金安桥水电站水轮发电机转子的结构特点分析

韩展鹏

（金安桥水电站有限公司，云南 丽江 674100）

金安桥水电站安装4台单机容量为600 MW的混流式水轮发电机组，全部由东方电机股份有限公司 （以下简称 “东电”）制造。水轮发电机转子由转子中心体、圆盘式转子支架、转子磁轭、转子磁极及其他附件组成。转子中心体与分瓣扇形支臂在工地进行焊接，转子磁轭由3 mm厚的高强度冲片现场叠压而成，并通过热打键的方式将磁轭固定在转子支架上；64个磁极用磁极键固定于磁轭外侧。转子外径15.161 m，质量1 323 t。

1 转子中心体结构设计

转子中心体是转子工地组装的基准部件，也是发电机轴系的一部分。转子中心体上法兰面连接发电机上端轴，下法兰面连接发电机主轴，三者共同构成发电机轴系。金安桥水电站发电机转子中心体在2005年的投标设计图上是由上、下法兰及连接上、下法兰的腹板和筋板焊接而成，上、下法兰分别厚140、250 mm，上、下法兰盘外径分别为3 040、3 510 mm，中心体高2 965 mm，质量约53.6 t。转子中心体在制造厂内焊接成整体退火消应后，对上、下法兰面进行精加工，确保上、下法兰面的平面度及之间平行度和同心度。在工地组装时应特别重视下法兰面的水平度和内镗口中心，它是转子组装的基准，若下法兰面及内镗口变形将导致发电机轴系偏差，影响机组运行的稳定。

由于转子中心体下法兰外缘直接与转子扇形支臂焊接的变形会导致下法兰面及内镗口的变形，如清江水布垭电站在转子圆盘焊接过程中下法兰的内镗口变形较大，虽经厂家和施工单位反复对转子圆盘支架焊缝进行处理，最终还是影响转子上、下法兰的同心度及下法兰面的水平度，因此为了将转子中心体下法兰面及镗口的变形减小到最小，东电根据近几年其他水电站安装及运行的经验，在2008年生产转子中心体之前，对设计图纸进行了局部修改。修改后的转子中心体结构为：厂内在转子中心体下法兰的外缘焊接宽400 mm、厚70 mm的环形钢板，并在环形钢板的外侧开X形焊接坡口，而原设计的转子中心体下法兰外缘直接与转子扇形支臂现场焊接。修改前、后的转子中心体结构见图1。

图1 转子中心体结构示意

修改后的转子中心体与分瓣扇形支臂焊接时，由于中心体下法兰不直接进行焊接，而由下法兰外缘处的环板参与焊接，此处焊接引起的变形对下法兰影响很小。对金安桥水电站转子圆盘支架焊接前、后测量数据的分析表明，下法兰面基本上没有变形。

2 转子磁轭键的结构设计

转子磁轭键安装在转子支架的主力筋与磁轭之间，将磁轭固定在转子支架上，使磁轭与转子支架的轴线保持一致。安装转子磁轭键时，采用磁轭加热的方法垫入垫片，用磁轭键连接转子支架与磁轭进行过盈配合。机组在额定运行时，磁轭键可以传递发电机额定扭矩。东电投标设计的金安桥水电站转子磁轭键为弹性键，弹性键结构见图2。

图2 弹性键结构示意

弹性键的刚度小于磁轭和转子支架，在弹性键的主、副键之间位置留出一定的间隙，此间隙即为弹性键可吸收的过盈量。弹性键可吸收一定的过盈量，剩余的过盈量由转子支架和磁轭共同承担。弹性键采用高强度锻钢材料制造，其设计思想要靠计算、加工、安装等诸多环节加以保证后才能实现。由于弹性键为单个制造，生产过程中的变形及尺寸等存在个体差异，在冷态下安装又不能保证键的充分接触，因此热打键后的弹性键的刚度和弹性也存在个体差异。目前已运行使用了弹性键结构的机组包括三峡左岸、右岸，水布桠等水电站，从已投运机组的实际效果看，调整好的转子重心与轴线位置在过速后、重新开机运行后或停机后再开机时会发生偏移，且其偏移存在不确定性和随机性，从而造成机组振动、摆度偏大。东电根据以上各个电站的实际经验，在2008年生产转子支架及磁轭键之前，对磁轭键的设计图纸进行了修改，修改后的转子磁轭键见图3。

图3 磁轭键结构示意

修改后的磁轭键采用传统楔形热打键结构，即在转子圆盘之间焊接完毕后，用厂家提供的专用铣床进行支架主力筋的铣削，保证主力筋的半径、向心及粗糙度，确保楔形磁轭大键安装后与主力筋的接触面积充分。这种传统结构在漫湾、大朝山、李家峡等电站的水轮发电机转子上都已应用，可以保证机组长期稳定运行，也是目前最安全可靠的结构，金安桥水轮发电机组转子最终采用了传统楔形热打键结构。

3 磁极键装配的结构设计

东电投标的金安桥水电站转子磁极键装配设计为：在磁极的鸽尾处用一对楔形键将磁极固定在磁轭上，同时在磁极底部位置的磁轭上焊接挡块，防止磁极高程发生变化；另在磁极键副键底部位置的磁轭上焊接挡块，防止因磁极键串动而引起磁极松动。总结其他电站转子磁极键安装并应用的经验，如由于磁极挡块焊接不牢固在运行中甩出，将定子铁心及线棒损坏，引起严重后果，又如在转子安装及检修中，为了吊装磁极，需要拔出磁极键，但楔形磁极键拔出很困难，且容易拔断，施工不方便，并且磁极键固定磁极时接触面积小受力不好，因此东电在2008年生产磁极键之前，对原设计进行了修改，修改后的转子磁极键装配采用一对链条键配合加垫片的方法固定磁极，同时在磁轭下压板上安装M36调节螺杆来调整磁极的安装高程。这种结构避免了焊接磁极挡块存在的安全隐患，用调节螺杆调整磁极高程也更加方便。采用一对链条键配合加垫片的方法固定磁极时磁极键受力接触面积增大，固定效果更好，检修也方便，拔出磁极键时只需在磁轭下压板上用顶丝顶松磁极键即可。