大型水轮发电机转子现场装配工艺

吴国良，李睿光

（东方电气集团东方电机有限公司，四川 德阳 618000）

0 引言

转子是水轮发电机的核心部件，其装配质量关系着机组的安全稳定运行。由于大型水轮发电机转子现场组装难度大、技术要求高，装配质量不稳定的情况时有发生。例如，零部件松动扫膛、机械动不平衡、不圆、偏心、励磁故障等问题，轻则造成机组振动超标，重则危及机组安全稳定运行。本文在总结前人经验的基础上，对一种典型结构的大型水轮发电机的转子装配工艺流程进行了全面梳理，重点分析了转子装配过程质量控制中易忽视的一些重点、难点，为今后同类型机组现场安装提供参考和借鉴。

1 转子结构简述

本文所述典型结构水轮发电机转子是由转子支架、磁轭、磁极及其他连接附件组成（图1、图2）。

图1 水轮发电机转子结构示意

图2 某电站水轮发电机转子

其中，转子支架为圆盘式焊接结构（图3），在制造厂加工到设计尺寸，分瓣运至现场组焊[1]。通过现场采取防焊接变形控制措施，控制转子支架的焊接变形，以满足图纸公差及后序转子装配的需求。

图3 转子支架结构示意

2 转子装配工艺

2.1 转子支架调平

支架水平测量有两种方法，一是以上平面合像水平仪向心摆放测对点差；二是下法兰面水准仪测对点高程差。由于该典型结构发电机为伞式结构，推力头端应作为机组的水平基准，原则上应以第二种测量方法为准，上法兰平面做参考（一般两者结果一致）。

调整细节：下法兰面90°方向架两个表随时监测水平变动，中心体下圆盘四个方位用50 t 千斤顶支撑牢固，同时转子支架支臂正对立筋各处用工装支墩辅助支撑；上法兰面对称四点用合像水平仪向心摆放测量水平并记录，作为后续中心体水平调整依据（比下法兰面测量方便）。

2.2 测圆架安装

关键有两点：一是圆基准，测圆架与转子支架应调同心，需重点注意圆的基准应选择设计图纸上有跳动公差要求的外圆面；二是旋转水平，即测圆架测头的上下跳动控制，是后续挂钩、制动板、磁轭波浪度等测量的准尺。此外，还有回零误差，绝对半径等。

调整细节：

（1）先粗平，以法兰面为基准粗调水平，测圆架架表测4 个点；

（2）再中心，以上法兰面精加工止口为基准调同心，架表测至少4 个点，调整过程中，逐步将测圆架径向调整螺栓全部敲紧；

（3）最后精平，即旋转水平，调整使圆周各点读数最大最小在标准要求以内，此过程中将测圆架轴向调整螺钉反复敲紧，正反螺钉均把紧以免测圆架松动。转子测圆架与上法兰面垂直数据与旋转水平不一致时，以旋转水平为准。注意：测圆架端部不能悬挂钢琴线重锤。

2.3 导向键调整

按照先调整基准键，再大等分，最后小等分的方法进行调整。

调整基准导向键，需位于选定的键槽中心，高度需满足与测圆架不干涉，且能够测量导向键绝对半径（即需高出测圆架基准测量带）。控制基准导向键绝对半径、扭斜、径向及切向垂直。

其余导向键的质量目标：调整各键与基准键相对半径、扭斜，等分该跨距后相邻弦距均应符合相关标准。

2.4 下磁轭压板安装

调整下磁轭压板波浪度，与挂钩无间隙，调整磁轭压板内圆槽与导向键间隙均匀，相邻压板组合缝间隙均匀。调整过程中将每一个磁轭支墩均顶起与压板接触。

2.5 叠基准磁轭段

（1）重量重的冲片叠在下端，整圆重量分布均匀[2]。

（2）根据制造厂冲片分级称重表，开箱检查冲片，测量冲片厚度（最重和最轻的各抽一张，内外各4 点）并作记录，根据厚度尺寸准备齿涨补偿片。

（3）叠装过程中专人检查冲片有无杂质、破损，及时清理，专人检查冲片叠装层数，有无错片。

（4）按图纸每层交错极距叠片；试叠4 层冲片，用工具销检查调整压板孔与冲片孔对齐，检查调整压板外圆。打表检查冲片上平面，复查波浪度。

（5）试叠一段高度，用工具销钉对全部孔进行整形，用T 尾调整工具调整错牙。

（6）测量调整磁轭半径及圆度。复测测圆架数据；吊钢琴线测绝对半径；用百分表座吸在磁轭外圆固定位置，测圆架配合百分表测表座上标记点，圆度为最大最小之差。数据整理见图4，磁轭基准段圆度须满足质量标准。

图4 基准磁轭圆度

2.6 叠片、预压

（1）边叠装边进行整形，按工艺要求长度完成预压紧；

（2）按装配实际情况，添加高度补偿片（预估量，根据实测数据调整）；

（3）正对调节键位置布置永久测点，测量调整半径圆度，检查调整外圆垂直度。

（4）预压时，在架表监测磁轭外圆的情况下，将每根导向键背后的调节垫板楔紧；用液压力矩扳手，圆周均匀分多遍（第一遍把完后，须复测圆度数据，合格后再继续），依次对称把紧各块压板上螺栓，每组压板上螺栓把紧顺序一般按先中圈后内圈再外圈的顺序，同时要考虑百分表监测数据，根据圆度变化情况适当调整把合顺序；

（5）复测绝对半径，圆柱度，内外高度、磁轭下平面波浪度等数据。

2.7 总压把紧

（1）根据预压情况，确定总高叠装尺寸[3]。铺上磁轭压板，带上螺母，冒头长度均匀一致；吊出全部导向键，穿入磁轭径向键及磁轭切向键，背后调节键。

（2）复测测圆架尺寸无误，测磁轭绝对半径，圆柱同心度，内外高度等数据。圆度边测边调整，再次将背部调节键一一全部敲紧。

（3）数据合格后，把紧磁轭，方法同前所述，只是最终再多把一遍100%力矩，且间隔8 h 后再用力矩扳手抽测。

（4）复测垂直度，绝对半径，圆度（图5～图7），高度等数据。

图5 磁轭上段圆度

图6 磁轭中段圆度

图7 磁轭下段圆度

2.8 冷打磁轭键

重新打紧全部调节键，架表监测变动。

冷打键要求：应由熟练操作者使用大锤，注意操作安全，正面不得站人；先打紧偏心方向；再两两对称依次打紧；外圆架表监测预紧量；建议分三次打紧，每次间隔8 h 以上。

2.9 热打键

（1）拆除磁轭支柱，使磁轭重量落在转子支架上；按磁轭加热设备厂家热打键方案说明，安装加热片、测温电阻，接线通电试机，铺设保温毯。

（2）打键长度按设计紧量值确定；计算加热温度、保温时间及加热功率；密切监测磁轭温度及膨胀量，按预先设定的长度将键敲紧。

（3）打键完成后，逐步降温，控制磁轭冷却速度，冷至室温后（30 ℃左右）再揭开保温篷布。

（4）再次打紧磁轭切向键。

（5）复查磁轭半径、圆度（计算同心度，图8～图10）、垂直度等。

图8 复测磁轭上段圆度

图9 复测磁轭中段圆度

图10 复测磁轭下段圆度

2.1 0 挂极

（1）根据实际磁轭挠度确定是否松开外圆支墩。若松开支墩，中心体水平及测圆架需要重调。

（2）按配重表确认磁极编号，尽可能对称挂装。

（3）首件磁极挂装：磁极键短键下端用千斤顶挡板支撑平齐；磁极落入后檐部用千斤顶支撑；磁极键清理抹二硫化钼，短键靠外圆，长键靠内圆装入；调整周向尺寸以控制极距。

（4）标基准磁极中心点，测与下法兰面高差，调整基准磁极中心高程至理论名义值。通过实测磁极外圆的总长，在中点打样冲眼；百分表座分别吸在下法兰面及磁极外圆面中心，吊卷尺，水准仪配合测量高度差，来调节磁极高程。

（5）以首件磁极中心为基准，测圆架对表针，依次控制其余磁极高程。

（6）高程调好后，磁极键打紧（第一遍）。

2.1 1 打紧磁极键

（1）磁极键建议每天打紧一遍，一般至少3 遍，直至最终打紧。

（2）尺寸验收包括转子圆度及偏心、磁极高程。

3 关键质量控制点

转子装配关键质量控制点见表1。

表1 关键质量控制点表

4 结语

（1）本文阐述了大型水轮发电机转子装配的工艺方法及关键质量控制点，从转子支架组焊、磁轭叠装到磁极挂装全过程，提出了一些具有指导意义的操作方法，总结了一些行之有效的经验做法。

（2）按此文所述方法，该项目转子装配最终均达到相关质量标准，机组运行情况良好，同时本文也为同类型水电机组转子的安装提供了一些借鉴。

（3）转子装配在保证质量的前提下，后续研究可在此基础上改进优化，例如智能化设备应用，以降低劳动强度，提高质量容错率等。

参考文献：

[1] 潘峰，梁城，金永红．大型圆盘式结构转子支架现场焊接技术[J]．机械制造文摘——焊接分册，2019（2）：34-37．

[2] 郭峰，杨存勇，张彦杰．江边水电站转子装配技术措施[J]．水电站机电技术，2017，40（1）：38-41．

[3] 于洪波，赵海军．溪洛渡水轮发电机转子的安装[J]．防爆电机，2014，49（4）：57-59．