大型水轮发电机组磁轭热打键工艺

大型水轮发电机组磁轭热打键工艺

夏保国

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

摘要根据国内大型水轮发电机磁轭的组装经验，对磁轭热打键工艺进行了总结，主要介绍了磁轭径向键结构，磁轭成对径向、横向复合键结构，磁轭径、切向键复合结构热打键工艺，对磁轭热打键施工过程做了详细说明，为以后大型水轮发电机磁轭组装热打键提供了宝贵的经验。

关键词磁轭；加热；温差控制；热打键

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.01.13

中图分类号：TM312

作者简介：夏保国男1981年生；毕业于兰州理工大学流体机械专业，现从事水轮发电机组现场安装技术指导工作.

收稿日期：2014-10-18

Thermally-Embedded Key Technology for Magnetic Yoke of Large Hydro-Generator Unit

XiaBaoguo

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

AbstractAccording to assembly experience of large domestic hydro-generator magnetic yoke, thermally-embedded technology of magnetic yoke is summarized in this paper. The structures of radial key of magnetic yoke and radial-and lateral-compound key of magnetic yoke are mainly introduced, and thermally-embedded technology of compound key of magnetic yoke is described. The working process of thermally-embedded key technology of magnetic yoke is introduced in detail, it has provided precious experience of thermally-embedded key technology for later assembly of large hydro-generator magnetic yoke.

Key wordsMagnetic yoke；heating；control of temperature difference；thermally-embedded

0引言

目前，国内大容量、高转速水轮发电机的越来越多，机组运行时发电机磁轭受强大离心力作用而产生径向变形愈来愈显著。传统的磁轭冷打键方式已无法保证机组运行时的紧量，造成磁轭与轮臂的分离，不仅使机组产生过大的摆度和振动，而且还会使轮臂挂钩因受冲击而断裂，造成严重事故。近年来普遍采用磁轭热打键的方法，热打键就是根据已选定的分离转速计算磁轭径向变形增量，从而得出磁轭与轮臂的温差，然后加热磁轭，使其膨胀，在冷打键的基础上，再增加与其径向变形增量相等的预紧量，以抵消机组运行中的变形增量。

1磁轭热打键前测量及计算

1.1按编号记录各监测点温度、胀量的初始值。

1.2根据设计的打紧量及磁轭圆度或同心度、磁轭垂直度的标准要求，确定各磁轭键的热态调整量。依据磁轭键的设计结构，划出其“打入”或“退出”长度的终止线，标记明确。

1.3对热加垫的磁轭键，按其“冷”打键阶段装配，实测径向间隙值和设计要求的预紧量，同时，考虑磁轭圆度或同心度的调整要求，按下面公式计算确定各磁轭键热加垫的厚度。选配、修理垫片，要求厚度偏差±0.05mm，表面及棱边应无凸点、毛刺、漆膜等异物。应加垫的厚度为

H=δ+A-B

(1)

式中，H—应加垫片厚度(mm)；δ—设计预紧量(mm)；A—实测磁轭键与键槽的径向间隙(mm)；B—圆度或同心度实测半径Ri与实测平均半径R之差(Ri-R)(mm)。

1.4对于键槽板与支架立筋在磁轭叠装后焊接的结构，应在键槽板与支架立筋焊接后测量A间隙值，并按式(1)确定加垫厚度。

1.5磁轭热打键的相关计算

磁轭温差计算公式

(2)

式中，δ—热打键紧量(mm)；α—线性系数(钢11×10-6mm/℃)；R0—轮臂的半径(mm)。

磁轭加热所需要的总容量计算

(3)

式中，K0—保温系数取 3； △t—计算温差 (℃)；G—磁轭总重量 (T)；C—磁轭材料比热容，钢为0.5KJ/kg.℃；T—预计所需时间，8×3600S。

2磁轭加热方法

根据设计结构和施工方案，布置磁轭加热设施。磁轭加热方式有铁损法、电热法、热风法与综合法等。

2.1采用铁损法加温

铁损法是在磁轭上绕以激磁绕组，通入工频交流电激磁加热，用蓬布覆盖保温。

激磁电源为工频交流电源，将经计算确定的激磁绕组沿磁轭环圆周均布缠绕，并在跨越支臂立筋处，尽可能与其保持较大的平面距离，同时在绕组与磁轭的棱边和各表面之间，采用具有绝缘、阻燃性能的垫块与绳索进行分段衬垫和绑扎。

2.2采用电热法加温

电热法即用特制的电炉或远红外线元件加热，以石棉布保温。推荐采用具有温度调节及温度自动记录功能的可控硅电源控制柜供电加温。如受条件限制，可用220V或380V电源，以分部断续通电方式加温。加热器总容量在磁轭侧面与下端面的布置分配比宜为4:1，并注意支架免受热辐射。

根据乐滩、龙滩等多个大型电站转子的安装经验，现场对磁轭的加热多采用厂家提供的履带式加热板进行加热，每个加热板的功率为3kW，根据公式计算出磁轭与转子支架的温差以及加热所需要的总容量，在磁轭外表面安装盒式或履带式红外线加热器。必要时，可在磁轭下端面、通风槽、“T”形(燕尾)槽内安装盘状和管状电炉进行加温。

对圆盘式或高长径比型转子宜采用电热法或热风法加温，轮臂式大容量转子可采用铁损法加温，并分别计算电力功率。

2.3采用热风法加温时，应保证热风的循环通道顺畅，磁轭上、下温升基本均匀，磁轭与转子支架隔热良好，且加热温升满足规定要求。

2.4加热设施布置完成后，用500V摇表检查，激磁绕组或电热器系统的对地绝缘电阻应不小于0.5MΩ，并设导线断面不小于50mm2的接地保护。在磁轭上端面，并沿磁轭内、外表面至地面之间，分别敷设玻璃纤维毡和悬挂石棉布等绝热阻燃材料。必要时，其外可再覆盖防火蓬布保温。

3磁轭热打键工艺

3.1磁轭与转子支架之间形成温差方法

3.1.1在具有高长径比的转子的支墩或地沟、隧道式通道的转子组装场地，可利用其建筑结构的有利条件，在其支墩通道口安装风机，采取强迫送风的措施对支架进行散热冷却。

3.1.2在安装间进行组装的磁轭，可以采用风冷或喷淋冷却装置对转子支架进行冷却的方式。其主供管应具有足够的通流断面，并据现场条件选择压缩空气或水作为冷却介质进行对称、均匀冷却。如压缩空气系统容量较小，应选择水冷喷雾方式。

3.1.3当采取水冷喷雾方式，对发电机轴或中心体法兰、下导轴颈等精密加工部位应采取防水、防锈的措施，并在组装场地地面构筑挡、排水围堰。

3.2磁轭加温过程控制及监护

3.2.1磁轭加温过程中，应设专业人员分工巡视检查，每30min检测记录一次磁轭加温电气参数、磁轭与支架的温差和胀量。

3.2.2控制磁轭温升速度，每小时不大于10℃，并根据磁轭温升及其上、下温差和胀量情况，利用温控柜自动或人工手动适时投、切磁轭相关部位的加热器。

3.2.3转子支臂处设有喷淋或风机冷却装置，视转子支架与磁轭的膨胀间隙变化及时投退，实现并维持转子支架与磁轭之间设定的温差与胀量。

3.3各种结构磁轭热打键方法

3.3.1根据磁轭的直径大小，在磁轭与支臂间设置4处或8处测量杆，并测量初始数据。磁轭加温后，通过测量磁轭膨胀所产生的间隙，得到准确的热胀量。加温过程中，应在适当位置布置一些温度计，保证磁轭各处温度均匀，支臂温度不超过100°。当磁轭与转子支架间的温差、膨胀间隙达到设定要求后，各监测点的间隙超过设定值0.20mm，可及时进行热加垫(热打键)操作。

3.3.2对于径向键结构，检查各磁轭主键和副键下端支撑牢固，按确定的各磁轭键的紧量，用小锤对称打入副键至原标定的位置。待磁轭自然冷却、圆度检查合格后，割去上、下多余部分，并按设计要求点焊或锁固定位。

3.3.3对于具有成对径向、横向复合键结构，按编号在径向键与磁轭之间插入预定厚度的垫片。按设定的圆度或同心度，以及其径向垂直度的调整量，打入或退出横向键的副键，待磁轭自然冷却后，测量磁轭半径、圆度或同心度、垂直度应符合设计要求。待机组盘车检查转子圆度或同心度合格后，按设计要求切割、点焊横向键。

3.3.4对于径、切向键复合结构，在副键上刻记号，拔出“凸”型中心键。将加垫垫板安装于凸键的径向平面侧，并从适当部位将其端头褶弯与凸键底部端面点焊后，随同凸键一起插入磁轭键槽。安装两侧副键，使其打入的深度达到拔出前的位置，注意紧量一致。磁轭自然冷却后，拔出副键，要求接触面应达70%以上，在其各工作面涂二硫化钼润滑脂后，再用大锤在凸键两侧对称打紧，复查其小头的楔入深度，应与凸键下端平齐，多余部分切除。

3.3.5磁轭热打键结束后，切断加温电源，由下至上分步、逐渐揭开保温设施，转子缓慢自然冷却至室温，冷却过程中注意使磁轭下端略较上部先行降温。

3.3.6检查磁轭半径、圆度或同心度、垂直度以及下端面水平度，应符合设计及标准要求。对无轴结构的伞式发电机转子，磁轭热打键后，需检查转子中心体上、下止口配合尺寸符合设计要求。

3.3.7按设计要求切割磁轭键，锁定或点焊磁轭键及磁轭螺杆。

3.3.8对转子支架和磁轭各部位，用毛刷、工程用布、面团、压缩空气进行彻底清扫，并派专人认真检查，使转子支架和磁轭各部位无油污、铁屑、焊渣、沙尘等异物。合格后，在磁轭内、外侧通风槽口和冲片层间缝隙处，用氧化锌胶布或不干胶带进行封贴。

4结语

本文介绍了大容量、高转速水轮发电机磁轭热打键的安装工艺过程，针对不同结构磁轭键分别作了介绍，磁轭热打键过程中需要严格遵守工艺流程，保证磁轭组装质量，避免出现磁轭与轮臂分离现象，保证机组长期安全稳定运行。

对于磁轭结构特殊的机组，将结构研究清楚，可借鉴上述磁轭热打键方法，编制有针对性的工艺方案，确保磁轭组装安全可靠。

参考文献

[1]GB 8564—2003中国人民共和国国家标准《水轮发电机组安装技术规范》.

[2]水轮发电机设计与计算.哈尔滨大电机研究所编著.

[3]王玲花.水轮发电机组安装与检修.中国水利水电出版社，2012.

[4]水轮发电机安装.中国电力出版社，2013.

[5]庞立军.有限元法在水轮发电机转子支架热打键过盈量确定过程中的应用.上海大中型电机，2010(1)：21-23.