高轉速、大容量抽水蓄能電站圓環鍛件磁軛組裝施工工藝

楊佳佳，吳瑞清

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

0 引言

抽水蓄能電站轉子磁軛是機組尤為重要的部件，在機組運行過程中起著至關重要的作用，轉子磁軛運行時的穩定性直接關系機組的安全性及可靠性。陽蓄電站發電電動機組轉子磁軛采用整圓環鍛件結構，以軸向設置分段，段間設置通風溝。磁軛段通過拉緊螺桿連接、緊固為一體。磁軛為浮動磁軛結構，僅通過切向鍵固定。

1 圓環鍛件磁軛特點

1.1 精度

磁軛外圓采用一體式加工，極大地提高了磁軛外圓整體垂直度和圓度，并保證機組的空氣間隙更加均勻，有效提高了機組運行的穩定性。磁軛與磁極連接的鴿尾采用整體加工的方式，較大程度提高磁軛整體直線度和圓度。磁軛單段加工好內圓后，若干段磁軛段疊在一起在龍門銑上通過銑模找正加工內鍵槽，確保內鍵槽至中心尺寸一致，內鍵槽垂直度更好。

1.2 穩定性

磁軛為整圓環形鍛件疊裝而成，相較疊片式磁軛消除了殘余變形問題；機組運行時，環形磁軛在離心力的作用下自由、均勻的向外膨脹，整圓環鍛件磁軛的穩定系數和整體剛度、穩定性相較于疊片式磁軛更高。圓環磁軛段采用浮動磁軛結構，其固定方式為切向鍵固定。圓環磁軛段與轉子中心體間的連接型式能保證轉子全工況、高轉速下的圓度、同心度，并能滿足機組運行時的空氣間隙均勻，保證轉子不因重心發生偏移而導致產生震動，高效傳遞扭矩。

1.3 安裝周期短、便捷性高

整圓環鍛件磁軛安裝時僅需將磁軛段與吊裝工具裝配進行吊裝，比傳統跌打片式磁軛安裝更方便，工地安裝周期短。

磁軛采用浮動磁軛結構，僅通過切向鍵固定；磁軛的非驅動端每個主軸支臂的位置設置一個卡鍵，磁軛卡鍵與主軸支臂的鍵槽采用小間隙配合，裝配流程少且易裝配。

2 陽蓄電站轉子磁軛參數

表1 陽蓄電站轉子磁軛參數表

圖1 磁軛結構三維示意圖

3 圓環鍛件磁軛安裝工藝

3.1 立軸

清理轉子安裝基坑，基礎板表面清潔無高點。在安裝間對轉子中心體（轉子軸）、上下滑轉子、各法蘭面進行清理。將立軸吊具、卡環、底板及附件開箱檢查，吊具和卡環應無表面缺陷，卡環無高點和毛刺。轉子軸及吊具清理干凈后安裝立軸吊具、卡環和法蘭防撞底板，轉軸起吊工具安裝示意如圖2 所示。底板安裝完成后使用木方將底板與地面墊實。指揮橋機進行起吊，起吊全過程根據轉軸起升高度對橋機雙主鉤進行調整，使吊鉤全過程保持垂直狀態。待轉軸吊裝起升離地一定距離并處于垂直靜止狀態后對轉子軸底部防撞底板進行拆除，將轉軸吊入轉子組裝基坑，轉軸進入機坑后不可與坑壁內的蓋板支座發生碰撞，如圖3 所示。

圖2 轉軸起吊工具安裝示意圖

圖3 立軸示意圖

3.2 主軸檢測

主軸立軸調整完成后安裝測圓架對主軸垂直度進行測量并調整，并用框式水平儀檢查上法蘭平面4 個方向上的水平。若垂直度、水平超標，松開主軸與基礎板把合螺栓，在基礎板與法蘭保護板之間加墊銅皮調整主軸垂直度、水平滿足要求。螺栓擰緊后復查主軸垂直度及上法蘭平面水平。

3.3 磁軛組裝

3.3.1 下風扇與第一段磁軛安裝

在轉子安裝間基礎外側基礎上均布6 組磁軛支墩（圖4）。根據實測掛鉤上平面到基礎鋼板的距離、下風扇與第一段磁軛組裝后總高度等數據，調整磁軛支墩高度。磁軛支墩頂絲上端面應低于安裝后的下風扇制動環把合面 2~3 mm。

圖4 磁軛掛裝支墩布置示意圖

將下風扇與第一段磁軛組裝在一起（圖5）。用力矩扳手把緊把和螺栓。將磁軛段吊裝工具與最下端磁軛段和風扇組裝在一起，吊裝工具上的四個滑車圓周均布。用鋼絲繩連接橋機的兩個掛鉤和磁軛吊裝環吊的四個吊耳。鋼絲繩長度應確保掛鉤在升至限位前下風扇下平面高于主軸上端面足夠高度。兩鉤調整至合適位置后緩慢同時抬起。調整磁軛段的水平應≤0.20 mm。確保并隨時檢查兩鉤同步率。

圖5 下風扇與首段磁軛組裝示意圖

將與下風扇裝配后的首段磁軛吊裝套入主軸后緩慢下落（圖5），吊裝套入轉子中心體主力筋前，再次測量磁軛段水平，不滿足水平要求時須進行調平后再進行磁軛段套入。實時觀察磁軛段與中心體位置，根據吊裝情況調整磁軛段相對站姿中心體的周向、徑向位置，保證中心體主立筋鍵槽與凸鍵周向、徑向間隙均勻。保證滿足要求后繼續同時緩慢落下雙鉤，保證兩鉤的下落速率，確保磁軛段在下落全程水平。吊裝下落全程檢查磁軛段水平以及各主立筋凸鍵左右間隙。當磁軛段下止口與中心體主立筋掛鉤接觸距離為3~5 mm 時，對下風扇與磁軛裝配整體水平再進行復測，當水平不滿足下落要求時進行調整磁軛段水平，并檢查（調整）徑向、周向位置，防止轉軸徑向受力。合格后緩慢繼續落鉤，直至自由、水平落實在中心體掛鉤上。

圖6 下風扇與第一段磁軛吊裝示意圖

使用塞尺對磁軛段止口與轉子中心體掛鉤上平面的間隙進行檢查，局部間隙要求≯0.2 mm，如間隙較大或應查找原因，必要時重新起落磁軛段。磁軛落實在掛鉤上后調整磁軛支墩頂絲高度，保證每個支墩頂絲受力均勻的頂在下風扇下平面上。利用壓機及配套的磁軛副鍵對磁軛段周向、徑向位置進行調整，并用塞尺對磁軛段止口和轉子中心體掛鉤間隙再次進行測量檢查，對點間隙差要求≤0.05 mm。將磁軛段左右兩側副鍵槽調至距離均勻，并以配套副鍵對其進行檢查，之后用鐵錘以相同力度對副鍵進行楔緊，保持楔緊后每個鍵槽內的長、短副鍵距離基本一致。磁軛調整、檢測合格后將吊裝工具吊出轉軸拆除。

3.3.2 第一段磁軛測量調整

磁軛吊裝工具拆除吊出轉軸后進行轉子測圓架安裝，以架設在測圓架測量支臂上的百分表、框式水平儀對上到滑轉子進行測量，上導滑轉子的跳動≤0.05 mm，水平≤0.02 mm/m，重復測量精度≤0.03 mm 即認定轉子測圓架回裝后復位精度滿足使用要求。在磁軛段外側選擇正對立筋凸鍵的位置作為測量基準點，吊鋼絲測量磁軛外側絕對半徑并做記錄。然后使用百分表分別測量其他正對立筋凸鍵位置的相對半徑、記錄。根據測量值，計算磁軛對點的偏差值應≤0.05 mm，如有超差須調整至合格。首段磁軛外圓對點至中心尺寸偏差≤ 0.05 mm 即合格。

3.3.3 第二段磁軛安裝調整

按吊首段磁軛的方式進行第二段磁軛吊裝。吊裝套入轉子中心體主力筋前，再次測量檢查整段磁軛水平，檢測水平超差時進行調整至水平。根據磁軛段相對中心體位置對磁軛段的周向和徑向位置進行調整，以保證鍵槽與凸鍵徑向、周向距離均勻。檢測合格后緩慢落下磁軛段，并全程監測磁軛段水平。當第二段磁軛即將與首段磁軛接觸時，再次檢查第二段磁軛位置并測量水平，水平應≤0.2 mm。利用均布把合在磁軛段上的徑向銷對吊裝磁軛段進行定位。在每個磁極安裝鴿尾槽位置各布置一套鴿尾定位工具對吊裝磁軛段進行精準調整，相鄰磁極安裝鴿尾槽位置的定位工具安裝在兩側不同的鴿尾槽內。檢查鴿尾定位工具安裝情況，使工具各接觸面與鴿尾槽面完全接觸，以相同力矩對各緊固螺桿進行把緊。檢查第二段磁軛段與第一段磁軛段每組鴿尾面之間徑向偏差不大于0.05 mm，錯牙不大于0.03 mm 即合格。調整、測量合格后拆除磁軛吊裝工具。

圖7 段間定位銷釘

3.3.4 第三段磁軛段～第九段磁軛段安裝、調整

按第二段磁軛段安裝、調整工藝及測量要求，對第二段與頂段間磁軛段進行安裝調整。上下兩段利用定位銷釘和鴿尾定位工具定位，保證依次安裝的上下段磁軛間至少半數鴿尾槽有定位工具進行有效定位，并檢查鴿尾定位工具安裝情況，使每件鴿尾定位工具各接觸面與鴿尾槽完全接觸，以相同力矩對螺栓進行把緊。后續寫段每安裝間隔一段后安裝測圓架復測磁軛外圓的半徑，上下兩段間的半差值≯0.05 mm，錯牙≯0.03 mm；檢查磁軛垂直度，對比對稱方向數據，不應有明顯傾斜趨勢。測量后拆除測圓架測量臂和配重臂。

3.3.5 第十段磁軛段安裝、調整

按第二段磁軛段安裝工藝及測量要求，安裝調整第十段磁軛段。整圓每個鴿尾槽均安裝定位工具。確保鴿尾定位工具各接觸面與鴿尾槽完全接觸，各螺桿緊固力矩相同。第十段磁軛吊裝完成拆除吊裝工具后進行測圓架安裝，以架設在測圓架測量支臂上的百分表、框式水平儀對上到滑轉子進行測量，上導滑轉子的跳動≤0.05 mm，水平≤0.02 mm/m，重復測量精度≤0.03 mm。全面檢查各段磁軛間錯位不超過0.03 mm。磁軛掛裝調整完成后進行磁軛外徑整體測量并做記錄。

圖8 磁軛掛裝完成后整體測量

3.4 磁軛拉緊螺桿安裝

根據設計要求對磁軛拉緊螺桿進行安裝。螺桿螺母裝配后先用扳手對拉緊螺母進行擰緊，至少擰緊兩次后對螺母進行檢查確保沒有松動，之后再使用液壓拉伸器分多次、對稱進行螺母把緊。根據設計要求預緊力的 0.2、0.5、0.8 和1.05 倍分別對拉桿螺桿進行拉伸。每次拉緊時使用同一油壓值把緊全部螺母后，再增加油壓值進行下一次把緊。磁軛拉緊螺桿拉伸時按照先內后外、圓周均布的原則依次進行全部螺桿拉伸。拉伸時注意，每輪只能以相同的油壓值進行拉伸。如有螺桿無法拉伸時，則不再對該螺桿進行拉伸，待下一個油壓值設定后再對其進行拉伸。當以設計拉伸油壓值的1.05 倍拉伸完成后，以該油壓值再進行兩次拉伸使所有螺桿受力均勻。

磁軛拉緊螺桿拉伸完成后對磁軛下段拉緊螺母進行檢查保證力矩滿足要求。拉伸檢查完成后拆除鴿尾定位工具，并在各磁極安裝位置中間對磁軛半徑、內外高度進行復測及記錄。

圖9 磁軛拉緊螺桿安裝示意圖

3.4.1 磁軛副鍵安裝、打緊

對磁軛副鍵與主鍵接觸面先涂抹紅丹粉后配套進行預裝，以此對主副鍵的有效接觸面積進行檢查。如在副鍵的鍵長方向出現非均勻接觸的的觸點時，則主副鍵接觸面積不滿足要求，需對磁軛副鍵接觸面進行研配后再進行預裝，此過程持續至副鍵接觸面均勻無分散觸點為止。研配預裝滿足要求后用二硫化鉬對磁軛副鍵接觸面進行涂抹潤滑、裝配，并以鐵錘用相同力度對稱、均勻打緊，合格后按設計要求對對于長度進行切割及稱重記錄，不允許用火焰切割對磁軛副鍵進行切割。打緊副鍵時兩側同時打緊。

圖10 磁軛副鍵安裝、打緊示意圖

3.4.2 卡鍵、擋板安裝

磁軛卡鍵安裝時配以適當厚度墊片消除卡鍵與鍵槽間隙，按照設計力矩值對卡鍵螺栓進行把緊；對磁軛卡鍵和上段磁軛進行配鉆鉸銷孔后安裝銷釘；磁軛副鍵擋板安裝時按照設計要求力矩對緊固螺栓進行把緊；再依次安裝副鍵頂絲并向下頂緊磁軛副鍵、擰緊背帽，力矩滿足要求后鎖緊所有止動墊片。

圖11 卡鍵、擋板安裝示意圖

4 結語

抽水蓄能發電電動機組的特性是正反轉、頻繁啟停，并且轉子中心體與磁軛屬于過盈配合，因此產生了轉換頻繁的較大壓縮應力及拉伸應力并施加于中心體與磁軛，導致其抗疲勞強度降低。而浮動磁軛在靜態幾乎不受力（重力引起的應力很小），其抗疲勞和性能較高。本文就高轉速、大容量、高水頭抽水蓄能電站機組圓環鍛件磁軛特點及組裝工藝進行論述，為后續此類型機組提供可靠的參考。