导向键定子铁芯叠片工艺分析

摘 要：文章简单介绍了乌江银盘电站导向键铁芯结构装配方法与传统双鸽尾定位筋铁心结构装配的异同，并介绍了导向键定子铁心叠装的质量控制特点及相应的工艺措施。

关键词：银盘定子；导向键；双鸽尾定位筋；质量控制；压紧

1 概述

乌江银盘水电站水轮发电机组设备由浙江富春江水电设备有限公司制造供货。机组型式为轴流转浆式机组，发电机型号为SF150-72/14100，额定容量为166.67MVA/150MW。定子机座由8瓣组成，外径Ф14100mm，定子铁芯内径Ф13400mm，定子铁芯高度1578mm。铁芯共由44小段组成，中间有43个高通风沟。定子铁芯是由薄硅冲片及通风板现场叠装而成。

定位筋是定子叠片的基准，传统的双鸽尾定位筋调整时间长，焊接变形大。银盘电站定子采用导向键作为铁芯叠装基准，用带鸽尾的螺杆配合拉块对叠装完成的铁芯永久压紧。鸽尾螺杆和拉块之间留有1mm的间隙，保证机组运行时铁芯膨胀时铁芯不受挤压，减小铁芯变形，导向键调整简单，并且只需点焊。既缩短了调整工期，又避免了焊接变形，保证了调整质量。

2 导向键铁芯结构与双鸽尾铁芯结构的特点及异同

2.1 导向键定子铁芯结构

导向键采用角钢、螺栓和机组链接形式，角钢点焊到机座上，导向键通过螺栓固定到角钢上。等铁芯叠装完成后，安装带鸽尾的螺杆和拉块，拉块焊接到机座上，鸽尾螺杆和拉块之间无焊接固定，鸽尾螺杆可以在拉块槽内有一定浮动量（预留间隙和厂家设计有关，一般机座直径越大预留间隙就越大）它由导向键、角钢、鸽尾螺杆、拉块、定子冲片等组成，其装配结构如图1所示。

2.2 双鸽尾定位筋铁芯结构

双鸽尾定位筋采用托板和定子机座焊接形式，定位筋和托板之间无焊接固定，鸽尾可以在托板槽内有一定浮动量，（预留间隙和厂家设计有关，一般机座直径越大预留间隙就越大）它由双鸽尾定位筋、托板、机座、定子冲片等组成，其装配结构如图2所示。

2.3 导向键铁芯结构与双鸽尾定位筋铁芯结构的异同

相同点：通过两种铁芯的装配结构图可以看出，两种铁芯最终都有一定的浮动量，铁芯在机组工作时承受的径向和切向电磁力最终都传到机座上，其机座和定子冲片都是一样的。

不同点：导向键在叠装过程中只起到叠装基准的作用，鸽尾螺杆和拉块配合其最终铁芯的固定及电磁力传递的作用，双鸽尾定位筋既承担叠片基准的作用又配合托板传递电磁力。导向键调整简单，不用大面积焊接，双鸽尾定位筋调整复杂、焊接变形大。

3 质量控制特点及工艺流程

3.1 导向键铁芯结构铁芯叠压工艺流程

导向键校直→预叠片20mm→基准导向键安装→大等分导向键调整、导向键挂装→小等分导向键调整→导向键验收→定子铁芯叠装→鸽尾螺杆安装→上压板安装→铁芯蝶形弹簧安装→铁芯冷压紧→拉块焊接→铁芯热压紧→铁损试验→导向键取出及附件安装。

3.2 质量控制特点及操作要点

导向键铁芯结构和双鸽尾定位筋铁芯结构工艺流程大致相同，导向键铁芯结构叠装主要质量控制点有导向键垂直度、弦长、半径，铁芯叠装后的铁芯内径、圆度、垂直度、槽宽、紧量等。

导向键安装：为了给铁芯叠装提供依据，找到一个安装基准，在叠片之前，安装99根导向键，作为叠片过程中的基准，通过导向键初步控制定子铁芯的圆度及半径，从而保证叠片质量。为了进一步保证叠片质量，按以下工艺检查安装：检查下指压板水平及上翘量，对于下压指直接焊在大环板上的结构，内圆一般比外圆端高（0.5 ～1.5）mm，铁心高度超过2.5m时应取上限；用短齿片作样板，检测下压指中心与冲片齿中心偏差不大于1.5mm，下压指齿端与冲片齿端的径向距离应符合图纸规定；为精确安装导向键，用普通片试叠定子铁心下端部叠片，试叠厚度20mm，叠片过程应兼顾铁芯半径、拉紧螺杆孔、导向键安装位置和压指中心，叠片过程中用整形棒整形，检查铁芯圆度，使其基本达到图纸尺寸，如有超差，需再次进行调整；在铁芯缺口处插入已检测校直合格的导向键，为减小累计误差，导向键应分九等分对称均匀插入；通过带顶丝的角钢将导向键固定在机座环板上，并调整测量导向键，利用吊琴线的方法测量调整导向键周向垂直度偏差<0.10mm/m，并对称点焊上环、中环、下环板角钢两侧，如图3所示。

基准键安装，用内径千分尺测量基准键上、中、下三点绝对半径值；以基准键上、中、下三点为零点，均匀对称的用测圆架安置百分表分别调整9大等处的其余8根导向键的半径，导向键半径偏差控制半径在+0.10～0.20mm以内、9根大等分的导向键彼此之间的弦长的平均值与实测值的绝对值之差不大于0.25mm。调整完成后点焊9根导向键。以9根大等分导向键调整区域90根导向键，使满足以下要求：导向键径向和周向垂直度偏差≤0.05mm/m；导向键内径绝对尺寸为7040±0.2mm（一般正偏差）。试叠片，整圆叠片四层冲片，检查导向键两侧与冲片应有0.10mm左右的间隙；压指应在齿中；用整形销检查确认拉紧螺杆孔和衬口环是否影响拉块安装。

3.3 铁芯叠装及压装

银盘电站定子铁芯有六种不同尺寸的薄硅钢片、四种绝缘板、三种端板及两种通风槽板叠装而成，三次压紧贯彻于叠片过程之中，最终压紧和上齿压板同步安装。在铁芯硅钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏，从而造成片间短路。为了防止运行中因片间短路引起局部过热，甚至威胁到机组的安全运行，在定子铁芯组装过程中，必须对冲片、绝缘板、通风板等设备进行详细检查，同时在叠装完成后必须进行铁损试验，以检查铁芯片间绝缘是否短路，压紧螺栓是否压紧。为了保证叠片质量，按以下工艺进行检查叠装。

检查铁心冲片的外观质量，抽查每箱铁心冲片内单张铁心冲片周外圆两侧的厚度。铁心冲片应清洁、无损、平整、漆膜完好。对于缺角、有硬性拆弯、冲片齿部或齿根断裂、齿部槽楔槽尖角卷曲的冲片应挑出处理或报废，表面绝缘漆脱落的冲片亦不得使用；对不同厚度的冲片进行分类处理叠装。

清点其它到货设备时，如发现缺件、少件、缺陷、尺寸不符设计要求等情况及时反映；如清点时不能发现而在施工过程中发现的缺陷，立即以书面形式通知监理，并作好包括缺陷发现的时间、部位、缺陷情况的记录，同时将记录报监理。

叠装前抽样测量每箱铁片厚度，每层铁片应采用同种厚度的铁片。在叠装过程中，随时根据叠片厚度调整不同铁片的位置，以保证铁芯的波浪度在设计范围内。环氧胶配比环氧树脂（E-44）：固化剂（H-4）：稀释剂（501）=100：75：适量，注意胶的用量要少，以免出现胶被挤压出来流到齿部及槽底，不利于线棒安装。

（1）铁芯压紧。定子铁芯共分四次冷压紧，三次预压，一次最终压紧，三次预压经贯穿于叠片过程中，分别在第二小段叠完之后，第23小段叠完之后，第43段叠完之后。第三次压紧时穿入鸽尾螺杆，最终压紧为所有冲片叠完之后。最终压紧应注意一下问题：安装上齿压板，并调整压指的中心与冲片齿中心重合。安装碟形弹簧、调整螺栓和临时螺杆等压紧装置。放入时应注意不要损坏拉紧螺杆的螺纹和铁心片间表面，并尽可能使螺杆向外靠紧冲片圆孔，使铁心和拉紧螺杆保持一定的间隙；旋上拉紧螺杆上端的螺母，利用油压千斤顶给铁心表面逐步加压至42MPa；压紧后，铁心设计高度为1578mm。测量铁心高度和内径，并测量铁心的紧度；拧紧全部拉紧螺杆下端的螺母；拆除所有的临时压紧装置。用扳手分三次对称将拉紧螺杆把紧，直到碟形弹簧压缩到指定高度；测量铁心高度和圆度。分32点测量定子铁心内侧（齿部）高度，并调整齿部的松紧度。上、中、下各均匀分32点测定子铁心内径，并做记录。

（2）焊拉块。在拉块与铁心之间打入楔子板，胀紧拉块；做好防护措施，不得使焊渣溅上铁心；4名焊工按A、B、C、D的顺序在对称位置、同一方向、同一顺序将拉块点焊在机座环板上，先点焊①，再轮流点焊②、②'，如图4所示，点焊时注意焊缝收缩偏移；

拆下导向键与角钢的联接螺栓，拔出导向键，同时拿出导向键与机座之间的调整垫片和角钢；按图4所示的方法分三道满焊拉块，同时监测铁心内径的变化；拔出全部的槽样棒；测量铁心的高度、圆度和不平度，并做记录；拆除各种工具，并用压缩空气彻底清扫铁心。

3.3.1 叠片过程质量控制及操作要点

为了保证定子铁芯的叠装质量，必须在叠装过程中进行必要的质量控制和过程操作方式控制。

（1）质量控制点。定子铁芯内径和圆度（设计半径6700mm）：±4%设计空气间隙值；定子铁芯叠片高度（设计高度1578mm）：允许偏差+2～+6mm；（一般不要取负公差）铁心槽底和背部高差0.5毫米。定子整体铁芯波浪度：4mm。测量点应与铁心圆度测点相对应。铁心圆度测量.在铁芯高度方向分上中下三个断面测量，上下两个断面离铁心上下面距离100mm左右。每个断面圆周方向测量点不少于32，各测量点半径与平均半径之差的绝对值不大于±4%设计空气间隙值。定子铁芯槽形应能用整形棒顺利通过，没有凸出的冲片。

（2）操作过程控制。定子铁芯叠装前两小段的时间，要涂抹环氧胶，而在刷环氧胶时，不能过多，否则在压紧时间环氧胶受挤压流到槽形内，影响槽形尺寸。定子冲片整形是叠片过程中保证叠片质量，铁芯圆度的主要控制方法，而在整形时，为了保证冲片不被破坏，保证铁芯外观。在整形过程中，不能用铁锤去敲击冲片，应用铜锤。定子冲片以导向键定位，如果出现冲片不能顺利放进两导向键时，最好橡皮榔头敲打，不宜用铁榔头敲打。在叠片过程中，保证槽形的槽样棒必须随着冲片的升高度而随之提高，但又不易过高，否则给叠片带来困难。叠片过程中，绝缘板及通风板在整形过程中应特别注意，绝缘板材质比较软，不容易与其他冲片整齐，故在每次放绝缘板时间，要特别注意单独度绝缘板整形，而通风板比普通冲片小一点，不能通过整形到位，故在叠装过程中要单独整理。

在压紧安装压紧装置时，要保证压紧装置的托板保证水平，同时检查与下压指之间没有间隙。在压紧时间，要注意冲片及端板向中心移动，而第三次时要特别注意，压紧螺杆上的套管不能和机座环板干涉，以免保铁芯冲片不被挤出，影响铁片质量；在最终压紧时间，要调整上压指与冲片槽齿的中心重合，同时上齿压板与导向键干涉部位，要对上齿压板进行处理，以保证压紧过程中不影响铁芯尺寸。在第三次及最终压紧时间都要为戴鸽尾的永久螺杆留足够的压缩量，以免与机座环板干涉。在穿压紧螺杆时间，要注意对定子铁芯的保护，防止螺杆划伤冲片。为了保证定子铁芯叠装质量，对工人师傅一定要进行技术交底，把操作控制过程中的注意事项对师傅交代清楚，使每一个参与施工的人熟悉并按操作控制点进行。

3.3.2 热压

定子铁芯所有压紧都是在室温下进行的，而机组运行时间温度略高于室温，为了保证机组运行时间，定子能稳定的工作，提前消除叠片过程中硬物的处理，软化叠片中一些硬物及环氧胶中没有固化良好的部分，必须进行热压。银盘电站定子铁芯热压温度约为85℃，在叠片时间考虑热压量，热压压缩量按0.2～0.3%考虑叠装高度。银盘电站4台机定子热压量约为3mm。

4 结束语

文章简单的对导向键铁芯结构和双鸽尾定位筋铁芯结构进行了对比，让我们对不同结构的铁芯结构的特点有所了解，同时文章对导向键结构的施工工艺进行了简单的介绍，对今后同种铁芯结构定子的安装有一定的借鉴意义。银盘电站定子是导向键铁芯结构，文章介绍的工艺，在银盘电站定子组装中得到了成功的应用，银盘电站4台机定子组装完成，各项技术质量指标均满足设计及有关标准、规程规范要求。从投产至今，一直稳定运行，定子监测各项指标均满足规范要求。由此可鉴，此工艺是成功的，可以对同种结构铁芯的叠装工艺有借鉴意义。

作者简介：史永轩（1985-），男，助理工程师，主要从事水轮发电机组安装工作。