80 MW電動機制造工藝

黃秀波

(哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

80 MW同步電動機是我國重點項目工程用電機，目前是世界上單機容量最大的同步電動機。我公司在沒有任何參考圖樣的情況下，自主研發了此類電機。該電機的研制成功，對整個電機制造行業的發展意義重大，它填補了國內在此類電機生產領域中的空白。產品制造完成后，由有關人員及專家共同檢驗、鑒定，其技術性能和質量均能達到用戶的要求。

電機在制造工藝上有著諸多特點，有些更是我公司首次采用。在充分吸收和消化設計圖樣情況下，借鑒了水輪發電機的制造工藝，編寫了詳盡的工藝文件，在制造過程中不斷改進，從單個部件的加工，到最終產品的裝配、試驗，均按相關的質量標準進行，是此項目成功的關鍵因素。

1 產品結構概述

1.1 產品主要技術數據

型號：TBP80000-12

額定功率：80 MW 額定電壓：11 000 V

(同相位的雙繞組)

額定電流：2×2 123.2 A 額定頻率：50 Hz

額定轉速：500～860 r/min 功率因數：1.0

相數：3 極數：12

防護等級：IP54 絕緣等級：F

結構型式：IM7315 工作制：S10

冷卻方式：IC8A6W7 工作頻率：10-50-86 Hz

1.2 產品結構

(1) 電動機由定子、轉子、帶高壓泵的兩個軸承、外罩、冷卻器等部件組成。

(2) 電動機軸有兩個軸伸端，一端為傳動端，通過軸端法蘭與用戶壓縮機相連。另一端為非傳動端，即測速端，與盤車裝置相連。

(3) 電動機的定、轉子繞組均采用F級絕緣，經VPI處理。

(4) 電動機定子鐵心是在已加工好的機座內進行疊片，通過拉緊螺桿把緊形成整體機座。

(5) 電動機轉子采用凸極型式，即在軸上熱套經粗加工后的磁軛。在磁軛部分加工出鍵槽，再將磁極用定位鍵固定在軸上。

2 電動機制造工藝

2.1 轉子磁軛的套裝

轉子的磁軛部分是由內孔直徑大小不同的十一塊磁軛板組成，通過加熱套裝在軸上。

傳統工藝方法是將每一塊磁軛板分別加熱，調整水平后將軸套入磁軛板上。每套裝一塊磁軛板都要等到冷卻至室溫后再套裝下一塊磁軛板，套裝磁軛板工期較長。此次采用將軸豎立起來，調整垂直后，用壓板固定在地坑平臺上，同時加熱4～5塊磁軛板，利用定位銷和專用工裝限定每一塊磁軛的位置，然后進行冷卻并借助磁軛板自重及外力來消除板間的間隙，總體分兩次即可完成磁軛的套裝，從而有效縮短了工藝時間。

2.2 轉子磁軛加工

磁軛材料選用低合金高強度鋼。磁軛加熱后套裝在轉軸上，磁軛的加工難點在于T型鍵槽的加工。磁軛上的鍵槽由12組組成，而每組又由三個鍵槽組成。這樣整個磁軛的鍵槽就由72個鍵槽組成，鍵槽越多其加工難點越大，要求每個鍵槽的分度就得更準確。因此采取在軸的法蘭端，安裝分度連接盤的工藝方法，見圖1。在坐標鏜床的工作平臺上用兩個支撐架將轉軸擺放好，使轉軸水平，調整平行度≤0.02 mm。在軸的本體端面上劃出線槽，調整軸頸處支撐架，再調整轉軸與分度盤的同心度≤0.02 mm。

圖1 軸與分度連接盤的把合示意圖

找到轉軸中心坐標和銑刀位置坐標，調整后使之重合，進行銑方和銑槽。每個鍵槽分兩次粗銑，槽深留余量滿足精銑要求，每銑完一個槽，軸旋轉180°銑對稱的另一個槽，這樣既保證了槽加工精度又保證了其位置精度，見圖2。

圖2 磁軛槽加工示意圖

2.3 轉子磁極釬焊

轉子磁極阻尼環與阻尼條在設計上選用了插接釬焊的連接方式，在實際生產過程中采用了中頻感應釬焊方法。具體的操作要點如下：

(1) 阻尼環與阻尼棒的焊前清理，均使用砂紙或工業百潔布擦出銅亮色，再用酒精或丙酮溶液將部件擦拭干凈，去除一切影響釬焊質量的油、污、銹等雜質。

(2) 感應線圈的形狀應按照阻尼環的厚度及弧度制作，形狀不合適可能會導致磁極鐵心在釬焊過程中發生過燒或熔化。

(3) 釬焊材料的選擇，根據機組對導電特性的要求及磁極阻尼環與阻尼棒組裝的結構特點，選用合適規格的BCu80PAg釬焊焊絲。

(4) 使用額定功率不小于70 kW的中頻感應釬焊機組進行焊接，而且感應線圈銅管的尺寸也應按照設備的冷卻水設置特性加以考慮。

(5) 釬焊溫度的控制按照釬料的特點控制在要求的范圍區間，在實際操作過程中，應使用點觸式測溫儀或紅外式測溫儀監控。

(6) 操作者需按溫度區間及接頭熔化程度選擇填料時機，在填料時應均勻、持續，保證釬縫的自然虹吸特性以確保質量。

(7) 最終釬焊完成后應仔細檢查釬焊接頭，阻尼環與阻尼棒釬焊接頭表面不應存在釬料金屬未熔化，釬料金屬小球，釬焊接頭黏接不良或母材燒損跡象，所有接頭在母材或釬焊接頭區域不得有裂紋。

2.4 定子鐵心裝壓

定子鐵心疊裝方式為內壓裝，即在定子機座內圓上以定位筋為基準，兩端裝有扇形齒壓板，通過扇形齒壓板穿過的拉緊螺桿在油壓機上將鐵心壓緊。鐵心疊裝采用專用的裝夾工具及焊接夾具，借助壓板將鐵心壓緊，使疊片后的鐵心符合設計要求。工藝過程：準備裝壓中所需的設備，工具和材料，并檢查它們的完好程度，全面清理機座使其內無毛刺、鐵屑和其他異物，而后測量內機座的內徑，并按工藝規程把鐵心定位筋掛好并保證定位筋的弦距等分。將機座吊放在方箱上，傳動端朝下，調整機座水平及垂直在0.2 mm/m之內，開始疊第一段鐵心，疊裝采用1/2疊裝。第一段鐵心疊完后在鐵心槽內插入槽樣棒，每張扇形片應放入兩根槽樣棒。對鐵心進行整形，使鐵心內徑、槽形、段的長度均符合圖紙要求。第一段鐵心合格后再繼續疊下一段的鐵心，疊到600 mm左右時需進行一次預壓。加壓時壓力要逐漸升高到規定值，并保壓到規定的時間，然后降低壓力到規定值，再次升壓，從而實現反復加壓的過程。疊完鐵心并裝上定子壓板后在壓緊狀態下打入弧形鍵，并按要求焊接牢固。最后，將端箍及銅環支架焊接在壓板上。

2.5 定子嵌線及真空壓力浸漆

2.5.1 定子線圈絕緣材料的選擇

電機定子繞組由條式線棒組成，條式線棒由多股并聯的絕緣股線組成，有玻璃纖維單面補強少膠云母帶、聚酯薄膜單面補強少膠云母帶和全固化整浸防暈帶。

2.5.2 定子線圈主絕緣結構

經過多次絕緣結構設計的改進，確定少膠VPI絕緣系統定子線圈絕緣結構如下：槽部繞組線采用薄型滌綸玻璃絲包燒結漆包銅扁線，換位加換位絕緣及填充墊條；線圈雙面主絕緣厚度比同類同電壓等級的模壓結構線棒主絕緣厚度減薄1.3 mm；防暈層采用HEC5442-1A云母帶與HEC5442-1B云母帶交替半疊繞，再1/3繞一層防暈帶。

2.5.3 定子嵌線工藝

定子嵌線在嵌線封閉間進行，定子線圈為條式模壓的F級線圈，按接線方式連成繞組。采取了試嵌線圈的工藝，通過試嵌線圈確定其綁環位置、槽內墊條應增減的數量及線圈在槽內側面的松緊程度。嵌線時為保證端部的整齊，制作了樣板，以傳動端為基準進行控制，每個槽線圈側面需要墊的半導體墊條厚度和長度都做了記錄。控制了端部斜邊墊塊位置和斜邊的間距。極間連接的銅環預先進行了平直、彎形，預裝標記出焊接部分，其余部分包上絕緣，裝到繞組上后，焊頭包扎。絕緣包扎比較細，整個絕緣包扎質量良好，嵌線后繞組電氣性能一次試驗合格。

2.5.4 VPI真空浸漆

定子嵌線后須在Φ5 m浸漆罐中采用ET884-1環氧無溶劑浸漬樹脂進行真空壓力浸漆。由于定子較高且漆面不夠，因此無法一次全部整浸，只能采用先浸一半，經過空中翻身后再浸另一半，最后整體烘干的方式。為此制作了專用浸漆工具。

2.6 定子的空中翻身

定子裝配后總重達100 t，尤其定子線圈高出定子的兩端端板達800 mm，這就給定子在浸漆和制造中的翻身帶來很大的困難。為了在整個翻身過程中不損壞線圈端部，利用機座上的底腳板把合孔固定翻身工具，特制了翻身工具及吊梁，達到了空中實現翻身的目的，如圖3所示。

圖3 定子空中翻身

3 電機總裝試驗

80 MW電機也是目前國內總噸位最大的電動機，總噸位接近300 t，其中轉子噸位約110 t，定子噸位約100 t。電機噸位超出了廠內的單臺吊車吊裝能力，通過對廠內各方面能力進行了評估，最終定下該電機總裝方案：定子用工藝墊板墊高，吊車吊平轉子后插入定子，通過調整定子下面的墊板數量和吊車的高度來實現將電機中心高降下來。為此設計制造了工藝墊板、軸承座安裝小車、工藝支撐架等一系列的工藝工裝來保證電機總裝的順利進行，并對最終的工藝方案進行了評審。順利實現了廠內總裝并完成全部廠內試驗。

4 結語

電機廠完成總裝配后，試驗一次啟動成功，并順利的通過了各種機械、電氣性能試驗。電機試驗完成后發往使用單位與壓縮機進行了對拖試驗，完成了設計各項指標的最終考核。電機制造過程中攻克了磁極阻尼環與阻尼條的焊接質量、定子線圈絕緣系統問題，解決了定子空中翻身和浸漆問題以及在吊車能力不足的情況下電機總裝等工藝難題。此電動機項目的研發成功，標志著我國在此領域完全實現了國產化。