大型蓄能電站電動發電機整體超厚鍛鋼磁軛新工藝應用

阿得榮

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 概述

黑龍江荒溝抽水蓄能電站，位于黑龍江省牡丹江市海林市三道河子鎮，工程以發電為主，總裝機容量為1 200 MW，單機容量為300 MW。發電電動機由哈爾濱電機廠生產，其結構為立軸、半傘式、密閉自循環空氣冷卻、三相可逆式凸極同步發電電動機。轉子磁軛作為電動發電機的一個極其重要的部件，磁軛結構的穩定性直接影響機組的長期安全、可靠運行。磁軛從結構和功能來說，一是起固定作用的結構部件，二是通風冷卻循環的主要風源，三是磁路的重要組成部分。據不完全統計目前蓄能機組磁軛采用的工藝主要是疊片磁軛、整圓厚鋼板磁軛和整體實心磁軛，而荒溝抽水蓄能電站電動發電機磁軛采用的是整體超厚度鍛鋼形式（結構見圖1、2所示），這也屬于首次應用。整體超厚度鍛鋼磁軛共9段，上、下段磁軛高度為 335 mm，其余段高度均為 290 mm，各段之間設有通風溝，高度為 65 mm，多段磁軛通過拉緊螺桿固定，并采用通風溝加工定位止口等方式，磁軛整體安裝后總重量為160 t。

圖1 磁軛三維模型

2 主要工序

磁軛安裝的主要工序包括磁軛清洗、轉子支架調整、磁軛吊裝（疊裝）、磁軛壓緊、磁軛熱加墊，除磁軛清洗和吊裝外其余工序與常規安裝工序區別不大，下面重點介紹兩種不同結構磁軛的清洗和荒溝整體超厚度鍛鋼磁軛吊裝采取的新方法。

圖2 安裝后的磁軛

2.1 磁軛清洗

按照GB/ 8564-2003《水輪發電機組安裝技術規范》9.4.6要求，疊片式磁軛沖片在清洗時需要按每級0.2 kg重量差進行分等，且每組要抽出3～5張測量各部位厚度。假設荒溝磁軛采用疊片式結構，一般情況下每張片厚3 mm，重量25 kg，那么從荒溝整體超厚度鍛鋼磁軛的總重量（156 t）和總高度（2.7 m）可以估算出需要的沖片數量約為6 300張，再按照一組4人每天清洗400張計算，清洗累計需要15 d。而整體超厚度鍛鋼磁軛只是清洗一下就可以，一組4人每天能清洗3段，清洗累計需要3 d。相比之下光清洗這一項工序整體超厚鍛鋼磁軛比疊片式工期就能節省12 d。

2.2 磁軛吊裝

2.2.1 確定吊裝工具

根據廠房橋機主鉤至地面高度為10.85 m，轉子支架最高點至地面4.18 m，第一段磁軛高度為0.335 m,吊鋼絲支撐架高度1 m，轉子支架掛鉤距離地面約為835 mm。第一段和第九段磁軛重18.7 t。其余磁軛中重17 t。根據以上數據計算，受空間限制故采用現場制作的“X”形磁軛專用吊梁結合廠家提供的磁軛段吊裝工具、鋼絲繩、10 t手拉葫蘆（4個）吊裝磁軛，吊裝見圖3。

圖3 磁軛吊裝

2.2.2“X”形磁軛專用吊梁受力計算

根據圖4受力分析如下：

圖4 X形專用吊梁受力示意

（1）F4為吊梁工具吊耳處Z向受力，F4=200 kN（起吊重量）÷4（4根鋼絲繩吊裝）=50 kN。

主梁材料選取Q235-16號工字鋼，截面面積為26.131 cm2（參考文獻GB/T 706-2008）。

16號工字鋼的正應力計算：

綜上所述，σ＜[σ],滿足使用要求。

吊梁上部吊耳與下部吊耳規格相同，上部吊耳載重量大于下部吊耳。對上部吊耳強度進行受力計算。最大起吊重量約為5.774 t；強度和角焊縫強度計算如下：

吊耳參數：板厚δ=50 m，高度H=145 mm，底部寬度B=250 mm，上端圓角半徑R=75 mm，開孔直徑r=70 mm，材質Q235-B。焊腳K≥16 mm。

（2）吊耳強度計算

吊耳承受拉力載荷為：

2.2.3 鋼絲繩選型

單段磁軛最重為18.7 t，“X”形磁軛專用吊梁重量為0.8 t，4個磁軛段吊裝工具重量為0.5 t。起吊總重量約為20 t。采用主廠房50 t橋式起重機副鉤連接Φ30 mm鋼絲繩、“X”形磁軛專用吊梁、4個10 t手拉葫蘆（每個手拉葫蘆承載4.8 t重量）、磁軛段吊裝工具進行磁軛吊裝，“X”形磁軛專用吊梁與副鉤之間采用2組鋼絲繩進行連接，共4個吊點，每根鋼絲繩平均最小拉力F=20 000×10/4/1 000=50 kN。采用6*37S+FC鋼絲繩（鋼絲繩公稱強度采用1 670 MPa），查GB 8918-2006《重要用途鋼絲繩》表11力學性能，Φ30 mm鋼絲繩最小破斷拉力為496 kN,換算破斷拉力總和為：496×1.191（換算系數）=590 kN。

鋼絲繩許用拉力：T=P/K

K—為安全系數(取安全系數K=8)；

P—產品規格鋼絲繩破斷拉力，如P采用鋼絲繩破斷拉力總和，則需乘以“換算系數”。

F=50 kN

T=590/8=73.75 kN

T＞F

由此得出，采用Φ30 mm-6*37S+FC鋼絲繩（鋼絲繩公稱強度采用1 670 MPa）進行吊裝作業滿足安全要求。

2.2.4 吊裝注意事項

磁軛段在起吊前進行試吊，安裝起吊工具時，掛裝鋼絲繩和手拉葫蘆要求鋼絲繩長度相同，利用框式水平儀復測磁軛段水平，利用手拉葫蘆調平達0.05 mm/m，合格后進行起吊。第1段磁軛吊裝完成后，利用吊鋼絲支撐架、內徑千分尺測量磁軛外圓直徑及圓度, 偏心值小于 0.1 mm，磁軛段調整合格后,拔出工具調整鍵，拆除起吊工具，其余各段磁軛吊裝方式方法與第1段相同。

3 整體超厚鍛鋼磁軛的顯著優勢

（1）通過廠內數控機床精加工，便于施工現場控制磁軛外圓圓度和磁軛外圓軸向的直線度，使發電電動機氣隙更加均勻，為進一步提高機組運行的穩定性奠定了基礎。

（2）清洗方便且節省工期，吊裝9次即可完成，相比傳統疊片磁軛，極大的縮短了磁軛的安裝工期，與傳統疊片磁軛安裝工期對比見表1。

表1 荒溝蓄能電站整體超厚鍛鋼磁軛與傳統疊片磁軛安裝工期對比

通過對兩種結構磁軛安裝工期的對比可以看出，整圓超厚鍛鋼磁軛比疊片式磁軛工期能節省約30 d，工期主要是在清洗和吊裝兩道工序上省出來的，這使得整個轉子組裝的施工期由3個月縮短到了2個月，大大降低了施工成本，同時也為機組實現早日發電目標贏得了時間，最終對整個電站將會在一定程度上產生社會和經濟效益。

4 結束語

整圓超厚鍛鋼形式磁軛是對敦化、深蓄、豐寧等大型蓄能電站整圓厚鋼板磁軛結構的進一步優化，其優勢十分顯著，值得向大型水電站大容量、高轉速的水輪發電機組推廣。