整体加工式转子磁轭制造及安装概要

王永亮

摘 要：未来一段时间，抽水蓄能项目将大面积采用加工式转子磁轭结构，本文将对该磁轭结构的制造、安装流程、特点和注意事项进行基本的论述。以便于没有接触过改型产品的相关从业人员和，能对改型产品有基本的认识。

关键词：加工式磁轭；磁轭段；冷却水槽；T尾槽；磁极

引言

随着抽水蓄能电站建设的快速发展，整体加工式转子磁轭由于其刚性、稳定性好，对安装公司专业性要求较低，安装后外形尺寸精准等优点，正在逐步得到应用。之前，国内主流发电设备制造厂商对于该型转子磁轭均处于研究、设计阶段，有经验的安装承包商也并不多，国内已经装机的改型产品大部分均为日本制造，国内也并没有针对改型产品的专用控制标准。目前的“水轮发电机组安装技术规范GBT8564—2003”用于指导该型转子的安装明显过于粗糙，即便是对于普通高转速的蓄能机组，也已经不再适用。2017年该型产品首次在深圳抽水蓄能项目，由国内制造商进行独立的设计制造、并进行了安装验证，效果均达到了预期设计要求。加工制造期间，通过摸索和实践积累，整理一出部分有针对性的控制标准和注意事项，希望对未来其他项目同类型产品的生产制造以及安装能起到参考作用，帮助进一步降低成本，避免安装返工。

1磁轭段的制造

加工式磁轭一般采取分段加工制造，在工地进行整段拼装。以国产某项目为例：该项目共计9段磁轭段，每段由5层30mm厚钢板叠装而成，钢板的接触面进行了加工并进行了防腐。5层整圆的钢板在工厂叠装在一起，用短螺杆拉紧，形成一段密实的磁轭段。

由于制造磁轭段的钢板一般都由整张钢板下料而成，这种环形件下料后周边四角和中心圆部分的废料在其他产品上很难得到应用，提高了生产成本。在未来制造当中，应适当采取多块钢板拼焊的形式生产磁轭段钢板，降低成本。但由于该型钢板强度较高，焊接后变形不容易控制，所以，对小块下料后的拼焊工艺以及焊后的热处理尤为重要。

叠装好的磁轭段首先加工内圆，之后加工与磁轭凸键配合的键槽。加工完毕后，将磁轭段按顺序套装在转子支架上，以内圆为基准，根据内圆与转子支架主立筋的间隙，调整转子支架和磁轭段的同心度。要求各间隙值最大偏差0.05mm。完毕之后，加工外圆和磁极T尾槽。加工完毕后的磁极T尾槽直线度应小于每米0.05mm，检查时，应使用吊钢絲检查方法，而不是用机床打表测量，因为根据实践，加工后的表面基本是与机床导轨平行的，打表测量的方法无法排除导轨本身存在直线度误差和倾斜。以深蓄项目为例，使用机床刀头安装百分表，从上至下测量磁轭段外圆某一个竖向截面的垂直度时，表跳动可以控制在0.05mm。但实际用吊钢丝法进行测量时，可以发现：该截面竖向垂直度仅可以达到0.15mm，而且外圆尺寸由下至上，逐渐变小。整个磁轭呈现规则的圆锥形，该趋势与机床的导轨倾斜趋势一致。建议在制造厂增加吊钢丝检查工序。

2磁轭段的现场叠装

安装时，首先调平转子支架。控制在每米0.02mm范围，由于蓄能机组转子普遍较小，该法兰面水平很容易可以调整到0.03mm，建议安装时，按国标的要求可以相应提高。之后复测主立筋或凸键的垂直度，与测得的水平数据相互印证。垂直度应控制在每米0.05mm，立筋挂钩处，整圆高程偏差0.5mm，之后开始整段套装磁轭。主立筋垂直面靠近底部挂钩部位有50mm范围为定位段，这个区域与磁轭段间隙很小，单边只有0.25mm。该间隙可以保证第一段磁轭套入后，无需大范围调整即可得到与转子支架有较好的的同心度。调整后，磁轭段与各定位段间隙误差不超过0.05mm。之后，用测圆架或者吊钢丝支架复测第一段外圆与转子支架的同心度。并复测转子支架的上法兰水平。之后每次挂装一段磁轭后，都要复测转子支架水平。因为，一旦水平变化，磁轭段绝对半径的测量就会发生较大误差，计算得出的同心度也无法采用。

按同样方法将全部9段磁轭挂装完毕后，进行最终验收测量。9段磁轭叠装后，经过实践其偏心可以控制在0.15mm，所以，验收各段绝对半径和计算出的圆度，均应按国标进行相应的提高，而不是按现有的要求，依据空气间隙的百分比来进行验收。

3磁轭热加垫

整体加工式磁轭与转子支架之间的固定方式，有浮动式和非浮动式两种。浮动式磁轭与转子立筋存在较小的间隙，相对不固定，旋转期间自适应以求得较好的同心度。非浮动式的磁轭一般采取热加垫的方式，将磁轭和转子之间相对固定，并给予磁轭一定的紧量。保证磁轭在运行期间，温度升高的情况下，仍能可靠的和转子支架抱紧，同心度不发生变化。

磁轭的热加垫成功与否，主要有三点：（1）加热迅速，位置准确。（2）冷却有效，能够得到加垫间隙。（3）有计划的冷却，控制不规则冷却带来的磁轭变形。

要保证加热能够迅速，上下部磁轭同时膨胀，关键是加热片的布置，一般以每吨磁轭3千瓦布置加热板，磁轭下部要多。因为热量向上升，顶部温度自热高于底部，所以，要抑制顶部温升过快。加热膨胀量要考虑加垫时，磁轭段本身的错牙可能影响垫片的插入，而且垫片由多片不锈钢薄板组成，其单片之间有一定间隙，加上转子磁轭较高，组合后的垫片长而且软，更加给加垫增加了难度。所以，计算使用的加热功率时，应当适当增加一些，确保磁轭膨胀后得到的间隙要大于加垫的厚度。一般，应当将磁轭和凸键之间的间隙加热到比加垫后尺寸大0.5mm，才能保证垫片顺利插入。

蓄能机组普遍直径较小，转子支臂短，受热后很容易和磁轭同时膨胀，这样很难得到所需的加垫间隙。所以，一方面要确保加热功率足够，使磁轭迅速升膨胀，而不至于将多余热量传导给转子支架。另一方面，无论如果防护，都不能阻止热量向转子支架傳导，来保证磁轭和转子支架有足够的温差，那么支臂的冷却就更加重要了。否则转子支架和磁轭同时向外圆膨胀，需要的加垫间隙永远也无法得到。

一般建议使用流水或干冰冷却，在转子中心体下部砌有水槽，冷却后的废水经水槽收集，使用泵排走。冷却水直接作用于立筋背部和各支臂上，有效保证磁轭和支架之间有所需的温差。由于磁轭需要整体加热，各磁轭段的拉紧螺杆与螺母间的锁定方式应采取焊接或者锁片等机械锁紧方式，涂抹螺纹锁固胶的方式并不可行，一方面螺纹尺寸比较大，锁固胶的作用有限；另一方面，加热后，锁固胶会老化，失去锁定的作用。磁轭段钢板间防腐需要使用耐高温油漆，否则磁轭加热过程中，油漆会变软，被拉紧螺杆产生的片间压力从钢板缝隙挤出，影响外观，也影响磁轭紧度和波浪度。加热前建议在磁轭内圆等容易被冷却水淋到的部位涂刷防锈漆，避免加热工作结束后，磁轭大面积生锈。要安排复杂的除锈工作。

冷却过程应以缓慢为主，首先是保温被内冷却，之后将保温被底部掀开释放多余的热量，最后将保温被彻底掀开进行全面冷却。一直到转子温度降低到室温之前，外围的防火苫布不打开，避免风直接吹到转子磁轭上面。根据实践，快速冷带来的不规则收缩，会使磁轭段圆度变化，会严重影响T尾槽的直线度，进而影响后续磁极的挂装。检验后的磁轭圆度和同心度也不能满足相关标准的要求。此处建议加热前，使用拉筋将各磁轭段焊接在一起，可以有效降低各段之间在冷却过程中产生的相对位移。保证最终磁轭同心度和圆度。

4其他注意事項

加热之前要符合轉子支架的强度，确保热加垫后不会产生有害的变形。以深蓄转子支架为例：其中心体圆筒采用钢板弯折成型，中心体壁厚120mm，使用ANSYS程序对其刚强度进行了分析计算。内容包括：发电机转子支架三种工况计算：（1）静止工况；（2）额定运行工况；（3）飞逸转速工况。对其分别进行有限元模型分析。

得到结果：由分离转速计算得转子支架定位筋与磁轭热加垫单边紧量0.95mm。在各种工况下刚强度满足要求。按综合应力的峰值和危险断面的平均应力进行校核。其应力均满足强度要求。按服役40年计算，其疲劳损伤0.189，满足疲劳强度要求。

加热后的转子，除了测量磁轭外，应检查上法兰面平面度。个别情况下，由于设计和制造原因造成的转子中心筒刚性不足，加垫后，磁轭向中心产生巨大的径向收缩力。可能会将中心圆筒挤压变形。进而造成上法兰面的变形，产生波浪度。如果在安装期间不及时检查识别出来，在转子吊入机坑后，盘车阶段发现该问题，将产生大面积的返工。

制动环的安装应当注意，不应按照国标后一块不应凸出前一段的要求控制，因为蓄能机组有正反转。所以，各块制动环接缝处要求错牙不大于0.2mm。整圆波浪度不大于0.5mm，不满足要求的，使用垫片进行调整，保证制动工况平稳，延长制动器闸板寿命。

5结语

通过生产制造和安装积累起来的一些关键注意事项，对后续类似产品的生产制造提供了很多可以借鉴的经验。可以有效避免加工后磁轭外圆在垂直方向的直线度误差；在合理的范围提进一步提高安装要求；避免多次加热磁轭，对外形产生有害影响等，提高施工效率的同时，降低成本并避免返工。

参考文献：

[1]水轮发电机组安装技术规范.GBT8564—2003.

[2]深圳抽水蓄能电站水轮发电机组及其附属设备安装说明书.

[3]深圳抽水蓄能电站转子磁轭叠装工艺守则.

[4]最新水利水电机电组安装工程施工工艺与技术标准实用手册.

[5]水利电力部 .发电厂检修规程.SD 230—87.

[6]中国水力发电工程机电卷.

[7]立式水轮发电机研制论文集选编.