尹海濤

摘 要：為了350 MW空冷汽輪發(fā)電機定子電屏蔽環(huán)生產(chǎn)的順利進行，電屏蔽環(huán)極容易變形，使制造過程很困難。本文簡要探討了屏蔽環(huán)的加工及裝配工藝方案。

關鍵詞：空冷汽輪發(fā)電機 電屏蔽環(huán)的作用 銅板

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0140-01

根據(jù)國家對發(fā)電設備行業(yè)“上大壓小”的調(diào)控政策實施，各個發(fā)電設備制造廠都進行了產(chǎn)品的升級換代，提升了產(chǎn)品的單機容量。南京汽輪電機（集團）有限責任公司研制了350 MW空冷汽輪發(fā)電機，并于2008年6月完成了首臺350 MW空冷汽輪發(fā)電機的制造。定子在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)屏蔽環(huán)變形量大，對后續(xù)的裝配過程造成了嚴重的影響。為此，進行此項專題研究。

定子的電屏蔽環(huán)在大型的汽輪發(fā)電機上使用比較普遍，原理性的描述很多，可以總結(jié)為：大型汽輪發(fā)電機一般都是兩級，因此線圈端部長，所以定子線圈端部存在一個比較大的旋轉(zhuǎn)漏磁場。轉(zhuǎn)子線圈端部也存在一個隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的漏磁場。以上兩個磁場會合成一個旋轉(zhuǎn)磁場，合成磁場作用到定子端部使端部各零部件附加損耗增大。附加損耗主要是合成漏磁通引起的渦流損耗。渦流損耗會引起定子端部溫度升高，嚴重時會損壞定子端部各零部件，特別是壓圈。如果壓圈損壞就需要更換壓圈，這樣會造成整臺定子都需要拆散修理，因此需要保護好定子端部的零部件，特別是壓圈。定子端部漏磁通是合成漏磁場的主要成分，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的端部漏磁通相比較而言就輕微一些。因此主要考慮消除定子端部漏磁對定子端部的影響。一般的措施有以下幾點。

（1）縮短端部繞組尺寸。

（2）端部零部件盡量采用非金屬材料或非磁性材料。

（3）端部鐵芯設計成階梯型。

（4）端部鐵芯開槽。

（5）由于端部采用階梯鐵芯后，壓圈處的漏磁會增加。因此采用壓圈外加電屏蔽環(huán)，利用屏蔽環(huán)內(nèi)的渦流阻止漏磁進入壓圈內(nèi)圓，使壓圈內(nèi)圓的漏磁分散，防止壓圈局部高溫。

所以總的原理就是：為了減少漏磁對定子端部的影響，需要將端部設計成階梯型。定子端部設計成階梯型，就需要保護壓圈，因此需要用到電屏蔽環(huán)包裹壓圈或者壓圈本身設計成鋁壓圈、鑄鐵等。壓圈是鐵芯的壓緊裝置，需要比較高的機械強度，所以一般生產(chǎn)制造廠家都選用鍛鋼。基本上大中型的汽輪發(fā)電機都采用了鍛鋼壓圈，因此需要在在壓圈外包裹電屏蔽環(huán)。我們350 MW空冷汽輪發(fā)電機的鐵芯壓圈就采用了鍛鋼壓圈，外面包裹銅板電屏蔽環(huán)來保護。

相對于電屏蔽環(huán)的原理說明，電屏蔽環(huán)的加工和裝配工藝過程的說明就很少了。在總結(jié)了小機組屏蔽環(huán)的加工工藝過程以及查閱了一些相關專業(yè)書籍之后，為了達到保護壓圈的目標，350 MW空冷汽輪發(fā)電機定子電屏蔽環(huán)采用12 mm銅板加工而成。從節(jié)省成本的角度考慮，工藝過程為6塊方形銅板切割成扇形然后拼焊成一個同心圓環(huán)，再上車床加工內(nèi)、外圓到圖紙尺寸，同時加工出固定孔以及包壓圈的斜面。

這樣的加工工藝過程比較簡單，弱點也比較明顯。最大的不足是后續(xù)的裝配過程中，固定孔的位置與壓圈上螺紋孔的位置相差懸殊，造成裝配困難。很多時候需要將固定孔再加工，加工過程是不規(guī)則的實配加工，加工過程相當?shù)睦щy，且屏蔽環(huán)的最終外表面很不美觀。

為了解決問題，我們進行深入探討與研究。裝配的難點就是固定孔位置很難對準，位置不準的原因是有兩點。

（1）屏蔽環(huán)變形引起的。變形的原因是因為材料的機械性強度不足，加工、運輸?shù)仍斐闪俗冃?。選擇銅板作為屏蔽環(huán)的材料是為了滿足電屏蔽效果，保護護環(huán)內(nèi)圓。銅材的導電性好，但機械強度略顯欠缺，加工裝配、轉(zhuǎn)運過程中容易變形。

（2）屏蔽環(huán)的加工是水平加工，裝配時采用垂直裝配。垂直裝配時，由于壓圈的彈性形變以及夾裝過程中的夾角，造成了一定的錯位。

針對具體原因，我們通盤考慮，從加工到裝配整體改進。

首先是大局調(diào)整，裝配方式由垂直裝配改為水平裝配。裝配的工藝點由下線區(qū)域改為疊壓區(qū)域。改進的優(yōu)點明顯，能夠使裝配狀態(tài)盡量的符合加工狀態(tài)，減少壓圈彈性變形和夾裝過程中的錯位，同時也方便位置調(diào)整。缺點就是需要增加下線區(qū)的二次裝配。二次裝配主要是裝配定子端部的其他零部件。屏蔽環(huán)基本不需要調(diào)整了。

其次是加工方式的微調(diào)。加工過程改為切割、退火、焊接、拍平、劃線、預打孔、打孔、擠壓、割去殘料、復裝等。具體工序過程有以下幾方面。

（1）將毛料（方形）劃扇形加工線，用焊鉅切割成扇形，打磨焊接坡口。

（2）高溫退火，降低銅板的硬度。

（3）將6塊扇形擺放成圓環(huán)狀，調(diào)整位置，焊接成整個圓環(huán)。

（4）拍平。將已經(jīng)成型的屏蔽環(huán)擺放到平板上用重物壓平，以減少劃線的誤差。

（5）劃線。在平板上找到屏蔽環(huán)的中心（兼顧內(nèi)外圓），按圖紙要求劃固定孔的位置線。

（6）屏蔽環(huán)上手工預打M12的工藝螺紋孔，螺紋孔是用來轉(zhuǎn)運和起吊用的。之前的轉(zhuǎn)運和起吊可以之間用鋼絲繩垂直起吊和轉(zhuǎn)運，拍平之就要水平起吊了。

（7）水平起吊屏蔽環(huán)去加工固定孔，孔加工過程中要去掉已經(jīng)存在的M12工藝螺紋孔。

（8）用螺栓固定好屏蔽環(huán)，擠壓屏蔽環(huán)加工出與壓圈匹配的斜面，達到圖紙要求。

（9）加工內(nèi)、外圓，去除多余的殘料。

（10）復裝屏蔽環(huán)到壓圈上。吊屏蔽環(huán)到疊壓區(qū)域，屏蔽環(huán)隨壓圈一起疊壓。疊壓結(jié)束后，屏蔽環(huán)隨鐵芯一起吊到下線區(qū)域，裝配端部零部件，完成定子裝配。

結(jié)語

經(jīng)過反復的討論和細化，按上述工藝方案加工、裝配出來的屏蔽環(huán)，尺寸符合圖紙要求，表面清潔光滑，圓滿完成了既定的研究任務，確保了生產(chǎn)的順利進行。需要注意的是，電屏蔽環(huán)與壓圈之間需緊密接觸，確保兩者之間不會有電火花。

參考文獻

[1] 汪耕，李希明.大型汽輪發(fā)電機設計、制造與運行[M].上海科學技術出版社，2012.