葛洲壩電站哈電機(jī)組定子改造定位筋掛裝和下齒壓板調(diào)整

易萬爽，張懿雄，宮海鵬，冉 旭

（中國長江電力股份有限公司，湖北省宜昌市 443002）

0 引言

自1981年葛洲壩首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電至今，葛洲壩電站機(jī)組已運(yùn)行30余年。為了更充分利用水資源、提高發(fā)電量，同時(shí)為了確保運(yùn)行多年的設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，決定對葛洲壩機(jī)組分批逐年進(jìn)行機(jī)組的改造增容工作。改造后的機(jī)組結(jié)構(gòu)以及機(jī)組定子機(jī)座部分結(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2所示。在進(jìn)行葛洲壩電站發(fā)電機(jī)改造過程中，發(fā)電機(jī)定子部分改造工作主要是在保留并加強(qiáng)原有定子機(jī)座的基礎(chǔ)上對定子鐵心部分和定子線棒部分進(jìn)行完全更新改造。其中，定子鐵心部分的更新主要包括定子鐵心硅鋼片以及通風(fēng)槽片的更換，定子鐵心定位筋、鐵心拉緊螺桿及其固定夾、定子鐵心上下齒壓板的更新。本文主要介紹、總結(jié)了定子鐵心更新中定位筋的掛裝工藝方法[1，3]和下齒壓板調(diào)整等相關(guān)的關(guān)鍵工序。

圖1 水輪發(fā)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)Figure 1 Overall structure of hydro generator

圖2 發(fā)電機(jī)定子機(jī)座結(jié)構(gòu)Figure 2 Structure of generator stator frame

1 基準(zhǔn)筋掛裝

定位筋作為固定鐵心硅鋼片的重要部件，將鐵心硅鋼片和定子機(jī)座環(huán)板連接起來。葛洲壩電站哈電發(fā)電機(jī)定子機(jī)座環(huán)板有4層，每根定位筋分別通過4塊焊接在各層環(huán)板上的托塊而被固定在定子機(jī)座上。

定位筋掛裝不合格將影響鐵心硅鋼片的疊裝質(zhì)量[2]甚至造成硅鋼片疊裝失敗，從而導(dǎo)致定子改造工作的中斷。因此，在定位筋掛裝過程[4]中，控制指標(biāo)都是在0.01～0.10mm之間，這對定位筋的測量和調(diào)整工作提出了相當(dāng)高的要求。

在基準(zhǔn)筋掛裝前應(yīng)做好以下相應(yīng)的準(zhǔn)備工作：

（1）調(diào)好定子測圓架中心柱的中心與垂直度，測圓架的旋轉(zhuǎn)水平值滿足要求，并將測圓架底座固定牢靠，以防中心柱位置發(fā)生偏移，影響測量和調(diào)整結(jié)果。

（2）定子機(jī)座環(huán)板打磨清掃完畢，定子機(jī)座環(huán)板平面度已符合要求。

（3）已對所有到貨定位筋的直線度、平面度進(jìn)行逐一檢查、校核。

選擇一根直線度、平面度較好的定位筋作為基準(zhǔn)定位筋，并利用托塊C形夾、定位筋C形夾以及托塊頂柱、小鋼楔等工具將其固定在定子機(jī)座上。利用內(nèi)徑千分尺測量基準(zhǔn)筋的半徑直至滿足要求；通過架設(shè)百分表的方法測量基準(zhǔn)筋的扭斜直至滿足安裝要求；通過搭設(shè)鉛垂鋼琴線的方法測量定位筋的徑向和周向垂直度直至滿足安裝要求[5]。基準(zhǔn)定位筋掛裝示意圖如圖3所示。

具體調(diào)整方法總結(jié)如下：

（1）將基準(zhǔn)筋固定在機(jī)座環(huán)板上。

（2）利用內(nèi)徑千分尺，測量定位筋第二環(huán)、第三環(huán)處的絕對半徑。

（3）根據(jù)實(shí)際測得的數(shù)據(jù)，按照半徑的標(biāo)準(zhǔn),在定位筋第二環(huán)、第三環(huán)處利用測圓架監(jiān)測調(diào)整量，用小錘輕輕敲擊第二環(huán)、第三環(huán)定位筋的托塊，將第二環(huán)、第三環(huán)環(huán)的半徑調(diào)到滿足要求的范圍內(nèi)。

（4）用測圓架上架設(shè)的百分表在機(jī)座第二環(huán)、第三環(huán)處測量定位筋的半徑和扭斜值，兩邊的扭斜值不應(yīng)超過規(guī)定范圍。

（5）在定位筋的半徑方向和左右一側(cè)的圓周方向分別掛一根鋼琴線，分別測量第二環(huán)、第三環(huán)定位筋的徑向垂直度和周向垂直度。兩環(huán)處徑向垂直度的偏差應(yīng)該和百分表讀數(shù)或者測量的絕對半徑的偏差一致；根據(jù)周向垂直度來調(diào)整托塊。

（6）測完垂直度之后，通過徑向敲擊托塊來調(diào)整徑向垂直度。在定位筋周向第二、三層環(huán)板上架設(shè)兩塊百分表來檢測周向調(diào)整的量。根據(jù)需要調(diào)整的方向沿圓周（切線）方向敲擊托塊（調(diào)整第三環(huán)托塊時(shí)，旋緊定位筋在第二環(huán)處的托塊與環(huán)板之間的頂柱）觀察兩塊百分表的讀數(shù)，直到定位筋的周向垂直度滿足要求[7]。

（7）調(diào)好周向垂直度之后，繼續(xù)復(fù)測徑向垂直度、絕對半徑以及扭斜值，直到所有的這些都滿足要求為止，并對托塊進(jìn)行初次點(diǎn)焊固定。

圖3 基準(zhǔn)定位筋及其掛裝示意圖Figure 3 Schematic diagram of datum keybars mounting

2 大等分筋的掛裝調(diào)整

在基準(zhǔn)筋調(diào)整合格驗(yàn)收之后，將定子在圓周方向均勻等分，并將大等分定位筋掛裝在定子機(jī)座環(huán)板上。利用定子測圓架將大等分定位筋的半徑和扭斜值調(diào)整至合格區(qū)間內(nèi)。從已調(diào)整好的基準(zhǔn)筋開始，分別向兩邊依次測量第二環(huán)和第三環(huán)大等分定位筋之間的弦距值，計(jì)算得到第二環(huán)和第三環(huán)弦距的平均值。

重復(fù)從基準(zhǔn)定位筋開始向兩邊逐個(gè)測量，并調(diào)整大等分定位筋之間弦距到平均弦距附近，調(diào)整弦距時(shí)每根大等分筋要兼顧定子測圓架架百分表測得的半徑和扭斜都符合要求。其中，弦距的調(diào)整通過周向錘擊定位筋托塊來實(shí)現(xiàn)，半徑扭斜的調(diào)整通過徑向敲擊托塊來實(shí)現(xiàn)。調(diào)整時(shí)，定子機(jī)座環(huán)板的第二、三環(huán)處的托塊頂柱要頂緊，以防止調(diào)整時(shí)定位筋偏離調(diào)整方向。

在從基準(zhǔn)定位筋分別向兩側(cè)調(diào)整到相遇的最后一根大等分定位筋時(shí)，通過最后一根大等分筋的調(diào)整，要實(shí)現(xiàn)該根筋左右兩側(cè)的兩個(gè)弦距相等且弦距數(shù)值等于之前所有大等分筋之間的弦距值。否則需要重新從基準(zhǔn)筋開始，逐個(gè)大等分筋調(diào)整弦距，直至調(diào)到最后一根大等分筋時(shí)左右兩側(cè)的弦距相等，且與其他大等分之間弦距相等。

依次重復(fù)以上工作，直至所有大等分定位筋的半徑、扭斜和弦距同時(shí)滿足掛裝規(guī)范要求為止。各項(xiàng)數(shù)據(jù)調(diào)整合格后進(jìn)行點(diǎn)焊，冷卻后重復(fù)測量確認(rèn)數(shù)據(jù)仍在要求范圍內(nèi)。托塊點(diǎn)焊順序以及點(diǎn)焊方位會(huì)對定位筋的扭斜和弦距產(chǎn)生一定影響，因此可以通過焊工點(diǎn)焊工藝來適當(dāng)調(diào)整那些定位筋數(shù)據(jù)靠近臨界要求的大等分筋。

大等分定位筋掛裝示意圖如圖4所示。

圖4 大等分定位筋及其掛裝示意圖Figure 4 Schematic diagram of greater equivalent keybars mounting

3 小等分筋的掛裝調(diào)整

在大等分定位筋調(diào)整合格驗(yàn)收之后，開始掛裝定子機(jī)座上的所有定位筋。

反復(fù)測量定位筋在定子機(jī)座4層環(huán)板位置處的半徑和扭斜，對每根定位筋的半徑、扭斜及相鄰弦距進(jìn)行測量調(diào)整，調(diào)整方法和大等分筋一致。小等分定位筋的弦距還可以利用弦距樣板卡住相鄰的兩根定位筋來判斷弦距是否合格。用標(biāo)準(zhǔn)弦距樣板檢查相鄰定位筋時(shí)，弦距樣板剛好通過，且樣板水平放置時(shí)候，面對定位筋前后拉動(dòng)弦距樣板，樣板和定位筋之間的間隙非常小，樣板晃動(dòng)量很小即可視為弦距已滿足要求。在弦距滿足要求時(shí)，當(dāng)弦距樣板一端固定而上下拉動(dòng)樣板另一端時(shí)，樣板活動(dòng)區(qū)域限位區(qū)間小。

每一道焊接完成之后都要測量每根筋在每一環(huán)的半徑和扭斜值，判斷是否超標(biāo)。對于超標(biāo)的定位筋，通過筋背后的小鋼楔調(diào)整，鋼楔無法調(diào)整的，就必須把焊縫磨掉，重新調(diào)整焊接。

小等分定位筋掛裝示意圖如圖5所示。

圖5 小等分定位筋掛裝示意圖Figure 5 Schematic diagram of lesser equivalent keybars mounting

4 下齒壓板安裝調(diào)整方法

發(fā)電機(jī)定子下齒壓板的結(jié)構(gòu)相對較簡單，主要由壓板本體和焊接在其上的6個(gè)壓指組成。6個(gè)壓指的內(nèi)圓側(cè)在同一直徑上，左右兩邊的4根壓指的外圓側(cè)直徑大于中間兩根壓指外圓側(cè)直徑。這是因?yàn)椋虚g兩根壓指的外側(cè)正是定位筋的安裝位置。在壓板本體上從內(nèi)側(cè)向外側(cè)方向分別有兩個(gè)拉緊螺桿穿心孔、兩個(gè)掛裝螺栓孔和兩個(gè)調(diào)整頂絲孔[8]。

掛裝下齒壓板之前，應(yīng)先檢查齒壓板壓指之間中心偏差滿足要求、齒壓板所有壓指保持在一個(gè)平面上。利用刀口尺對每塊齒壓板的壓指進(jìn)行水平度的檢查，要求同一半徑內(nèi)相鄰壓指高差不超過0.5mm，否則應(yīng)對壓指進(jìn)行打磨調(diào)整。

掛裝定子鐵心下齒壓板之前，機(jī)坑內(nèi)定子舊鐵心硅鋼片已拆除、定子機(jī)座環(huán)板已打磨平整，并且定子定位筋已開始掛裝。

依據(jù)新定子鐵心中心高程，計(jì)算出下齒壓板安裝高程，用掛裝螺栓將下齒壓板掛在定子機(jī)座下環(huán)板上。用頂絲和調(diào)整螺栓調(diào)整下齒壓板，單塊下齒壓板的平面度以及兩相鄰下齒壓板高度差均滿足要求。各齒壓板壓指同斷面內(nèi)圓比外圓高，即齒壓板的壓指須有一定的上翹量。下齒壓板整圓波浪度不超過規(guī)范要求，下齒壓板頂絲必須完全頂實(shí)在機(jī)座環(huán)板上。

定子鐵心下齒壓板的具體調(diào)整方法如下：

（1）首先將基準(zhǔn)筋對應(yīng)的下齒壓板利用水準(zhǔn)儀測量左右兩端內(nèi)圓壓指高程，兩端外圓壓指高程，并做好記錄。

（2）根據(jù)4個(gè)測量點(diǎn)，計(jì)算齒壓板的上抬量，判斷壓指高程和上翹量偏離標(biāo)準(zhǔn)要求的大小，并利用齒壓板頂絲和掛裝螺栓進(jìn)行聯(lián)合調(diào)整，使得齒壓板的平面度、壓指高程和上翹量同時(shí)滿足要求。

（3）在定子測圓架上依據(jù)齒壓板壓指的4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)架設(shè)4塊百分表（如圖8所示）。將4塊百分表在基準(zhǔn)筋下方已調(diào)好的齒壓板4個(gè)壓指監(jiān)測點(diǎn)上分別調(diào)零（壓指上的監(jiān)測點(diǎn)分布如圖9所示）。

圖6 下齒壓板裝配圖Figure 6 Assembly diagram of lower finger plate

圖7 下齒壓板結(jié)構(gòu)Figure 7 Structure of lower finger plate

圖8 壓指監(jiān)測點(diǎn)架設(shè)百分表Figure 8 Dial indicator for monitoring points

（4）沿著一個(gè)方向（如順時(shí)針方向）轉(zhuǎn)動(dòng)測圓架，將4塊百分表指針分別指到下一塊齒壓板相同位置的4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)上。讀取百分表的度數(shù)，根據(jù)度數(shù)判斷該塊齒壓板相對于基準(zhǔn)齒壓板的高程和上翹量偏差。根據(jù)偏差，將頂絲和掛裝螺栓進(jìn)行聯(lián)合調(diào)整，將這塊齒壓板調(diào)整合格。

（5）重復(fù)以上第（4）步的方法，將剩下所有下齒壓板的平面度、高程以及壓指上翹量均調(diào)整合格。

（6）用定子鐵心沖片檢查下齒壓板的壓指，壓指與齒壓片中心偏差需滿足要求。

（7）檢查壓指到定子測圓架中心柱的半徑尺寸，滿足圖紙要求。

5 下齒壓板調(diào)整分析

下齒壓板實(shí)際在調(diào)整過程中比較復(fù)雜，調(diào)整過程中調(diào)整結(jié)果難以預(yù)知。由圖10可以看到，僅通過調(diào)整掛裝螺栓或者僅通過調(diào)整頂絲均可以達(dá)到同時(shí)調(diào)整齒壓板壓指內(nèi)圓和外圓高程和壓指上翹量的目的。

為了方便分析齒壓板的調(diào)整規(guī)律，將齒壓板結(jié)構(gòu)予以簡化，將三維齒壓板結(jié)構(gòu)簡化成二維桿式結(jié)構(gòu)。如圖11所示，圖中A點(diǎn)和M點(diǎn)分別是頂絲和掛裝螺栓與下齒壓板的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，B點(diǎn)和D點(diǎn)分別是齒壓板壓指在定子中心的外圓和內(nèi)圓處的監(jiān)測點(diǎn)。這里將上述的監(jiān)測點(diǎn)1和監(jiān)測點(diǎn)3合并簡化為B點(diǎn)，將監(jiān)測點(diǎn)2和監(jiān)測點(diǎn)4合并簡化為D點(diǎn)。通過分析可知，僅通過調(diào)整掛裝螺栓調(diào)整時(shí)可以近似認(rèn)為齒壓板以頂絲和齒壓板的聯(lián)結(jié)點(diǎn)A為支點(diǎn)進(jìn)行上抬或下落；類似地，僅通過調(diào)整頂絲時(shí)可以近似認(rèn)為齒壓板以掛裝螺栓和齒壓板的聯(lián)結(jié)點(diǎn)M為支點(diǎn)進(jìn)行上抬或下落。

圖9 壓指監(jiān)測點(diǎn)分布示意Figure 9 Distribution of press finger monitoring points

圖中黑色粗實(shí)線表示齒壓板在調(diào)整前的狀態(tài)，紅色實(shí)線表示僅調(diào)整掛裝螺栓時(shí)齒壓板的狀態(tài)，藍(lán)色實(shí)線表示僅通過頂絲調(diào)整后齒壓板的狀態(tài)。假設(shè)分別利用齒壓板調(diào)整頂絲或掛裝螺栓做等量的小幅度調(diào)整,即AN=HM。

當(dāng)僅用頂絲調(diào)整時(shí)，調(diào)整前后分別如圖中黑色和藍(lán)色實(shí)線所示。由相似三角形可知：

GD/FB=MD/MB=1+BD/MB

式中，BD為齒壓板壓指部分的徑向長度，MB為壓指外圓點(diǎn)至螺栓孔之間的徑向距離。

當(dāng)僅用螺栓調(diào)整時(shí)，調(diào)整前后分別如圖中黑色和紅色實(shí)線所示。此時(shí)有：

ED/CB=AD/AB=1+BD/AB

式中，AB為壓指外圓點(diǎn)至頂絲孔之間的徑向距離。

顯然MB＜AB，所以BD/MB＞BD/AB，也就是GD/FB＞ED/CB，因此有：

(GD-FB)/FB＞(ED-CB)/CB

式中，GD-FB為僅調(diào)整頂絲引起的壓指上翹量，ED-CB為僅調(diào)整掛裝螺栓引起的壓指上翹量。設(shè)調(diào)整后齒壓板與水平傾角為α，由于BD·tanα=(GD-FB)=(EDCB)，因此上翹量相等，故FB＜CB，且GD＜ED。

圖10 下齒壓板頂絲調(diào)與掛裝螺栓調(diào)整示意圖(a)調(diào)整前；(b)僅用螺栓調(diào)整后；(c)僅用頂絲調(diào)整后；Figure 10 Schematic diagram of adjusting the jackscrew of lower finger plate and the bolt

圖11 下齒壓板調(diào)整分析示意圖Figure 11 Schematic diagram of adjustment analysis of lower finger plate

由此可知：不論是利用頂絲或者掛裝螺栓調(diào)整下齒壓板，均可以使齒壓板內(nèi)外圓壓指的高程發(fā)生改變（如調(diào)整頂絲時(shí)，壓指外圓測點(diǎn)從B點(diǎn)移動(dòng)到F點(diǎn)）。并且從圖中可以看到，通過兩種方法調(diào)整的結(jié)果都是壓指內(nèi)圓高程變化量大于壓指外圓側(cè)的高程變化，也即兩種調(diào)整方法都可以調(diào)整齒壓板壓指的上翹量。

再由以上分析得到，GD/FB＞ED/CB，也就是說，當(dāng)頂絲或者掛裝螺栓分別做等量調(diào)整時(shí)，引起的齒壓板的壓指上翹量是相同的，但是引起的齒壓板壓指內(nèi)外圓點(diǎn)的高程變化是不一致的。其中，用調(diào)整螺栓的方式引起的齒壓板壓指整體的高程變化大于用調(diào)頂絲的方式。

因此，通過以上分析，可以較快分析出在實(shí)際下齒壓板的調(diào)整過程中的調(diào)整方法。比如，通過測量發(fā)現(xiàn)某塊下齒壓板的整體高程偏低，但是壓指上翹量過大，由此可以分析出齒壓板的調(diào)整方法為：擰緊掛裝螺栓將齒壓板整體高程上移，但同時(shí)需要較大幅度地松開齒壓板的頂絲。得出這樣的調(diào)整思路是由于螺栓和頂絲均可以改變高程和上翹量，而調(diào)整目的應(yīng)該是提升高程且下調(diào)上翹量，因此掛裝螺栓與頂絲的調(diào)整方向應(yīng)該相反，即一個(gè)拉緊另一個(gè)得放松。又由于調(diào)整螺栓對高程變化更大，因此螺桿的調(diào)整方向應(yīng)該和調(diào)整目的一致。如果采取松螺桿且頂緊頂絲的調(diào)整方式，那么為了使齒壓板整體高程上調(diào)，則頂絲頂緊的程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于螺栓旋松的程度，但是這樣會(huì)導(dǎo)致齒壓板壓指的上翹量變得更大，顯然這種調(diào)整方式是不正確的。因此得到正確的頂絲和螺栓的聯(lián)合調(diào)整方式。

6 結(jié)論和建議

（1）基準(zhǔn)筋作為其他所有定位筋的調(diào)整基準(zhǔn)，其自身的調(diào)整顯得至關(guān)重要。其自身的半徑、扭斜和垂直度均是通過內(nèi)徑千分尺直接測量來輔助調(diào)整的。由于半徑、扭斜和垂直度相互影響、同步發(fā)生變化，因此基準(zhǔn)筋在調(diào)整過程中需要反復(fù)調(diào)整和測量。

（2）大等分定位筋的調(diào)整是以基準(zhǔn)筋為參照基準(zhǔn)的，其半徑和扭斜是利用定子測圓架上架設(shè)百分表的方法，從同高度的基準(zhǔn)筋將百分表調(diào)零后來進(jìn)行調(diào)整的。而大等分的垂直度則是從基準(zhǔn)筋開始逐筋測量，并調(diào)整不同高度位置的弦距值來控制的，由于基準(zhǔn)筋的垂直度已合格，當(dāng)大等分筋之間的弦距相等時(shí)，則被調(diào)定位筋的垂直度自然就滿足要求了。

（3）小等分筋的半徑和扭斜則是以左右兩端的大等分定位筋為參照基準(zhǔn)，通過定子測圓架上架設(shè)百分表的方法，從同高度的大等分筋將百分表調(diào)零后來進(jìn)行調(diào)整。而小等分的垂直度則是從兩端大等分筋開始逐筋測量，并調(diào)整不同高度位置的弦距值來控制，當(dāng)小等分筋之間的弦距相等時(shí)，則垂直度即為合格。

（4）下齒壓板的調(diào)整需要通過聯(lián)合調(diào)整齒壓板頂絲和掛裝螺栓才能實(shí)現(xiàn)。調(diào)整頂絲和掛裝螺栓均能影響齒壓板高程和壓指上翹量。使用螺栓主調(diào)齒壓板整體高程、頂絲主調(diào)壓指上翹量的方式，可以較快地完成對齒壓板平面度、高程及壓指上翹量的調(diào)整。