大型水轮发电机转子现场安装工艺研究

周若愚（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710032）

大型水轮发电机转子现场安装工艺研究

周若愚
（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710032）

摘要：转子是水轮发电机的重要转动部件，其作用是产生磁场，主要由中心体、转子支架、磁轭和磁极等组成，通过主轴与下面的水轮机连接，转子安装的质量直接影响机组运行的稳定性。本文根据鲁地拉电站转子特点，详细介绍了扇形支架焊接、磁轭叠装、大力筋及磁极安装等工艺，阐述了转子安装过程中的质量控制难点、重点；通过鲁地拉电站转子安装，总结了大型水轮发电机转子现场安装工艺及技术控制措施，以期对类似大型水轮发电机转子现场安装提供参考和借鉴。

关键词：转子；水轮发电机；鲁地拉电站；安装工艺

0引言

鲁地拉水电站位于云南省大理州宾川县与丽江地区永胜县交界的金沙江中游河段上，为金沙江中游水电规划8个梯级电站中的第7个电站，电站以发电为主，装设6台单机容量360MW的混流式水轮发电机组，电站保证出力为946.5MW，多年平均发电量为99.57亿kW·h，年利用小时数4610h。

转子由中心体、分瓣支臂、磁轭装配、磁极装配及其它附件组成，转子上部与上端轴联接，下部与发电机主轴联接。转子外径为Ф14063.3mm，磁轭高2270mm，转子装配总重为847.15t，额定转速为100r/min，飞逸转速为200r/min。转子支臂由5瓣组成，现场组装时先将转子中心体与分瓣转子支臂把合成整体并焊接成一体；转子磁轭为高强度冲片现场叠压而成，转子磁轭在现场加热并进行热加垫套工作，使磁轭热套在转子支臂上，与转子支臂形成一个整体。磁轭外侧挂装60个磁极，磁极挂装完成后在安装间进行整体耐压试验后吊入机坑。

转子安装流程见图1。

1转子支臂安装

1.1转子支架组合

（1）转子中心体安装

将转子中心体支撑吊装就位，用螺栓将中心体支撑把合在基础板上，测量并调整中心体支撑上平面水平不大于0.02mm/m，并检查支撑与基础板把合面无间隙。

图1转子安装流程图

将清扫干净的转子中心体吊放到转子中心体支撑上，测量、调整转子中心体下法兰面的水平。合格后，对称均匀地将转子中心体用工具螺栓固定到转子中心体支撑上。检查中心体支撑上平面与转子中心体下法兰面之间是否存在间隙，用精密水准仪测量中心体下法兰水平度，应不大于0.03mm/m。以转子中心体下法兰面内镗口为基准，利用吊钢琴线的方法检查中心体上、下止口的同心度（钢琴线直径为φ0.30mm）。

（2）测圆架安装

安装转子测圆架前，复查转子中心体下法兰面水平度，并清理转子中心体上法兰面。将中心测圆架组合成一整体，清理转子测圆架中心柱法兰面，利用止口及连接螺栓，将测圆架中心柱初步固定在转子中心体上法兰面。在测圆架大轴相互垂直的两个方位上,悬挂两条直径为0.30mm钢琴线,调整测圆架中心柱的垂直度，要求测圆架中心柱垂直度不大于0.02mm/m。

以转子中心体下法兰面止口内圆为基准，将转子测圆架与中心体下法兰内镗口的同心度调整到0.05mm以内。复查转子测圆架中心柱的垂直度，利用止口及连接螺栓，将转子测圆架中心柱把合在转子中心体上法兰面。

吊装转子测圆架的止推轴承，并将止推轴承固定在中心柱上。组合转子测圆架支臂，将测圆架支臂吊放在止推轴承上，并采用加配重块的方式调整测圆架支臂的水平，其水平度应不大于0.02mm/m。测圆架调整后，要求利用中心测圆架转臂重复测量圆周上任意点的半径误差不得大于0.02mm，旋转一周测头的上下跳动量不得大于0.20mm。

在转子测圆架的使用过程中，应分阶段校核中心测圆架的准确性。

（3）转子支架挂装

清理各支架组合支墩基础板表面，将各支架组合支墩吊装就位，用水准仪测量并调整支架组合支墩上每对楔子板顶面高程，并控制在2mm以内。根据制造厂内的预装标记，对称挂装转子支架扇形支臂，并调整转子支架扇形支臂。打紧转子扇形支臂与转子中心体之间的切向组合块组合螺栓,然后将扇形支臂间的径向组合块组合螺栓按从内到外的打紧顺序对称打紧。测量转子支架各立筋半径，其应在R=6725.3（-0.5～0mm）范围内,同时,制动环把合面圆周波浪度不大于2mm。

复测转子中心体下法兰面水平度，并测量转子扇形支臂所有立筋的绝对半径；检查扇形支臂制动环把合面径向水平度及周向波浪度，要求其周向波浪度不应大于2mm，径向水平度不应大于0.5mm，否则，应对其进行处理。

1.2转子支架焊接

为控制焊接变形，加工若干块150mm×300mm× 20mm骑马板。在转子中心体与支臂间的切向环形焊缝以及扇形支臂间的径向焊缝位置处，沿焊接时焊缝收缩方向搭焊骑马板；在转子中心体与支架腹板之间的轴向搭接焊缝，以及转子圆盘支架上、下扇形板与中心体切向环形对接环焊缝间，打入一定数量小钢楔。同时，根据焊缝情况对转子支臂焊缝进行加固。

预热焊缝后，采用手工电弧焊焊接转子支架，选用E5015焊条，最大焊接线能量小于30KJ/cm，层间温度≤260℃，焊条摆动宽度≤3倍焊条直径。为控制焊接变形，焊接采用对称施焊方式，焊接速度应尽可能一致，相邻两层焊缝的焊接方向必须相反。对组装间隙大的焊缝，采用镶边堆焊，并采用多层多道分段退步焊。对于对接焊缝先焊完1/2正缝后，方可对背缝进行清根，背缝清根干净后进行背缝焊接，完成后焊接剩余正缝。除底层及盖面层外其余各层每焊一层均应锤击以消除焊接应力。

对焊接过程进行监测和记录，并根据焊接变形，及时调整焊接有关工艺参数等。

转子支臂焊接完成后，修磨焊缝表面、通风孔配割面及支架切向和径向组合块角焊焊疤，对所有焊缝进行100%UT+MT探伤。

2转子磁轭叠压

2.1大力筋挂装

将大力筋背部清洗、打磨干净。用桥机将大力筋吊装至相应支撑上，用花蓝螺栓临时点焊固定在转子支架上。调整大力筋挂钩与中心体下法兰高差满足设计要求。用内径千分尺、测圆架测量调整大力筋分布半径满足设计要求，考虑到焊接收缩的影响，焊前大力筋分布半径比设计值要大3mm。挂线锤初步调整大力筋径向、轴向垂直度在1mm以内。

2.2磁轭预叠装

（1）磁轭预叠装及调整

按要求安装磁轭下压板，依据磁轭叠片图及磁轭堆积表进行磁轭叠装，以+Y方向为起点，顺时针开始，将10层特殊磁轭冲片叠装后，开始叠装普通片，直至叠装到100mm高度。用测圆架及内径千分尺测量预堆磁轭的半径及圆度满足要求，分别将涂有二硫化钼的导向销插入调整好的磁轭，反复调整测量磁轭半径，圆度整形满足要求。

（2）大力筋调整

用基准筋调整时的方法检查其半径、垂直度高程满足要求。调整其他大力筋时，旋动大力筋底部支撑螺栓，调整其与转子中心体下法兰面高差满足设计要求。在测圆架上架2块百分表，以基准筋上下两点为起点，调整其他大力筋半径及径向垂直度满足设计要求。以基准大力筋磁轭键顶部中心为起点，分别测量相邻大力筋间弦距满足要求。

2.3磁轭叠压

清洗磁轭冲片，冲片按每级0.2kg重量差进行等分，并测量记录各部位厚度，按图纸编制叠片表。根据磁轭叠片图，按预堆段磁轭的末端一层磁轭冲片开始正式叠装，磁轭叠片每层16个基础层，每个基础层由5张磁轭片组成。每个基础层错开一个磁极，按7层为一个基本循环，一个循环的结束为另一个循环的起始层；磁轭叠片时所使用的定位长短销钉交错放置，在叠片时随叠片的高度增加而提升，安装上压板后拆除定位销钉；在整个磁轭叠装过程中必须不断检查中心体下法兰水平、磁轭底部的平面度，随时用千斤顶调整。

磁轭叠片分五次压紧，预压力矩为1800Nm，每次预压前后必须用测圆架检查和调整磁轭圆度，以免磁轭不圆或中心偏移，调整磁轭圆度时可用在大力筋与转子支臂筋板加斜楔的方法调整；第四次压紧后测量磁轭厚度、波浪度，根据前四次压紧量及设计最终高度，计算最后一段磁轭叠装数量；最后一层特殊磁轭冲片叠装完成后安装上压板；最终压紧用液压拉伸器分三遍逐步升压至设计压力的方式进行压紧，并测量螺栓的拉伸值满足设计要求。

3磁轭热加垫

磁轭叠压完成后，对大力筋进行焊接，焊前分上、中、下三处在焊缝的背缝布置搭接板，在各焊缝两侧处，打上测量变形的样冲点，大力筋采用对称焊，焊接完成后，对磁轭半径、圆度、转子中心体水平进行检测并记录，同时，测量大力筋与磁轭间间隙d，以备磁轭热加垫配垫时用。

热加垫理论值t=3.4mm，计算调整垫片厚度t1=t+d，配置调整垫片；计算转子磁轭收缩的垫片厚度，取上1、上2、中、下1、下2五处测量的间隙的数值，再加上收缩值。如果上、中、下测量的间隙差别大于0.3mm时，要考虑配制上、中、下不同厚度的垫片。

加热磁轭至径向膨胀约4.1mm（打键后径向量增加设计值为0.7mm），参考加热温度为T=室温+75℃，加热的温升控制在6～10℃/h，磁轭膨胀后，迅速插入调整垫片，磁轭冷却后紧固。磁轭温度冷却后,测量磁轭圆度、半径及径向垂直度满足要求。冷却后，测量磁轭上压板与大立筋上部凹槽顶面的距离，根据测量数据，计算锁定板与上压板之间所需加的垫片厚度，安装大力筋锁定板。

4磁极挂装

（1）磁极挂装前，复测磁轭半径满足要求；清洗转子支臂及磁轭，清扫磁极垫片及磁极键；对单个磁极进行电气试验，检查绕组极性、直流电阻、交流阻抗、绝缘电阻等技术参数符合设计要求；按照磁极铁芯的长度确定磁极中心，并标识清楚；参考转子下挠度、定子铁芯中心实际安装高程等数据确定磁极挂装高程（与转子中心体下法兰面高差）。

（2）依据磁轭半径，各相应磁极厚度及转子设计半径，估算磁极加垫厚度。以1号磁极为基准磁极，将磁极起吊后放入磁轭鸽尾槽内，待下降1/3高度后，将准备好的磁极垫片及涂有二硫化钼磁极键插入键槽，随磁极下降而下降，磁极挂装见图2。

（3）用大锤打紧磁极键，测量磁极半径满足设计要求，否则应将磁极拔出后重新配垫，反复调整至实测半径满足设计要求。

图2磁极挂装示意图

（4）挂钢琴线测量磁极垂直度，用水准仪测量磁极中心与转子下法兰面满足要求。

（5）根据1号磁极挂装方法，挂装其他磁极。

（6）磁极挂装完成后，复测转子中心体水平及测圆架满足要求，测量磁极半径、圆度、高程，并作记录。

磁极挂装完成后，根据设计图纸要求，安装磁极连接线、制动板、阻尼环等附件。

磁极挂装后对转子进行绝缘电阻、交流阻抗及耐压试验，最后对转子整体进行彻底清扫，按照厂家要求进行喷漆防腐。

5转子安装的重点及难点

5.1大力筋安装过程控制

在大力筋安装及焊接时，应注意以下几点：①基准大力筋调整完成后，在进行其他大力筋调整时，由于大力筋弦距、径向垂直度调整时会相互影响，因此，大力筋弦距、径向垂直度调整应同步进行。②大力筋控制尺寸是依靠磁轭尺寸控制调整，因此，在大力筋安装调整完成后，预装部分磁轭，在保证磁轭圆度情况下，对大力筋进行检查调整，大力筋应完全垂直，磁轭与大力筋之间没有径向间隙。磁轭每压紧一次，在磁轭控制尺寸检查完成后，都应该按上述要求检查大力筋。③在大力筋焊接时，焊道分布为先两边后中间。为减小变形，大力筋焊缝全部采用φ3.2焊条进行焊接，同时应随时监测大力筋变形情况，根据变形情况改变焊接顺序以减少变形，必要时应中断焊接，待焊缝在石棉被覆盖下缓慢冷却至与环境温度一致时，测量大力筋轴向及周向垂直度，从而调整焊接顺序。

5.2磁轭叠装过程控制

转子磁轭叠压前，在调整合格的大立筋上，用深度尺测量大立筋顶部到转子支架顶部的距离，在大立筋顶部将测量数值打上钢印。在每段磁轭叠装完成后，需要注意以下几点：①用带有百分表的测圆架和深度尺检查大立筋的轴线位置。如果测量值与大立筋顶部的钢印数值不一致，则要调整大立筋。②用精密水平仪和带百分表测圆架，检查下压板的水平。如果下压板不水平则调整下压板。③用测圆架检查磁轭的同心度，必要的话，用塑料锤或液压工具重新调整磁轭。④检查磁轭大立筋的调整，大力筋必须完全垂直，磁轭与磁轭键之间应没有径向间隙。

6结语

水轮发电机转子是水轮发电机组的关键部件，对整个机组的安全可靠运行至关重要。转子磁轭在运行过程中由于受到强大的离心力作用，可能会产生磁轭径向变形，使磁轭与中心体发生径向分离。同时，受运输条件限制，大型水轮发电机转子部件都是散件到货，需要在现场进行组装，所以现场转子安装质量控制也是整个发电机安装过程控制的重中之重。

鲁地拉电站在转子组装过程中，重点对支臂焊接、大力筋安装、转子圆度和半径测量、磁轭热加垫等关键工艺和难点进行了严格的质量控制。采用了小型加热块在磁轭通风槽均匀布置加热方法和磁轭热加垫工艺，以及采用多种磁极组合键对磁极进行调整控制，保证了转子组装质量和后期机组安全运行。

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中图分类号：TV734

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）04-0038-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.011

收稿日期：2014-09-19

作者简介：周若愚（1983-），男，工程师，从事机电安装技术管理工作。