斜卡水電站轉子磁軛斜鍵安裝工藝

錢烽祥，鄭遠超

（四川久隆水電開發有限公司，四川 成都 610094）

斜卡水電站工程位于四川省九龍縣境內，總裝機3×45 MW，水輪發電機額定轉速為375 r/min，飛逸轉速為703 r/min，慣性力矩為900 t·m2。水輪發電機的轉子磁軛為迭片式結構，用2.5 mm厚鋼板沖制成磁軛扇形沖片。疊片時各層間相錯一個極距，每極用一個銷子定位，整圓用螺桿拉緊，兩端由分塊式磁軛壓板夾緊，疊片磁軛和轉子支架用斜鍵打緊。

機組運行時轉子磁軛將受到巨大的離心力的作用，巨大的離心力會使磁軛發生顯著的徑向變形，使磁軛與支臂發生徑向分離間隙，轉速愈高，分離間隙愈大[1]。這不僅會使水電站機組產生過大的擺度與振動，甚至還會使支臂掛鉤因受沖擊而斷裂，甚至造成嚴重的運行事故。因此，斜卡電站磁軛鍵的安裝應分兩次進行，分別為冷打鍵和熱打鍵。冷打鍵即為在冷狀態下打鍵，熱打鍵即為在熱狀態下打鍵。

1 磁軛斜鍵安裝

1.1 冷打磁軛斜鍵

冷打鍵主要功能為調整磁軛圓度，減少磨圓工作量。通過冷打鍵還能消除磁軛螺孔與螺桿之間的配合間隙，使熱打鍵時能獲得準確的單側緊量。

冷打鍵的工序過程如下：

先用測圓架及千分表測得磁軛外圓的圓度。精研磁軛斜鍵，使鍵的工作面之間能夠良好接觸。用布拉凈鍵槽，裝入抹上凡士林的磁軛斜鍵，長鍵（打鍵）在內，大頭在上；短鍵在外，大頭在下；用大錘逐步將磁軛斜鍵打緊。根據磁軛圓度記錄，先打入半徑方向偏小的磁軛鍵，借以調整磁軛圓度和偏心度。然后均勻、對稱地用12磅大錘把磁軛斜鍵及斜楔打緊，直到10磅大錘連續三次，鍵只下去0.08 mm～0.25 mm為合格。打緊過程中應測量轉子圓度變化進行隨時調整，使得磁軛圓度各半徑與設計半徑之差小于等于設計氣隙值的±3.5 %（±0.84 mm），磁軛各邊對稱度小于等于0.3。在各配對鍵的側面畫一橫線，作為下一步熱打鍵的起始線。

1.2 熱打磁軛斜鍵

1.2.1 計算電加熱總容量

電加熱總容量計算公式為：

式中P為電加熱總容量，kW；K0為保溫系數一般取2～4，本文K0值取為3； Δt為計算溫差，取60℃；G為磁軛總重量，kg；C為磁軛材料的比熱，鋼C=0.50(kJ/kg·℃)；T為預計所需加熱時間，s。

取預計所需加熱時間T為5 h，則加熱容量為：

1.2.2 計算打入熱打鍵打入深度值

計算磁軛重心半徑，公式如下：

式中R1為內切圓半徑（磁軛內圓），取1 251 mm；R2為外切圓半徑（磁軛外圓），取1 671 mm；

得磁軛重心半徑為：Re=1 471.06 mm

計算單側緊量，公式為：

式中α為磁軛材料的平均線膨脹系數，取值為11×10-6/℃。

當磁軛比立筋支架溫度為60 ℃時：

單側緊量為：δ=△ΤαRe=60 ℃×1 471.06 mmmm；

打入深度為：L=δ×n=0.97×200=194 mm；n為斜鍵的比例系數，取值為1∶200；

在此基礎上，驗證打鍵深度的合理性，即正常運行時機組轉子產生的離心力、飛逸轉速時機組產生的離心力與熱打鍵打入后產生的預緊力相比較。該機組轉子中心體共八根支柱，打八根熱打鍵，每根熱打鍵所打出的單側緊量為δ。

式中E為彈性模量，取值2×106N/m2；A為磁軛橫截面積，A=磁軛總高度（1 750 mm)×｛磁軛外徑（1 671 mm）—磁軛的內徑（1251mm）｝=7 350 cm2；L為磁軛周長，該轉子磁軛周長為125.1 cm。則磁軛比立筋支架溫度高60 ℃時，δ=0.97×8=7.76 mm：F預緊力=9.12×107N；

根據離心力公式：

式中m取87 000 kg，正常運行時nn=375 r/min，飛逸轉速時為nR=703 r/min；R取平均值半徑1.018 m。

在未計算冷打鍵的預緊力時，在磁軛比立筋支架溫度高60 ℃時的預緊力已大于飛逸轉速產生的離心力，且反算得到的安全系數為1.9，滿足安全系數ns=1.5～2.0之間的要求，此時表示工作狀態安全。因此要求磁軛比立筋支架溫度高60 ℃且熱打鍵的打入深度為194 mm。算出打入深度后，再在長線上畫熱打鍵的終止線。

1.2.3 打熱打鍵

打熱打鍵前，需先利用電熱法對轉子磁軛加熱，根據已計算好的加熱總容量、單個加熱棒及加熱板的發熱功率，選擇合適數量的加熱器布置在磁軛下面和磁極掛裝面，轉子支架和磁軛用導電良好的導線接地；在磁軛外面和頂部及底部用石棉布嚴密覆蓋，再用石棉布將整個磁軛圍住，達到保溫的效果。

在完成檢查加熱準備工作后，通電加熱。磁軛加熱升溫均勻，升溫速度不大于10 ℃/h，同時要求相同時間內，磁軛的溫度增加高于轉子支架的溫度增加，加熱時間控制在12 h以內，用紅外點溫槍嚴格監控各部溫度。待磁軛與轉子支架溫差達60 ℃時，斷開加熱電源，用大錘快速、均勻、對稱地打入長磁軛斜鍵至標記位置，打鍵過程中應隨時測量、檢查磁軛圓度、同心度，并做好相應記錄。

1.2.4 完成磁軛裝配

拆除保溫及加熱元件，讓磁軛自然緩慢均勻地冷卻到室溫。復查磁軛同心度及圓度，磁軛上、中、下各測一點，做好記錄。合格后，將磁軛鍵留有能拔鍵的余量長度后，即把其他多余長度割除，然后磨平割口面，再兩鍵搭焊，并點焊在磁軛和立筋上。掛裝磁極平面用長度＞1 000 mm平尺檢查平直，磨去高點。再裝配壓板、調整墊片，把緊各緊固件并點焊。用磁軛T尾槽拉刀拉削磁軛沖片掛裝磁極T尾槽。至此磁軛裝配完成。

2 結語

斜卡水電站按照上述安裝工藝和要求，可使轉子磁軛安裝的同心度和圓度達標，不僅能夠減小機組運行時轉動部件的不平衡力矩和發電機氣隙的不均勻程度，也減小了機組振擺，為機組長期安全、穩定、高效地運行奠定了良好的基礎。