大型水輪發電機組磁軛熱打鍵工藝

大型水輪發電機組磁軛熱打鍵工藝

夏保國

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要根據國內大型水輪發電機磁軛的組裝經驗，對磁軛熱打鍵工藝進行了總結，主要介紹了磁軛徑向鍵結構，磁軛成對徑向、橫向復合鍵結構，磁軛徑、切向鍵復合結構熱打鍵工藝，對磁軛熱打鍵施工過程做了詳細說明，為以后大型水輪發電機磁軛組裝熱打鍵提供了寶貴的經驗。

關鍵詞磁軛；加熱；溫差控制；熱打鍵

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.01.13

中圖分類號：TM312

作者簡介：夏保國男1981年生；畢業于蘭州理工大學流體機械專業，現從事水輪發電機組現場安裝技術指導工作.

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，國內大容量、高轉速水輪發電機的越來越多，機組運行時發電機磁軛受強大離心力作用而產生徑向變形愈來愈顯著。傳統的磁軛冷打鍵方式已無法保證機組運行時的緊量，造成磁軛與輪臂的分離，不僅使機組產生過大的擺度和振動，而且還會使輪臂掛鉤因受沖擊而斷裂，造成嚴重事故。近年來普遍采用磁軛熱打鍵的方法，熱打鍵就是根據已選定的分離轉速計算磁軛徑向變形增量，從而得出磁軛與輪臂的溫差，然后加熱磁軛，使其膨脹，在冷打鍵的基礎上，再增加與其徑向變形增量相等的預緊量，以抵消機組運行中的變形增量。

1磁軛熱打鍵前測量及計算

1.1按編號記錄各監測點溫度、脹量的初始值。

1.2根據設計的打緊量及磁軛圓度或同心度、磁軛垂直度的標準要求，確定各磁軛鍵的熱態調整量。依據磁軛鍵的設計結構，劃出其“打入”或“退出”長度的終止線，標記明確。

1.3對熱加墊的磁軛鍵，按其“冷”打鍵階段裝配，實測徑向間隙值和設計要求的預緊量，同時，考慮磁軛圓度或同心度的調整要求，按下面公式計算確定各磁軛鍵熱加墊的厚度。選配、修理墊片，要求厚度偏差±0.05mm，表面及棱邊應無凸點、毛刺、漆膜等異物。應加墊的厚度為

H=δ+A-B

(1)

式中，H—應加墊片厚度(mm)；δ—設計預緊量(mm)；A—實測磁軛鍵與鍵槽的徑向間隙(mm)；B—圓度或同心度實測半徑Ri與實測平均半徑R之差(Ri-R)(mm)。

1.4對于鍵槽板與支架立筋在磁軛疊裝后焊接的結構，應在鍵槽板與支架立筋焊接后測量A間隙值，并按式(1)確定加墊厚度。

1.5磁軛熱打鍵的相關計算

磁軛溫差計算公式

(2)

式中，δ—熱打鍵緊量(mm)；α—線性系數(鋼11×10-6mm/℃)；R0—輪臂的半徑(mm)。

磁軛加熱所需要的總容量計算

(3)

式中，K0—保溫系數取 3； △t—計算溫差 (℃)；G—磁軛總重量 (T)；C—磁軛材料比熱容，鋼為0.5KJ/kg.℃；T—預計所需時間，8×3600S。

2磁軛加熱方法

根據設計結構和施工方案，布置磁軛加熱設施。磁軛加熱方式有鐵損法、電熱法、熱風法與綜合法等。

2.1采用鐵損法加溫

鐵損法是在磁軛上繞以激磁繞組，通入工頻交流電激磁加熱，用蓬布覆蓋保溫。

激磁電源為工頻交流電源，將經計算確定的激磁繞組沿磁軛環圓周均布纏繞，并在跨越支臂立筋處，盡可能與其保持較大的平面距離，同時在繞組與磁軛的棱邊和各表面之間，采用具有絕緣、阻燃性能的墊塊與繩索進行分段襯墊和綁扎。

2.2采用電熱法加溫

電熱法即用特制的電爐或遠紅外線元件加熱，以石棉布保溫。推薦采用具有溫度調節及溫度自動記錄功能的可控硅電源控制柜供電加溫。如受條件限制，可用220V或380V電源，以分部斷續通電方式加溫。加熱器總容量在磁軛側面與下端面的布置分配比宜為4:1，并注意支架免受熱輻射。

根據樂灘、龍灘等多個大型電站轉子的安裝經驗，現場對磁軛的加熱多采用廠家提供的履帶式加熱板進行加熱，每個加熱板的功率為3kW，根據公式計算出磁軛與轉子支架的溫差以及加熱所需要的總容量，在磁軛外表面安裝盒式或履帶式紅外線加熱器。必要時，可在磁軛下端面、通風槽、“T”形(燕尾)槽內安裝盤狀和管狀電爐進行加溫。

對圓盤式或高長徑比型轉子宜采用電熱法或熱風法加溫，輪臂式大容量轉子可采用鐵損法加溫，并分別計算電力功率。

2.3采用熱風法加溫時，應保證熱風的循環通道順暢，磁軛上、下溫升基本均勻，磁軛與轉子支架隔熱良好，且加熱溫升滿足規定要求。

2.4加熱設施布置完成后，用500V搖表檢查，激磁繞組或電熱器系統的對地絕緣電阻應不小于0.5MΩ，并設導線斷面不小于50mm2的接地保護。在磁軛上端面，并沿磁軛內、外表面至地面之間，分別敷設玻璃纖維氈和懸掛石棉布等絕熱阻燃材料。必要時，其外可再覆蓋防火蓬布保溫。

3磁軛熱打鍵工藝

3.1磁軛與轉子支架之間形成溫差方法

3.1.1在具有高長徑比的轉子的支墩或地溝、隧道式通道的轉子組裝場地，可利用其建筑結構的有利條件，在其支墩通道口安裝風機，采取強迫送風的措施對支架進行散熱冷卻。

3.1.2在安裝間進行組裝的磁軛，可以采用風冷或噴淋冷卻裝置對轉子支架進行冷卻的方式。其主供管應具有足夠的通流斷面，并據現場條件選擇壓縮空氣或水作為冷卻介質進行對稱、均勻冷卻。如壓縮空氣系統容量較小，應選擇水冷噴霧方式。

3.1.3當采取水冷噴霧方式，對發電機軸或中心體法蘭、下導軸頸等精密加工部位應采取防水、防銹的措施，并在組裝場地地面構筑擋、排水圍堰。

3.2磁軛加溫過程控制及監護

3.2.1磁軛加溫過程中，應設專業人員分工巡視檢查，每30min檢測記錄一次磁軛加溫電氣參數、磁軛與支架的溫差和脹量。

3.2.2控制磁軛溫升速度，每小時不大于10℃，并根據磁軛溫升及其上、下溫差和脹量情況，利用溫控柜自動或人工手動適時投、切磁軛相關部位的加熱器。

3.2.3轉子支臂處設有噴淋或風機冷卻裝置，視轉子支架與磁軛的膨脹間隙變化及時投退，實現并維持轉子支架與磁軛之間設定的溫差與脹量。

3.3各種結構磁軛熱打鍵方法

3.3.1根據磁軛的直徑大小，在磁軛與支臂間設置4處或8處測量桿，并測量初始數據。磁軛加溫后，通過測量磁軛膨脹所產生的間隙，得到準確的熱脹量。加溫過程中，應在適當位置布置一些溫度計，保證磁軛各處溫度均勻，支臂溫度不超過100°。當磁軛與轉子支架間的溫差、膨脹間隙達到設定要求后，各監測點的間隙超過設定值0.20mm，可及時進行熱加墊(熱打鍵)操作。

3.3.2對于徑向鍵結構，檢查各磁軛主鍵和副鍵下端支撐牢固，按確定的各磁軛鍵的緊量，用小錘對稱打入副鍵至原標定的位置。待磁軛自然冷卻、圓度檢查合格后，割去上、下多余部分，并按設計要求點焊或鎖固定位。

3.3.3對于具有成對徑向、橫向復合鍵結構，按編號在徑向鍵與磁軛之間插入預定厚度的墊片。按設定的圓度或同心度，以及其徑向垂直度的調整量，打入或退出橫向鍵的副鍵，待磁軛自然冷卻后，測量磁軛半徑、圓度或同心度、垂直度應符合設計要求。待機組盤車檢查轉子圓度或同心度合格后，按設計要求切割、點焊橫向鍵。

3.3.4對于徑、切向鍵復合結構，在副鍵上刻記號，拔出“凸”型中心鍵。將加墊墊板安裝于凸鍵的徑向平面側，并從適當部位將其端頭褶彎與凸鍵底部端面點焊后，隨同凸鍵一起插入磁軛鍵槽。安裝兩側副鍵，使其打入的深度達到拔出前的位置，注意緊量一致。磁軛自然冷卻后，拔出副鍵，要求接觸面應達70%以上，在其各工作面涂二硫化鉬潤滑脂后，再用大錘在凸鍵兩側對稱打緊，復查其小頭的楔入深度，應與凸鍵下端平齊，多余部分切除。

3.3.5磁軛熱打鍵結束后，切斷加溫電源，由下至上分步、逐漸揭開保溫設施，轉子緩慢自然冷卻至室溫，冷卻過程中注意使磁軛下端略較上部先行降溫。

3.3.6檢查磁軛半徑、圓度或同心度、垂直度以及下端面水平度，應符合設計及標準要求。對無軸結構的傘式發電機轉子，磁軛熱打鍵后，需檢查轉子中心體上、下止口配合尺寸符合設計要求。

3.3.7按設計要求切割磁軛鍵，鎖定或點焊磁軛鍵及磁軛螺桿。

3.3.8對轉子支架和磁軛各部位，用毛刷、工程用布、面團、壓縮空氣進行徹底清掃，并派專人認真檢查，使轉子支架和磁軛各部位無油污、鐵屑、焊渣、沙塵等異物。合格后，在磁軛內、外側通風槽口和沖片層間縫隙處，用氧化鋅膠布或不干膠帶進行封貼。

4結語

本文介紹了大容量、高轉速水輪發電機磁軛熱打鍵的安裝工藝過程，針對不同結構磁軛鍵分別作了介紹，磁軛熱打鍵過程中需要嚴格遵守工藝流程，保證磁軛組裝質量，避免出現磁軛與輪臂分離現象，保證機組長期安全穩定運行。

對于磁軛結構特殊的機組，將結構研究清楚，可借鑒上述磁軛熱打鍵方法，編制有針對性的工藝方案，確保磁軛組裝安全可靠。

參考文獻

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[2]水輪發電機設計與計算.哈爾濱大電機研究所編著.

[3]王玲花.水輪發電機組安裝與檢修.中國水利水電出版社，2012.

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[5]龐立軍.有限元法在水輪發電機轉子支架熱打鍵過盈量確定過程中的應用.上海大中型電機，2010(1)：21-23.