長龍山抽蓄電站兩種機型轉子現場組裝工藝對比分析

畢興強，田 勇

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 工程概況

長龍山抽水蓄能電站額定水頭710 m，最大發電水頭750.7 m，最大揚程764.1 m，單極抽蓄機組中最大發電水頭為世界第一，抽水揚程為世界第二。本電站安裝4 臺額定轉速為500 r/min 和2 臺額定轉速為600 r/min、單機容量350 MW 的大容量水泵水輪發電機組，電站總裝機容量2 100 MW，為全國唯一在同一個抽蓄電站廠房內連續布置兩種不同高額定轉速抽蓄機組的廠房，布置復雜程度高，機組及結構振動控制要求較高。其中5 號、6 號機組額定轉速600 r/min、單機容量350 MW 抽水蓄能機組為該轉速下世界最大單機容量的抽水蓄能機組。

圖1 長龍山抽水蓄能電站機組結構示意圖

2 結構對比

1 號~4 號機組為立軸懸式水輪發電機組，發電電動機型號SFD350/384-12/6150，發電機冷卻方式為密閉自循環空氣冷卻，發電電動機軸系采用“一根軸”結構。

轉子由主軸、磁軛環、磁極、風扇、制動環等部件組裝而成，高10 935 mm，外徑Φ4 706 mm，運轉時定、轉子間氣隙為47 mm。主軸為立筋支架“一根軸”結構。轉子磁軛一改往常的鐵片堆疊方式，采用8大段磁軛環結構，磁軛由優質高強度鋼板780CF 制成，在高強度螺桿分段把合后再用24 根拉緊螺桿整體把合，磁軛環外徑Φ3 836 mm，磁軛總高度3 911.5 mm（含風扇和制動環）。磁軛共設計有12 組徑向組合鍵、24 組切向組合鍵，磁軛徑向組合鍵在完成磁軛疊裝后需進行冷打鍵和熱打鍵兩道工序。轉子設計有12 個磁極，熱打鍵完成后進行磁極掛裝工作（圖2）。

圖2 1 號~4 號機組轉子結構示意圖

5 號、6 號機組為立軸懸式水輪發電機組，發電電動機型號SFD350/373.1-10/5540，發電機冷卻方式與1 號~4 號機組不同，采用密閉強制循環空氣冷卻，發電電動機軸系亦與1 號~4 號機組不同，其采用“三段軸”結構。

轉子由下端軸、中心體、上端軸、磁極、制動環等部件組裝而成，高11 415 mm，外徑Φ4 028 mm，組裝后定、轉子間氣隙為46 mm，運轉時定、轉子間氣隙為44.5 mm。主軸由下端軸、中心體、上端軸組成。與1 號~4 號機組不同的是，其轉子磁軛和中心體為整體結構，與下端軸、上端軸聯接組裝后即可進行磁極掛裝工作。轉子設計有10 個磁極（圖3）。

圖3 5 號、6 號機組轉子結構示意圖

3 控制重點

1 號~4 號機組額定轉速為500 r/min，運行時轉子磁軛連同磁極作為一個整體會受到巨大的離心力作用，磁軛在離心力作用下會沿外徑方向產生明顯的變形，從而導致磁軛與轉子中心體支架之間產生徑向間隙，這不僅會導致機組產生過大的振動與擺度，甚至會使轉子支架立筋上的掛鉤因受到巨大沖擊而斷裂。

因此，對于1 號~4 號機組，8 段磁軛環組裝的質量要求極高，其組裝質量直接影響冷打鍵和熱打鍵的質量及與轉子中心體的同心度。

此外，1 號~4 號機組采用打緊徑向組合鍵的方式給轉子磁軛與轉子中心體支架之間增加預緊力，使磁軛環與轉子中心體支架的徑向緊量達到能滿足機組安全運行的要求。由于轉速高達500 r/min，冷打鍵的方式無法滿足轉子磁軛與轉子中心體支架之間的預緊力，故在冷打鍵的基礎上，采用熱打鍵的方式增大預緊力，以抵消磁軛在高轉速下產生的徑向變形量，確保機組安全穩定運行。

5 號、6 號機組額定轉速為600 r/min，該轉速下“三段軸”的組裝質量要求極高，直接影響機組軸系盤車的擺度及運行的穩定性。

此外，5 號、6 號機組組裝后定、轉子間氣隙為46 mm，運轉時定、轉子間氣隙為44.5 mm，機組在額定工況下運行時磁極受到巨大的離心力作用會產生1.5 mm 的徑向位移，此時的磁極均處于松動狀態，這就要求在轉子組裝過程中需重點控制磁極鍵的安裝質量，以免松脫影響機組的安全穩定運行。

4 施工工藝

4.1 磁軛環組裝工藝

1 號~4 號機組磁軛環組裝時，首先將第一段磁軛環吊至轉子主軸立筋掛鉤上，對其進行調整，合格后方可進行后續磁軛環的疊裝工作。

（1）調節各磁軛支墩上的鍵并將鍵輕輕打緊，使得鍵與首段磁軛環下端面接觸。當首段磁軛落至主軸掛鉤上后，用塞尺檢查主軸立筋掛鉤外圓與磁軛內圓止口間隙；并用千斤頂頂磁軛內圓與主軸外圓，初調首段磁軛環與主軸的同心，要求止口間隙最大值與最小值之差不超過0.15 mm。

（2）利用第一段磁軛環的4 個立筋安裝工具切向調節鍵來調節磁軛周向位置。以4 對工具切向調節鍵調節首段磁軛環鍵槽中心線與立筋中心線平行，測量非打鍵處的徑向距離A 值。當磁軛環周向偏差不大于0.30 mm 時，可認為磁軛鍵槽中心線與轉子軸立筋鍵槽中心線平行（圖4）。

圖4 第一段磁軛環周向調整工具示意圖

（3）磁軛中心與主軸中心徑向同心調整。從下端往磁軛徑向鍵槽內插入工具徑向調節鍵的副鍵，從下端往磁軛徑向鍵槽內打入主鍵，用臨時支撐固定。要求磁軛整體圓柱度不大于0.40 mm，與主軸的同心度不大于0.10 mm（圖5）。

圖5 第一段磁軛環徑向調整工具示意圖

（4）磁軛環調整過程中，磁軛起吊工具不拆除，為方便磁軛調整，可將磁軛略微吊起進行調整；打鍵前在鍵與鍵接觸面、鍵與鍵槽接觸面涂二硫化鉬。在后續磁軛環調整過程中，工具切向調節鍵和工具徑向調節鍵不拆除，以保證磁軛中心位置不變。

（5）調整合格后，測量磁軛與主軸的同心度，記錄測量結果并進入下一段磁軛環疊裝。此時，在磁軛鍵槽內安裝適量的用于快速調整磁軛環段間錯牙的工具以及磁軛T 尾定位工具。用于快速調整磁軛環段間錯牙的工具已獲國家實用新型專利。

圖6 一種用于快速調整磁軛環段間錯牙的工具示意圖

（6）后續磁軛環在疊裝過程中均通過此工具調整各磁軛環之間錯牙，徑向和周向錯牙均不大于0.05 mm，使用刀口尺和塞尺檢查合格（表1）。

表1 轉子磁軛環組裝后質量檢查表

4.2 磁軛熱打鍵工藝

1 號~4 號機組轉子磁軛熱打鍵是機組組裝過程中一項十分重要的工作，直接影響機組安裝質量和運行振擺。長龍山抽水蓄能電站在采用可靠的加熱方式基礎上，利用自制的集水防護裝置，保證了轉子中心體支架與轉子磁軛之間能夠形成一定的溫差，以滿足磁軛膨脹從而產生理想的徑向間隙，圓滿完成轉子磁軛熱打鍵工序（表2）。

表2 轉子磁軛環熱打鍵后質量檢查表

4.3 “三段軸”組裝工藝

5 號、6 號機組轉子下端軸的上法蘭面水平度、垂直度調整合格后，將銷套安裝于下端軸孔內，銷套外表面涂一層二硫化鉬。清理中心體下法蘭面并調整其水平至0.02 mm/m，將其吊至下端軸上方并緩慢下落，當中心體下法蘭面距下端軸上法蘭面約80 mm 時停止下落，調整中心體方位，使其銷套孔與下端軸銷套對齊，緩慢下落中心體，當中心體下法蘭面距下端軸上法蘭面67.5 mm 時，中心體銷套孔進入銷套倒角，再次調整中心體位置，使中心體銷套孔與下端軸銷套對齊。緩慢下落中心體，使中心體落在下端軸上法蘭面上。自下而上裝入M80 聯軸螺栓及螺母，使用拉伸工具對稱跳躍式拉伸聯軸螺栓，分3 次進行拉緊，液壓拉伸力為2 442 kN，帶油壓伸長量1.36 mm，無油壓伸長量0.865 mm。

清理上端軸下法蘭面后調整上端軸水平至0.02 mm/m，將其吊至轉子中心體上方并緩慢下落，當下法蘭面距中心體上法蘭面約40 mm 時停止下落，調整上端軸方位，使上端軸的止口與轉子中心體的止口對齊，安裝錐銷后，緩慢下落上端軸，使上端軸落在轉子中心體上法蘭面上。安裝M80 聯軸螺栓及螺母，使用拉伸工具對稱跳躍式拉伸聯軸螺栓，分3 次進行拉緊。錐銷堵板焊接后需做PT 探傷檢測（表3）。

表3 轉子三段軸組裝后質量檢查表

4.4 磁極鍵安裝工藝

5 號、6 號機組轉子磁極掛裝完成后，在磁極鍵安裝時使用徑向磁極鍵將磁極沿徑向向外漲緊。在磁極固定鍵及滑動鍵斜面涂一層薄薄的二硫化鉬，將固定鍵及滑動鍵安裝進鍵槽內，輕輕敲緊滑動鍵。滑動鍵在打緊狀態下進行劃線，線高與轉子中心體上平面平齊，切割多余部分時，根據打緊程度，預留3~5 mm 進行切割，切割需慢速進行，防止過快而產生高溫變色變形，去除邊緣毛刺。在滑動鍵大頭端鉆M12 螺孔，清理干凈后在接觸面上涂抹一層二硫化鉬，裝入滑動鍵并打緊，使用固定板壓住滑動鍵并焊牢，以防止磁極鍵松脫，確保機組安全穩定運行。

5 總結

作為機組運行的核心部件,轉子組裝質量是機組安全穩定運行的基礎，其重要性不言而喻。即使是兩種不同高額定轉速抽蓄機組，在結構和工藝方面雖有不同，但每個質量控制要點都需根據現場實際情況進行記錄和分析。目前，長龍山抽水蓄能電站1 號~6 號機組均已投產發電，其中4 號機組實現了“零配重”，充分證明了在轉子組裝過程中各項工序質量管控到位，安裝質量優良。本文以長龍山抽水蓄能電站布置的兩種不同高額定轉速抽蓄機組為例，通過機組結構對比分析，分別闡述了兩種不同高額定轉速抽蓄機組轉子組裝工藝的控制重點及施工工藝，為高轉速、大容量抽蓄機組安裝提供了寶貴的經驗，具有很強的推廣價值。