锦屏二级水电站转子磁轭热加垫工艺应用分析

王 承，李佳佳，王光彬，李兴易

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

1 前 言

锦屏二级水电站发电机由天津阿尔斯通设计制造，总装机容量为4 800MW(8×600MW)。转子支架为圆盘式斜立筋结构，斜立筋结构具有弹性，能同时承受径向力和切向力，当机组运行受热向径向膨胀，使转子向斜向支臂阻力最小的方向扭转，不但改善了转子的热应力，而且使转子在径向方向能自由、同心地均匀热膨胀，提高了发电机的同心度。磁轭由经钝化处理厚4mm的高强度矽钢片在现场叠装而成，磁轭及转子支架采用主键及副键配合方式进行周向固定，热加垫过盈配合保证了转子磁轭与支架的整体刚度。转子磁轭热套主要技术参数如下:

2 热加垫原理

磁轭热加垫采用传统的电热板加热，使磁轭与支架之间形成温差，磁轭受热膨胀，即与支架之间形成间隙，当膨胀间隙达到设计要求时，立即在主键背后进行加垫并打入主键，锁定副键后自然均匀降温，使转子支架和磁轭通过主键形成过盈配合。转子在高速运行过程中，磁轭受到较大的离心力作用，会导致磁轭产生径向变形，为保证机组稳定，必须使转子磁轭和支架紧密结合在一起，通过加垫形成过盈配合的方式以增加转子整体刚性，保证机组安全运行。

加垫形成的过盈量是控制热打键效果的关键因素。锦屏二级机组转速较高，如果过盈量过大，则转子支架主立筋的应力就会上升;如过盈量过小，当机组达到额定转速或在过速状态下时，极有可能造成支架与磁轭分离，酿成重大安全事故。同时，在转子加热过程中，磁轭受热不均匀会使转子局部膨胀过快，转子成为椭圆形，导致空气间隙不均匀，降低机组运行稳定性。另外，如果加垫尺寸计算错误，冷却收缩后同样会形成椭圆。因此，加温和加垫测量计算是热加垫的关键。

3 关键工艺控制

3.1 加垫量计算及精度补偿的应用

锦屏二级转子共18根主键，加热前需提前将每个凸键的垫片准备好，并进行配对编号。配垫的关键在于加垫量的确定，需现场进行测量计算。进行间隙测量时，为避免磁轭发生位移变形，不宜将所有主键全部拔出，至少预留对称6根主键，并打紧副键锁定，保证磁轭叠装尺寸。磁轭与副立筋之间间隙测量存在无凸键和有凸键两种情况:

(1)无凸键定位:测量时须分别测量副立筋与磁轭之间上、中、下三点的间隙。锦屏二级主键长约3 430mm，测量点分布由上而下分别为距上端800mm、1 600mm，距下端800mm。加垫量的计算公式为:δ=K+α1－(Rn－R平均)－α2，式中 δ—加垫厚度;K—过盈量;α1—磁轭与副立筋实测间隙值;Rn—凸键对应位置磁轭实测半径;R平均—磁轭整体平均半径;α2—主键实测厚度。

(2)有凸键定位:重新对称放入6根主键，拔出原定位的6根主键，测量及计算方法同上。如为施工方便，不取出主键，可利用塞尺分别测量主键与磁轭和副立筋之间的间隙。加垫量计算公式为:δ=K－(Rn－R平均)+α1+α2，式中 δ—加垫厚度;K—过盈量;Rn—凸键对应位置磁轭实测半径;R平均—磁轭整体平均半径;α1—主键与副立筋实测间隙值;α2—主键与磁轭实测间隙。

上述即为加垫量的确定方法。在转子热套工艺中，常采用实测半径与设计半径比较后进行加垫，计算公式为:δ=K+α1－(Rn－R设计)－α2。采用设计值进行计算时，可能出现各部位加设的垫片尺寸差值较大，热套冷却后出现局部过盈量较大，导致转子支架局部应力集中及椭圆度较大，不利于机组安全稳定运行。锦屏二级采用平均半径进行对比计算，降低应力集中点，同时可很好地调整转子热加垫后的圆度，进而最大限度保证了转子磁轭圆度和空气间隙均匀。

特殊情况下在进行上述常规加垫计算后，可根据实际磁轭叠装尺寸采取加设阶梯垫的方式进行垂直度和转子整体偏心的精度补偿。进行阶梯垫确定时，测量间隙时分别在上下两端300mm左右各增加一个测点，根据实际测量值分段加设阶梯垫，用于补偿上下垂直度偏差和整体偏心，达到优化打套后磁轭垂直度和同心的效果。

3.2 配垫准备

间隙测量计算完成后，即根据测量结果进行配垫。配垫时，将副立筋和磁轭键对应顺序编号，将调整垫片安装在磁轭凸键上。垫片的固定非常重要，否则将导致加垫失败。且不宜将有效长度内的垫片过多分段。如须加配阶梯垫，阶梯垫对接接头必须无间隙，且相邻接头的垫片厚度不宜相差过大，一般控制在0.3mm内最为适宜，避免出现局部空隙，影响加垫的收紧效果。

3.3 加温及涨量监测

(1)温度控制:加热板沿磁轭高度方向铺设在磁轭上下及外表面。为保证磁轭均匀膨胀，加热过程应严格控制温升，每隔30min或1h进行一次温度记录，要求温升控制在5～10℃/h。如果单位时间内温升过快，磁轭外表面温度上升也较快，受传热性能影响，热量无法及时传递，而磁轭内侧温度较低，内外温差过大，将因磁轭涨量不均匀而导致磁轭膨胀成椭圆，影响叠装圆度;同时，加热板多分为几组，组内串联接线，一旦有加热板损坏，就会导致该组加热板整体断电，如不及时发现，同样会造成磁轭椭圆膨胀。故加热时，施工人员必须定期利用红外线测温枪检查加热板运行情况，保证加热装置正常运行。

(2)涨量监测:加温约8～10h后，每隔半小时测量一次涨量，当涨量均达到设计要求后，及时开始加垫。加垫时，必须对称同步进行，以免造成磁轭偏心。进行涨量监测分析时，应选取垫片及主键厚度最大的点，如加设有阶梯垫，则取该根主键和垫片总体最大点为控制点。以锦屏二级1号机转子热套为例，18号主键加垫形式为阶梯垫，加垫厚度参见表1。

由表1可见，18号主键最大加垫厚度位于底部300mm段，加垫厚度为4.5mm。因主键和垫片热套时由上端插入，故该部位监测涨量必须达到5.5mm方能顺利加垫。在实际监测过程中发现，磁轭底部间隙涨量往往小于上部涨量，经分析，主要是由于加热时热气流上升，热量集中于保温被顶部，上部间隙涨量往往大于下部间隙，故测量时一般以下部间隙是否达到衡量膨胀量为标准。

3.4 热加垫

在加垫过程中，由于凸键与磁轭的配合间隙较小，直接加垫比较困难，为了顺利加垫，采取了以下措施:

(1)将垫片下端弯折于磁轭主键下面，并与其焊接牢靠。

(2)在主键及垫片表面抹上二硫化钼后放入对应位置，必要时可以进行适当锤击。根据实际测量结果，锦屏二级1号机转子加垫厚度一般在4.5mm左右，当加热达到膨胀间隙后垫片与主键一并插入。但在实际操作过程中，因垫片较长且厚度较薄，易发生弯折及脱落现象，无法顺利地穿配就位。为便于垫片和主键同时穿配，技术人员在配垫过程中，将垫片整体与主键背部贴紧并压紧后采用氩弧焊分段点焊在主键背部;而垫片一般由几层组成，薄垫片必须放在靠近主键的一侧，厚垫片放在最外侧，即可避免穿配主键时因垫片刚性较差而产生弯折或脱落。

(3)如膨胀间隙迟迟达不到设计要求，可以对转子支架用冰块或水降温，使其与磁轭产生间隙。

(4)主键和垫片安装完成后，在打入副键过程中应注意安装主键卡板，防止主键一起向下运动。为防止卡键与主键锁定槽出现间隙，在冷却过程中，定时用铜锤敲击主键，消除冷却过程中出现的残余间隙。副键应与主键紧密贴合，副键键入深度和贴合程度必须达到80%以上。可利用着色法检查贴合情况，如无法顺利贴合，应在现场修磨试配，直至达到要求。

3.5 降温及温控

加垫后停止加热，控制降温不大于10℃/h。至室温后，再次进行冷打键检查，对转子磁轭拉紧螺栓再次压紧，并检查磁轭半径和计算圆度、同心度，检查下压板水平度。

4 实际控制效果

通过精确测量、精心配垫，严格加热、加垫、冷却等关键工序的控制，锦屏二级发电机转子磁轭圆度等关键技术参数控制远远高于国标，以2号机转子为例，主要技术参数参见表2。

表2 2号转子磁轭主要技术参数 mm

5 结束语

目前国内大容量机组转速均较低，唯有锦屏二级比较特殊，最高水头达318m，转速达166.7r/s。转子是机组转动关键部件，组装难度较大，技术要求高，特别是热加垫工艺质量的好坏直接关系到机组的安全稳定运行。热加垫工艺虽然在大中型机组中已得到广泛应用，但锦屏二级工艺比较特殊，经增加阶梯垫片调整了转子的垂直度和圆度，使热加垫后转子的各技术参数均达到优良水平。在实际应用过程中，对各道工序的过程监督控制尤为重要。