零间隙双鸽尾筋结构下的大型发电机定子铁心叠压

陈珊英，吴金水，黄小红

（东芝水电设备（杭州）有限公司，杭州 310020）

0 前言

国外比较普遍采用以上下端各叠一段冲片找正上下槽重合中心线为基准，即以冲片鸽尾槽精度来定位鸽尾筋的装筋方法。但是机组安装实践表明这种方法具有费时、繁琐、不易掌握并且质量不易控制等缺陷，所以国内摒弃了这种方法，各自寻求适合自己结构的新工艺。我公司通过借鉴灯泡式贯流机组的悬浮式双鸽尾筋叠片方式后，与立式机组铁心多次冷中压相结合开发出适合功果桥机组定子铁心叠压的新方法。并应用于功果桥项目上达到了非常不错的效果。该项目首台机已于2011年10月成功发电。

云南功果桥水轮发电机定子采用了我公司特有的零间隙悬浮式双鸽尾筋及穿心螺杆新结构。由于新结构的应用，现场叠压工艺也会有所不同。这种结构是分瓣柔性定子机座在现场组焊成整体后，使装焊的托块和双鸽尾筋之间径向间隙为 0，利用机座本身的柔性能力从而达到机组长期运行过程中机座能适应和吸收铁心的热膨胀而不会产生铁心翘曲变形。除了对双鸽尾筋的位置精度有极高的要求外，现场压指的波浪度控制也是铁心叠压极重要的因素之一。所以我公司对现场需要焊接在大齿压板上的下压指垫板实行了配加工，为整圆叠片创造了良好的工作条件。整圆叠片过程中不仅结合了多次中压的叠压方法，而且还通过带碟形弹簧的非磁性穿心螺杆绝缘结构的最终保压使铁心之间很好地贴合成为一个刚性整体，从而减少局部松动、噪声、发热、振动，保证了机组长期稳定地运行。

1 发电机主要参数及定子铁心主要尺寸

发电机型号为 SF225-64/14700，额定容量为250MVA，额定电压 15750V，额定功率因数 0.9，采用空冷密闭双路循环通风冷却，额定励磁电压410V，额定励磁电流1700A，额定推力负荷2100t。

定子机座分6瓣在工地组焊成正24边形整体，外侧至对边16050mm，高3170mm，共有5层环板1层顶板。定子铁心内径为Ф13800mm，整圆由52张冲片组成，共624槽；铁心共分47段，46道通风沟，总高度为1780mm；156根双鸽尾筋，312根穿心螺杆。定子机座顶板支撑上机架，下有定子基础连接。

2 定子铁心叠压方法

2.1 铁心叠压前期准备及条件

定子机座在安装场完成组焊，内部搭平台工作空间径向宽 1m，内部中心测圆架重新校准。双鸽尾筋、托块、定子冲片、装筋夹具、量具等零件和工具准备就绪。

2.2 确定双鸽尾筋的安装、调整、焊接方案

国内外在焊接定位筋上有很大的区别。

国外目前在找准定位筋位置上有三种堆叠冲片的方式：

（1）上下各叠一段工艺铁心，以整形后的冲片定位筋槽形为基准；

（2）分上、中、下叠三段工艺铁心，以整形后冲片的定位筋槽形为基准；

（3）先安装大等分基准定位筋，然后进行整圆叠片至 300mm后，再在整形满足要求的冲片中插入其余的定位筋，并焊好第一层定位筋托块，以此类推焊接各层托块。

以上三种方法是以先堆叠部分层的冲片为基准再调整焊接定位筋；这种保证铁心尺寸合格后再进行装焊定位筋的方法费时费力且复杂，而国内则基本上是先调整焊接好定位筋后再堆叠冲片，即以定位筋为基准堆叠冲片。这种方法相当于架好了骨架然后再上整体，所以具有工期短、易操作、还保证了定子铁心的整体合格尺寸的优势。我公司就借鉴了此种方法在功果桥机组上。

国内现在广泛采用有间隙的悬浮式双鸽尾筋结构，但我公司采用的是零径向间隙悬浮式双鸽尾筋的形式（如图1）。通过对定子铁心耐波浪度应力的计算，铁心的耐挤压应力值是铁心热应力值的 4.6倍（该值大于1即可），按照我公司众多机组的实际业绩经验和优越的防膨胀变形结构，双鸽尾筋和铁心之间零间隙对机组而言是安全的，此时定子机座完全能够承受和吸收铁心热膨胀后挤压，在1.7MPa的冲片预压应力下铁心完全不会发生翘曲变形的情况。所以我们在安装双鸽尾筋时不用在双鸽尾筋与托块之间打入临时楔子。

2.3 双鸽尾筋的安装、调整、焊接

在机座各环板上划出双鸽尾筋分布线，用单头千斤顶顶住托块固定在机座上，并用装筋调整工具(如图2)调整双鸽尾筋半径、向心度、垂直度、弦距，依照先大等分再小等分的原则，先确定并调整基准筋，按一定的焊接顺序搭焊基准筋托块，然后调整各等分区内的其余双鸽尾筋，接着按一定的焊接顺序焊托块，进行双鸽尾筋尺寸检查，合格后，并按一定的焊接顺序进行双鸽尾筋托块满焊工作。最后进行双鸽尾筋尺寸检查，双鸽尾筋焊接完成。

图1 零间隙悬浮式双鸽尾筋结构

焊接托块的顺序直接影响到双鸽尾筋的精度，影响到铁心冲片能否顺利叠压以及叠压质量。为了减少托块焊接时双鸽尾筋的变形量，应在不拆除各种调筋工具时对托块进行多遍、跳焊、先径向后周向的焊接原则。在满焊完成且冷却后再拆除工具。调整性的复焊后每焊完一遍后应复测数据，以便指导下一遍的焊接方向。

图2 装筋调整工具

2.4 大齿压板的下压指焊接

由于定子机座是在现场组焊成一体的，下压指还未焊接到大齿压板上，所以双鸽尾筋调整完毕后需要钻孔和焊下压指块（如图3）。

先按调整好的双鸽尾筋预叠一层冲片做为样板，号划机座大齿压板上的铁心压紧螺杆孔位置，并钻312个均布的Ф34mm通孔。

再对带有垫板的下压指块进行预装，测量水平，对压指下的垫板进行现场配加工，使压指周向水平偏差≤2mm，径向水平偏差≤1.5mm，任意相邻三个压指高差≤0.5mm。调整合格后焊接下压指垫板于机座大齿压板上。

图3 下压指块焊接

2.5 铁心叠片和压紧

定子铁心叠片采用整圆叠片方式，叠片时采用单片一叠，一圈由52张冲片组成，冲片按顺时针方向1/3搭接方式。首张冲片位于+Y方向，普通冲片厚度为0.5mm。

由于采用的是零间隙的悬浮式双鸽尾结构，所以叠片时冲片直接与鸽尾筋靠紧就行。与传统有间隙悬浮式双鸽尾筋相比，在工艺上具有多方面的优势：

（1）省去了每超过一层环板拔取楔子的这部分麻烦工艺；

（2）叠片时易操作；

（3）测量简单，无反复调整双鸽尾筋过程，复测结果稳定。

零间隙悬浮式双鸽尾筋结构不仅保证了铁心冲片在整圆上分布更均匀，还大大缩短了工期。

叠片中采用槽楔撑块，叠片用棒，T型螺杆辅助叠片，用槽样棒、整形棒、槽形检测用棒整形和检测槽形，使槽形尺寸得以在安装公差范围之内。叠片过程中采用4次冷压的方式提高铁心的整体性和密实度，有利于提高铁心抗翘曲能力。当铁心叠到中压段数时，我们用临时小齿压板加上临时螺杆和套筒的冷压工具（如图4）装夹在铁心的上下端，同时再用8个液压拉伸器在312个螺杆中的8个均布拉伸，逐步再换邻近8个均布拉伸，这样一遍加压后再加压几遍，达到312个螺杆受力均匀，从而达到铁心整体均压，再测量各段加压后高度值控制铁心高度。

冷中压的压力要小于最终压紧的压力比较合理（最终压紧的压力值为 1.7MPa）。碟形弹簧在这1.7MPa最终预紧压力的作用下能够束缚住在长期运行过程中铁心热膨胀产生的热应力，并且在铁心高度有所压缩时能够吸收一部分高度保留一定的力作用在铁心上，使铁心长期有效地贴合成一体，提高铁心刚度，防止铁心翘曲松动。

在叠到一定高度的通风槽板后需要安装绝缘帽，贯穿穿心螺杆长度方向上于各绝缘帽之间需要安装绝缘套管使穿心螺杆和铁心之间保持绝缘。

图4 定子铁心叠压工具

根据312处碟簧高度和拉紧螺杆伸长量测量数据综合后，叠压完成后碟簧平均高度与设计值相差无几，铁心拉紧螺杆伸长量平均值3.06mm也在设计值3.13mm公差范围之内。

叠压过程相当顺利，铁心高度、紧度、齿胀、槽形、段长等均符合设计要求。铁心圆度结果（整圆36处轴向每层检查结果综合数据）如表1。

表1 铁心叠压内圆半径测量公差数据表/mm

3 结论

零间隙悬浮式双鸽尾筋结构和绝缘的穿心螺杆碟簧结构在功果桥机组的成功安装应用，证明该结构实际与理论设计是一致的，有利于简化现场叠压工艺。液压拉伸器工具的应用不仅节省了人力物力，而且使铁心的受力在周向更加均匀，更贴合成为一体，尤其是碟形弹簧预紧压力的加载有效防止由于长期运行铁心松动引起的翘曲现象，有利于机组的长期稳定运行。功果桥定子铁心叠压的成功经验是我公司零间隙悬浮式双鸽尾筋结构的成功应用。对以后的类似大型机组设计和安装均提供了有益的经验，具有较大的实际参考意义。

[1]高义斌. 水轮发电机悬浮式定位筋定子铁心装压质量控制[J]. 东方电机, 2002(3).

[2]李梁. 大型水轮发电机定子机座加工及铁心叠片工艺探讨[J]. 东方电机, 2003(1).

[3]杨悦伟, 冷志. 大型水轮发电机定位筋焊接、铁心叠片工艺改进[J]. 东方电机, 2005(3).

[4]全彬, 杨焱. 水轮发电机定子浮动式双鸽尾筋调整工艺浅析[J]. 贵州水力发电, 2006(2).