)组成；a为磁轭材料的线膨胀系数，取α=11×10-6，℃；R为轮臂半径6 060 mm。

电热总容量估算公式

P=K△tGC/T

(3)

式中，P为电热总容量，kW；K为保温系数，一般取2～4；Δt为计算温差，℃；G为磁轭总质量244 136 kg；C为磁轭材料比热容，常取0.5；T为预计加热时间，s。

将加热时间预定为8 h，保温系数取3，比热容取0.5，则加热容量为763 kW。实际加热时间为6 h，表明保温被效果很好。

3.5 磁轭热加垫

移走转子磁轭下部支墩，但保留立筋下部支墩。在磁轭下方及外圆布置履带式加热器，接好电源线，用保温被罩好，按照确定的温度进行磁轭加热。保证加热温度均匀，不允许局部过热，每30 min记录一次温度，各部温差小于10 ℃，控制磁轭温升速度小于10 ℃/h，并根据磁轭温升及上、下温差和膨胀情况，利用温控柜手动适时投、切磁轭相关部位的电热器。

在每个主立筋处检测主立筋和磁轭键之间的间隙。当间隙达到比所需加的垫片大1 mm时，即具备加垫片条件。当磁轭达到涨量时拔出定位叠片键，将垫片点焊到磁轭凸键上随凸键一起装入键槽，并用副键临时固定。

全部加垫工作完成后停止加热，将磁轭铁心温度自然、缓慢冷却到室温，降温冷却过程中，磁轭上下内外的温差不得大于 10 ℃，以免磁轭收缩不均匀而产生变形。控制磁轭降温速度不大于10 ℃/h，并保证磁轭温度降至室温时间不少于72 h。

磁轭冷却后，磁轭温度冷却至室温，打紧磁轭副键。检查磁轭的同心度、圆度及垂直度和绝对半径值，并满足制造厂家技术文件要求。

4 转子磁极及附件安装工艺

4.1 磁极与磁轭间加垫

测量各磁极安装面的最小半径，并计算磁极安装面实测上、下最小半径平均值R与设计半径R′之差，即R-R′；测量各磁极厚度h，计算实测磁极厚度与其设计厚度h′之差，即h-h′；计算定子实测半径平均值r与其设计半径r′之差，即r-r′；按下式计算各磁极调整垫片的加垫量，并配制调整垫片，其厚度偏差不应大于 0.05 mm，表面平直，无折痕、毛刺，并对应磁极进行编号。具体计算为

δ=A+(R-R′)+(h-h′)+(r-r′)

(4)

式中，δ为计算加垫量；A为设计加垫量。

4.2 转子磁极挂装

根据厂家编号对称挂装磁极，第1号磁极和第60号磁极挂装位置与转子励磁引线的我位置相对应。检查各磁极挂装高程的平均高差不大于±1.5 mm，分上、中、下3个断面测量各磁极铁芯对称位置处的半径，检查磁极的偏心、圆度、垂直度。

4.3 附件安装

安装阻尼环联接片，用0.05 mm塞尺检查阻尼环接头的接触面，塞入深度不大于5 mm。

4.4 磁极极间连接线安装

将极间连接线安装就位，用0.05 mm塞尺检查极间连接线和磁极引线头间间隙，塞入深度不超过5 mm。按要求将所有极间连接线和磁极引线头间的把合螺栓及其绝缘支撑垫块把合螺栓的制动垫圈锁定牢靠。

5 转子组装改进建议

5.1 转子支架组装与焊接工艺控制

(1)按制造厂组合块进行组装，部分支臂半径、弦长尺寸偏大，表明制造厂在厂内预装时应加强尺寸控制及出厂验收。

(2)根据1号机组转子焊接数据监测记录，立筋半径焊后收缩上部平均为3.5 mm，下部平均为3.89 mm，均小于设计预留焊接收缩值(5 mm)。经分析，焊接后收缩值偏小的原因如下：①焊接工序影响。按制造厂技术文件要求转子焊接时，首先进行转子中心体与支架腹板间连接板焊接；其次进行圆盘支架上、下扇形板与中心体切向环形对接焊缝；然后进行圆盘支架上、下扇形板径向对接缝，最后进行磁轭挂钩径向对接缝。按照该工艺可减小转子支架焊接后的应力，但中心体与支架腹板间连接板的焊接限制了转子支架半径的收缩。②焊缝加固措施原因。为减小转子施焊时的变形量，转子支架组装时在焊缝位置约300 mm布置一块骑马板，客观上减少了焊接收缩量。③焊接方式原因。转子施焊主要采用二氧化碳气体保护焊，仅仰焊采用手工电弧焊。CO2气体保护焊线能量较手工电弧焊低，从而保证转子半径整体收缩均匀，但收缩量偏小。

制造厂在厂内预装时将预留焊接收缩量调整为3.5 mm，现场组装减少骑马板数量后可解决以上问题。

5.2 磁轭叠装定位改进

磁轭叠装定位销钉定位效果理想，为提高磁轭冲片的定位效果，采用将全部产品螺杆安装到位的方式进行定位，经实践该方案可大大提高磁轭叠装功效。

6 结 语

大华桥水电站发电机转子采用自由状态下焊接、叠片、磁极挂装方式，消除转子挠度对转子外形尺寸的影响；设有专用通风槽片，通风效果良好；采用履带式电阻加热器加热磁轭，热量从磁轭外部往内传递，保证加热效果良好；采用专用T尾整形工具和产品螺杆定位的方法，对磁轭叠片进行调整控制，使转子圆度、垂直度、整体偏心值均控制良好；提高了发电机转子组装质量。