斜卡水电站转子磁轭斜键安装工艺

2020-11-27钱烽祥郑远超

水电站机电技术 2020年11期

钱烽祥，郑远超

（四川久隆水电开发有限公司，四川成都 610094）

斜卡水电站工程位于四川省九龙县境内，总装机3×45 MW，水轮发电机额定转速为375 r/min，飞逸转速为703 r/min，惯性力矩为900 t·m2。水轮发电机的转子磁轭为迭片式结构，用2.5 mm厚钢板冲制成磁轭扇形冲片。叠片时各层间相错一个极距，每极用一个销子定位，整圆用螺杆拉紧，两端由分块式磁轭压板夹紧，叠片磁轭和转子支架用斜键打紧。

机组运行时转子磁轭将受到巨大的离心力的作用，巨大的离心力会使磁轭发生显著的径向变形，使磁轭与支臂发生径向分离间隙，转速愈高，分离间隙愈大[1]。这不仅会使水电站机组产生过大的摆度与振动，甚至还会使支臂挂钩因受冲击而断裂，甚至造成严重的运行事故。因此，斜卡电站磁轭键的安装应分两次进行，分别为冷打键和热打键。冷打键即为在冷状态下打键，热打键即为在热状态下打键。

1 磁轭斜键安装

1.1 冷打磁轭斜键

冷打键主要功能为调整磁轭圆度，减少磨圆工作量。通过冷打键还能消除磁轭螺孔与螺杆之间的配合间隙，使热打键时能获得准确的单侧紧量。

冷打键的工序过程如下：

先用测圆架及千分表测得磁轭外圆的圆度。精研磁轭斜键，使键的工作面之间能够良好接触。用布拉净键槽，装入抹上凡士林的磁轭斜键，长键（打键）在内，大头在上；短键在外，大头在下；用大锤逐步将磁轭斜键打紧。根据磁轭圆度记录，先打入半径方向偏小的磁轭键，借以调整磁轭圆度和偏心度。然后均匀、对称地用12磅大锤把磁轭斜键及斜楔打紧，直到10磅大锤连续三次，键只下去0.08 mm～0.25 mm为合格。打紧过程中应测量转子圆度变化进行随时调整，使得磁轭圆度各半径与设计半径之差小于等于设计气隙值的±3.5 %（±0.84 mm），磁轭各边对称度小于等于0.3。在各配对键的侧面画一横线，作为下一步热打键的起始线。

1.2 热打磁轭斜键

1.2.1 计算电加热总容量

电加热总容量计算公式为：

式中P为电加热总容量，kW；K0为保温系数一般取2～4，本文K0值取为3； Δt为计算温差，取60℃；G为磁轭总重量，kg；C为磁轭材料的比热，钢C=0.50(kJ/kg·℃)；T为预计所需加热时间，s。

取预计所需加热时间T为5 h，则加热容量为：

1.2.2 计算打入热打键打入深度值

计算磁轭重心半径，公式如下：

式中R1为内切圆半径（磁轭内圆），取1 251 mm；R2为外切圆半径（磁轭外圆），取1 671 mm；

得磁轭重心半径为：Re=1 471.06 mm

计算单侧紧量，公式为：

式中α为磁轭材料的平均线膨胀系数，取值为11×10-6/℃。

当磁轭比立筋支架温度为60 ℃时：

单侧紧量为：δ=△ΤαRe=60 ℃×1 471.06 mmmm；

打入深度为：L=δ×n=0.97×200=194 mm；n为斜键的比例系数，取值为1∶200；

在此基础上，验证打键深度的合理性，即正常运行时机组转子产生的离心力、飞逸转速时机组产生的离心力与热打键打入后产生的预紧力相比较。该机组转子中心体共八根支柱，打八根热打键，每根热打键所打出的单侧紧量为δ。

式中E为弹性模量，取值2×106N/m2；A为磁轭横截面积，A=磁轭总高度（1 750 mm)×｛磁轭外径（1 671 mm）—磁轭的内径（1251mm）｝=7 350 cm2；L为磁轭周长，该转子磁轭周长为125.1 cm。则磁轭比立筋支架温度高60 ℃时，δ=0.97×8=7.76 mm：F预紧力=9.12×107N；

根据离心力公式：

式中m取87 000 kg，正常运行时nn=375 r/min，飞逸转速时为nR=703 r/min；R取平均值半径1.018 m。

在未计算冷打键的预紧力时，在磁轭比立筋支架温度高60 ℃时的预紧力已大于飞逸转速产生的离心力，且反算得到的安全系数为1.9，满足安全系数ns=1.5～2.0之间的要求，此时表示工作状态安全。因此要求磁轭比立筋支架温度高60 ℃且热打键的打入深度为194 mm。算出打入深度后，再在长线上画热打键的终止线。

1.2.3 打热打键

打热打键前，需先利用电热法对转子磁轭加热，根据已计算好的加热总容量、单个加热棒及加热板的发热功率，选择合适数量的加热器布置在磁轭下面和磁极挂装面，转子支架和磁轭用导电良好的导线接地；在磁轭外面和顶部及底部用石棉布严密覆盖，再用石棉布将整个磁轭围住，达到保温的效果。

在完成检查加热准备工作后，通电加热。磁轭加热升温均匀，升温速度不大于10 ℃/h，同时要求相同时间内，磁轭的温度增加高于转子支架的温度增加，加热时间控制在12 h以内，用红外点温枪严格监控各部温度。待磁轭与转子支架温差达60 ℃时，断开加热电源，用大锤快速、均匀、对称地打入长磁轭斜键至标记位置，打键过程中应随时测量、检查磁轭圆度、同心度，并做好相应记录。

1.2.4 完成磁轭装配

拆除保温及加热元件，让磁轭自然缓慢均匀地冷却到室温。复查磁轭同心度及圆度，磁轭上、中、下各测一点，做好记录。合格后，将磁轭键留有能拔键的余量长度后，即把其他多余长度割除，然后磨平割口面，再两键搭焊，并点焊在磁轭和立筋上。挂装磁极平面用长度＞1 000 mm平尺检查平直，磨去高点。再装配压板、调整垫片，把紧各紧固件并点焊。用磁轭T尾槽拉刀拉削磁轭冲片挂装磁极T尾槽。至此磁轭装配完成。