大型贯流式机组定子机座与铁芯组装关键技术探讨

(中国水利水电第十工程局有限公司机电安装分局，四川 都江堰，611830)

1 工程概况

老挝东萨宏水电站位于老挝人民民主共和国南部占巴色省境内，电站采用堤坝式开发，以发电为主，主要建筑物包括两岸混凝土重力堤坝、无闸门非常溢洪道、河中灯泡贯流式发电厂房及左岸敞开式开关站等。混凝土堤坝最大坝高33m，长度约6.8km，水库正常蓄水位为74.90m。电站装机容量260MW(4×65MW)，多年平均发电量13.3亿kW·h。

该电站发电机为三相交流同步、卧轴灯泡贯流式水轮发电机。发电机型号为SFWG65-72/8850，定子总重174t，转子总重225t，现场叠片下线。发电机设备由阿尔斯通水电设备(中国)有限公司提供。

定子机座分三瓣到货，现场组合焊接。定子机座外径为9.4m，高度为3.87m，设有上下游大法兰、中间环和大齿压板等。定子端箍以及压指均采用不导磁材料。机座下游侧法兰加工有一定倾斜角，以保证定转子气隙的均匀。

铁芯冲片采用0.5 M250-50A优质冷轧硅钢片。冲片双面涂覆固化时间短、收缩率小的F级绝缘漆。定子铁芯采用双鸽尾定位筋结构，可以确保铁芯能径向自由膨胀，消除热膨胀内应力，避免铁芯翘曲及定子机座有害变形，冲片外侧开有鸽尾槽。铁芯采用拉紧螺杆加高强度碟簧压紧的结构可有效防止铁芯松动，保证发电机能长期安全稳定运行。

2 施工准备

2.1 场地布置

发电机定子在安装间定子工位进行组装，在安装间组装时，利用定子工位中心位置的测圆架基础板固定定子测圆架，按照定子机座基础板分布圆尺寸及设计院图纸，在安装间预埋定子组装基础板，便于定子机座的调整、固定。

施工场地条件：定子机座应避免雨水浇淋和直接承受冷、热气流的吹袭。装配场地的照明应充足；装配场地应清洁、干净，布置整齐，通风良好，并设置防尘措施。详细布置情况如图1所示。

图1 定子在安装间组装布置

2.2 施工准备

定子组装开工前，根据设备供货商提供的技术文件、图纸文件资料中规定的标准以及相关的技术规范，编制详细的定子组装施工措施提交监理工程师审查，获批准后进行施工。

按照设计图纸资料，提前检查定子组装的各项尺寸，并提前开箱检查定子组装零件的尺寸、数量及质量的验收和试验工作；如发现问题应及时与业主、监理和现场厂家代表沟通。

3 组装关键技术

3.1 定子机座、铁芯组装工艺流程

定子机座、铁芯组装工艺流程如图2所示。

图2 定子机座、铁芯组装工艺流程

3.2 定子机座组装

将分瓣定子机座运至安装间临时场地放置，清扫分瓣定子机座。拆除定子机座内部运输支撑，用磨光机打磨平焊疤。按照图纸安装并焊接定子机座翻身用的吊耳板，并做相应的渗透检测。

(1)按照图纸尺寸在安装间摆放好定子组装支墩、楔子板、机座基础板，初步调整好定子组装支墩上表面水平，支墩的顶面高程差不大于2mm。用桥机竖立起单瓣定子机座，连接机座、组装支墩及基础板，临时拧紧组合螺栓，检查组合面间隙的情况。

(2)将第一瓣定子机座吊就位，引出线的方位与机坑实际安装方位基本一致，吊装后用临时支撑及拉锚将分瓣定子机座可靠固定，以防倾覆，再将另一瓣定子机座吊装就位，与第一瓣定子机座进行组合，并依次将定子机座组合成整体。

(3)用外径千分尺校核测圆架中心柱直径，将测圆架吊入安装部位。并安装测圆架转臂，沿测圆架中心柱上、下移动测圆架的转臂，极限行程位置应能满足测量整个定子铁芯部分轴向高度的要求。

(4)以定子机座下环板压紧螺栓孔为基准调整测圆架的中心，将测圆架中心柱与拉紧螺杆孔的同心度初调整到0.35mm以内；精调测圆架中心柱的垂直度，在测圆架中心柱的两个相互垂直的方向上悬挂钢琴线，利用钢琴线对测圆架中心柱进行找正，要求其垂直度不应大于0.02mm/m，且最大不应超过0.05mm；并检验测圆架转臂周向测量的精度及轴向跳动，全范围内起落测圆架转臂，测量中心柱垂直度应合格，利用在转臂上放置精密水平仪(精度0.02mm/m)的方法检验中心柱转臂水平度，使水平仪的水泡在转臂处于任意回转位置时，均能保持在精度规定的范围内。测圆架调整完毕将其可靠固定，锁紧测圆架上的全部调节螺栓和组合螺栓，以防使用中松动而影响测量结果，并将测量结果记录在记录表中。

(5)用测圆架测量定子机座下环板压紧螺栓孔与测圆架同心度，利用千斤顶对定子机座进行调整，控制好定子机座下环板与测圆架中心柱同心度，并调整定子机座合缝处径向、轴向错牙，使错牙量不超过1mm，把紧组合螺栓，调整完成后拆除临时千斤顶。测量定子机座各环板半径值、下环板水平度、下环板压紧螺栓孔半径值，均应满足设计图纸和规范要求，做好测量记录。

(6)根据定子机座的具体结构对定子机座合缝板之间的焊缝进行焊接及检验，所有焊缝应按设备厂家提供的技术要求进行探伤。

(7)复测定子机座焊接后的尺寸，并将测量果记录在记录表中。

(8)焊接完毕后再次测量机座上层各环板外的各环板绝对半径值，对绝对半径小于设计值的环板应进行切割处理，并将处理后测量的结果记录在记录表中。

(9)对定子机座进行清扫，封堵机座消音空。并按图纸的技术要求对焊缝处进行喷漆。

3.3 定子铁芯组装

3.3.1 第一根基准筋安装、调整

选择一根加工精度比较好的定位筋作为基准筋，按照设计图纸要求进行定位(也可以直接利用永久螺栓孔距中心)，利用“C”型夹将定位筋托块固定，调整好第一根基准筋。

3.3.2 大等分基准筋安装、调整

(1)另外挑选9根加工比较好的定位筋，作为10大等分基准筋；

(2)以基准筋为基准，利用内径千分尺(也可利用百分表)与定子测圆架配合，调整各大等分定位筋、弦长、半径及扭斜；

(3)调整合格后，点焊定位筋托块，复测所有数据。

3.3.3 其它定位筋安装、调整

(1)安装其余定位筋，以调整合格的基准筋为准，调整大等分之间的定位筋，利用测圆架和弦距样板检查、调整定位筋的半径、弦长；

(2)完成所有定位筋的调整、点焊工作后，全面检测所有定位筋的径向和周向垂直度、内圆半径、径向扭斜及弦距，若测量值超出允许公差，则进行个别的重新调整；

(3)所有定位筋调整完成后，复测所有数据。

注意事项：①定位筋有起吊螺孔应位于上方；②定位筋托块与定子机座环板上的钢板应均匀接触(间隙≥0.5mm时，进行修磨处理)，定位筋侧面与托板间隙大于0.2mm时，要求塞紧，且基本在中心位置；③定位筋背部与托块间有1mm间隙，利用专用垫片(或钢楔)楔住；④定位筋底部与机座下环板间放置5mm的钢垫片；⑤定期对测圆架进行检查，如果数据超差，必须进行重新调整。

3.3.4 定位筋焊接

焊接的全过程中，对定位筋的半径、弦长进行跟踪监测，如果发现变化异常，对焊接程序进行适当调整，以满足定位筋的焊后各技术尺寸要求。

3.3.5 下齿板安装

按图纸要求以定位筋为基准用冲片为样板调整下齿压板，测量并记录下压板的水平度。要求平面度2mm，相邻齿压板高差1mm。

将两个销钉通过用定位筋定位的冲片分别插入每块下齿压板靠近两端的孔里，同时晃动销钉，目的是为了调整冲片、下齿压板、定子机座环板上缺口的相对位置，使螺杆能顺畅通过。

对定子机座整体进行清扫，彻底清理机座内壁与环板、焊缝，用汽油洗去油污，用压缩空气吹净表面，并对焊缝处进行刷漆，注意保护好定位筋。

3.4 定子铁芯分段叠压

定子铁芯由0.5mm厚硅钢片叠装而成，叠装一定高度，分层压紧，并用高强度螺栓压紧，定子铁芯通过鸽尾形定位筋固定于定子机座上。铁芯总高度为2000mm，共计43小段，铁芯采用分段叠装、压紧，共分6次压紧。

3.4.1 施工准备

由于定子铁芯叠装配场地要求清洁、干净、布置整齐且通风良好，为满足这一要求，应采取必要的防尘措施，制作安装相应的保护工装，并制作叠片片台和其它临时工装，清点定子铁芯叠压的专用工器具。

开箱检查定子铁芯的质量，并测量冲片厚度，由于冲片厚度存在偏差，需要测量大约50堆的高度，每堆高度要在外角处用卷尺测量，记录数据为下一步计算用。在每次叠片前，根据每次的测量结果计算需加入补偿片的数量。

3.4.2 叠装工作

按图纸要求，分层整圆叠片，整圆由30张叠装而成，采用顺时针叠片，按照图纸规定的层间交错一根定位筋的方式叠片。要求相邻片接缝正确，边叠边整形，叠片的过程中应随时对冲片进行清洁和整形，利用铁芯槽内的槽样棒对铁芯进行定位，保持槽形整齐，无突出错牙。注意冲片记号槽应一致，折边卷角、断齿、油污、裂纹、漆膜不均等有缺陷的冲片不允许叠入；通风槽片的通风槽钢点焊是否牢固，槽钢尖端上翘，未平好的通风槽片不应叠入。

(1)叠装过程中用锤轻敲铁芯，使其底部靠紧；用整形棒插入线槽中左右敲打，使线槽两侧平滑，用通槽棒检查应畅通无阻。在开始叠片之前，必须轻敲冲片使之紧靠定位筋。当叠片超过托块100mm时取出定位筋后的垫片。

(2)每一小段铁芯叠完后，用C形夹夹紧铁芯线槽端部，用游标卡尺抽样测量小段高度并作记录，要求每小段高度不超过设计高度±0.5mm。若小段高度超出图纸允许偏差太多，应在下一小段对小段叠片高度进行补偿调整，防止总高度的累积偏差过大。

(3)铁芯叠片至图纸规定的压紧高度时进行分段预压紧。安装上压板、压紧套管、预压紧螺杆，按照厂家技术要求用力矩扳手对称均匀压紧，压力逐渐增加，紧背部螺杆。

(4)达到规定压紧力后，测量铁芯齿端、槽底、背部的高度，用通槽棒检查线槽尺寸，测量铁芯半径、圆度等验收数据。

(5)拆除预压紧工具，按上述方法继续进行铁芯堆积。

(6)根据上次压紧后的测量数据，在下次叠片过程中添加补偿片(叠片过程中可垫绝缘扇形片进行调节，补偿片加在每小段的中间位置)，使铁芯高度、波浪度及内外圆高差满足图纸要求。

(7)在叠片过程中安装定子铁芯背部的RTD，将所有RTD的电缆从定子铁芯背部以及上下压紧装置，拉到中间端子箱。

3.4.3 预压工作

安装和调整上端工装压板。在安装上端工装压板之前检查受力面有无损伤；用锉子除毛刺，漆滴等。利用扳手依次交叉拧紧螺母，依次对每个螺母拧紧一圈，重复这个操作直到用扳手拧不动为止。

3.4.4 预压紧铁芯测量

用卷尺测量铁芯高度，精确度为0.5mm。在齿端和铁芯背部测量高度(每段各一套测点)，在试验单上记录结果。每次测量高度应符合图纸的最终要求，与高度平均值偏差超过0.5mm的部分在下一段叠片过程中要考虑进行补偿。

3.4.5 定子铁芯最终叠压

根据图纸在最后一次预压后喷涂定子铁芯螺杆。根据最后一次预压的情况和铁片厚度抽查结果，准确计算需要叠装的铁片层数(最后一小段高度不能变)，以满足铁片最终压紧后的高度、波浪度等技术指标。按照计算结果进行叠片，并进行最终压紧。根据后述的要求完成定子铁芯的最终压紧和测量，根据图纸要求在上端和下端涂胶(内圆侧)。

3.4.6 最终铁芯测量

利用卷尺测量铁芯的长度，精确度为0.5mm。在铁芯的齿端和背面测量铁芯的长度(每片一个测点)，在试验单上记录测量值。用刀片检测每个铁芯压齿的压紧度，用粉笔标明疏松的地方，通过松动压紧螺栓并插入补偿片校正；不要卸除压紧螺栓上的所有压力，一旦可以插入补偿片，就停止松动压紧螺栓，用最终压力拧紧松动的压紧螺栓。拆除槽样棒，利用通槽棒检查铁芯线槽尺寸，测量10%压紧螺栓的伸长值，在试验单上记录试验结果；利用测圆架测量铁芯内半径，并记录在试验单上。检查上下压指与铁芯齿位置的对应偏差，对压紧螺栓进行绝缘电阻实验，并记录结果。

拆除所有临时工装，清理场地，对定子机座及铁芯等各部件进行认真清扫，尤其是通风沟、铁芯槽及背部，绝对不允许其他金属和杂物存在。

4 结语

本文详细阐述了大型贯流式机组定子机座组装和铁芯叠片的关键技术，铁芯叠片采用交错搭接的叠片方式，可以提高铁芯的刚度，防止铁芯翘曲变形。叠片时采用分段压紧方式，并通过油压千斤顶对定子铁心进行整体压紧，可以精确控制铁芯的压紧力并确保压紧力的均匀；另外，采用多次预压紧方式，可以确保铁芯在各种工况下无异常振动和响声。该安装工艺可供同类型机组安装参考。