大型水輪發(fā)電機(jī)組磁軛熱打鍵工藝

夏保國(guó)

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要根據(jù)國(guó)內(nèi)大型水輪發(fā)電機(jī)磁軛的組裝經(jīng)驗(yàn)，對(duì)磁軛熱打鍵工藝進(jìn)行了總結(jié)，主要介紹了磁軛徑向鍵結(jié)構(gòu)，磁軛成對(duì)徑向、橫向復(fù)合鍵結(jié)構(gòu)，磁軛徑、切向鍵復(fù)合結(jié)構(gòu)熱打鍵工藝，對(duì)磁軛熱打鍵施工過(guò)程做了詳細(xì)說(shuō)明，為以后大型水輪發(fā)電機(jī)磁軛組裝熱打鍵提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞磁軛；加熱；溫差控制；熱打鍵

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.01.13

中圖分類號(hào)：TM312

作者簡(jiǎn)介：夏保國(guó)男1981年生；畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)流體機(jī)械專業(yè)，現(xiàn)從事水輪發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)指導(dǎo)工作.

收稿日期：2014-10-18

Thermally-Embedded Key Technology for Magnetic Yoke of Large Hydro-Generator Unit

XiaBaoguo

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

AbstractAccording to assembly experience of large domestic hydro-generator magnetic yoke, thermally-embedded technology of magnetic yoke is summarized in this paper. The structures of radial key of magnetic yoke and radial-and lateral-compound key of magnetic yoke are mainly introduced, and thermally-embedded technology of compound key of magnetic yoke is described. The working process of thermally-embedded key technology of magnetic yoke is introduced in detail, it has provided precious experience of thermally-embedded key technology for later assembly of large hydro-generator magnetic yoke.

Key wordsMagnetic yoke；heating；control of temperature difference；thermally-embedded

0引言

目前，國(guó)內(nèi)大容量、高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)的越來(lái)越多，機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)磁軛受強(qiáng)大離心力作用而產(chǎn)生徑向變形愈來(lái)愈顯著。傳統(tǒng)的磁軛冷打鍵方式已無(wú)法保證機(jī)組運(yùn)行時(shí)的緊量，造成磁軛與輪臂的分離，不僅使機(jī)組產(chǎn)生過(guò)大的擺度和振動(dòng)，而且還會(huì)使輪臂掛鉤因受沖擊而斷裂，造成嚴(yán)重事故。近年來(lái)普遍采用磁軛熱打鍵的方法，熱打鍵就是根據(jù)已選定的分離轉(zhuǎn)速計(jì)算磁軛徑向變形增量，從而得出磁軛與輪臂的溫差，然后加熱磁軛，使其膨脹，在冷打鍵的基礎(chǔ)上，再增加與其徑向變形增量相等的預(yù)緊量，以抵消機(jī)組運(yùn)行中的變形增量。

1磁軛熱打鍵前測(cè)量及計(jì)算

1.1按編號(hào)記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度、脹量的初始值。

1.2根據(jù)設(shè)計(jì)的打緊量及磁軛圓度或同心度、磁軛垂直度的標(biāo)準(zhǔn)要求，確定各磁軛鍵的熱態(tài)調(diào)整量。依據(jù)磁軛鍵的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，劃出其“打入”或“退出”長(zhǎng)度的終止線，標(biāo)記明確。

1.3對(duì)熱加墊的磁軛鍵，按其“冷”打鍵階段裝配，實(shí)測(cè)徑向間隙值和設(shè)計(jì)要求的預(yù)緊量，同時(shí)，考慮磁軛圓度或同心度的調(diào)整要求，按下面公式計(jì)算確定各磁軛鍵熱加墊的厚度。選配、修理墊片，要求厚度偏差±0.05mm，表面及棱邊應(yīng)無(wú)凸點(diǎn)、毛刺、漆膜等異物。應(yīng)加墊的厚度為

H=δ+A-B

(1)

式中，H—應(yīng)加墊片厚度(mm)；δ—設(shè)計(jì)預(yù)緊量(mm)；A—實(shí)測(cè)磁軛鍵與鍵槽的徑向間隙(mm)；B—圓度或同心度實(shí)測(cè)半徑Ri與實(shí)測(cè)平均半徑R之差(Ri-R)(mm)。

1.4對(duì)于鍵槽板與支架立筋在磁軛疊裝后焊接的結(jié)構(gòu)，應(yīng)在鍵槽板與支架立筋焊接后測(cè)量A間隙值，并按式(1)確定加墊厚度。

1.5磁軛熱打鍵的相關(guān)計(jì)算

磁軛溫差計(jì)算公式

(2)

式中，δ—熱打鍵緊量(mm)；α—線性系數(shù)(鋼11×10-6mm/℃)；R0—輪臂的半徑(mm)。

磁軛加熱所需要的總?cè)萘坑?jì)算

(3)

式中，K0—保溫系數(shù)取 3； △t—計(jì)算溫差 (℃)；G—磁軛總重量 (T)；C—磁軛材料比熱容，鋼為0.5KJ/kg.℃；T—預(yù)計(jì)所需時(shí)間，8×3600S。

2磁軛加熱方法

根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和施工方案，布置磁軛加熱設(shè)施。磁軛加熱方式有鐵損法、電熱法、熱風(fēng)法與綜合法等。

2.1采用鐵損法加溫

鐵損法是在磁軛上繞以激磁繞組，通入工頻交流電激磁加熱，用蓬布覆蓋保溫。

激磁電源為工頻交流電源，將經(jīng)計(jì)算確定的激磁繞組沿磁軛環(huán)圓周均布纏繞，并在跨越支臂立筋處，盡可能與其保持較大的平面距離，同時(shí)在繞組與磁軛的棱邊和各表面之間，采用具有絕緣、阻燃性能的墊塊與繩索進(jìn)行分段襯墊和綁扎。

2.2采用電熱法加溫

電熱法即用特制的電爐或遠(yuǎn)紅外線元件加熱，以石棉布保溫。推薦采用具有溫度調(diào)節(jié)及溫度自動(dòng)記錄功能的可控硅電源控制柜供電加溫。如受條件限制，可用220V或380V電源，以分部斷續(xù)通電方式加溫。加熱器總?cè)萘吭诖跑梻?cè)面與下端面的布置分配比宜為4:1，并注意支架免受熱輻射。

根據(jù)樂(lè)灘、龍灘等多個(gè)大型電站轉(zhuǎn)子的安裝經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)磁軛的加熱多采用廠家提供的履帶式加熱板進(jìn)行加熱，每個(gè)加熱板的功率為3kW，根據(jù)公式計(jì)算出磁軛與轉(zhuǎn)子支架的溫差以及加熱所需要的總?cè)萘?，在磁軛外表面安裝盒式或履帶式紅外線加熱器。必要時(shí)，可在磁軛下端面、通風(fēng)槽、“T”形(燕尾)槽內(nèi)安裝盤(pán)狀和管狀電爐進(jìn)行加溫。

對(duì)圓盤(pán)式或高長(zhǎng)徑比型轉(zhuǎn)子宜采用電熱法或熱風(fēng)法加溫，輪臂式大容量轉(zhuǎn)子可采用鐵損法加溫，并分別計(jì)算電力功率。

2.3采用熱風(fēng)法加溫時(shí)，應(yīng)保證熱風(fēng)的循環(huán)通道順暢，磁軛上、下溫升基本均勻，磁軛與轉(zhuǎn)子支架隔熱良好，且加熱溫升滿足規(guī)定要求。

2.4加熱設(shè)施布置完成后，用500V搖表檢查，激磁繞組或電熱器系統(tǒng)的對(duì)地絕緣電阻應(yīng)不小于0.5MΩ，并設(shè)導(dǎo)線斷面不小于50mm2的接地保護(hù)。在磁軛上端面，并沿磁軛內(nèi)、外表面至地面之間，分別敷設(shè)玻璃纖維氈和懸掛石棉布等絕熱阻燃材料。必要時(shí)，其外可再覆蓋防火蓬布保溫。

3磁軛熱打鍵工藝

3.1磁軛與轉(zhuǎn)子支架之間形成溫差方法

3.1.1在具有高長(zhǎng)徑比的轉(zhuǎn)子的支墩或地溝、隧道式通道的轉(zhuǎn)子組裝場(chǎng)地，可利用其建筑結(jié)構(gòu)的有利條件，在其支墩通道口安裝風(fēng)機(jī)，采取強(qiáng)迫送風(fēng)的措施對(duì)支架進(jìn)行散熱冷卻。

3.1.2在安裝間進(jìn)行組裝的磁軛，可以采用風(fēng)冷或噴淋冷卻裝置對(duì)轉(zhuǎn)子支架進(jìn)行冷卻的方式。其主供管應(yīng)具有足夠的通流斷面，并據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇壓縮空氣或水作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行對(duì)稱、均勻冷卻。如壓縮空氣系統(tǒng)容量較小，應(yīng)選擇水冷噴霧方式。

3.1.3當(dāng)采取水冷噴霧方式，對(duì)發(fā)電機(jī)軸或中心體法蘭、下導(dǎo)軸頸等精密加工部位應(yīng)采取防水、防銹的措施，并在組裝場(chǎng)地地面構(gòu)筑擋、排水圍堰。

3.2磁軛加溫過(guò)程控制及監(jiān)護(hù)

3.2.1磁軛加溫過(guò)程中，應(yīng)設(shè)專業(yè)人員分工巡視檢查，每30min檢測(cè)記錄一次磁軛加溫電氣參數(shù)、磁軛與支架的溫差和脹量。

3.2.2控制磁軛溫升速度，每小時(shí)不大于10℃，并根據(jù)磁軛溫升及其上、下溫差和脹量情況，利用溫控柜自動(dòng)或人工手動(dòng)適時(shí)投、切磁軛相關(guān)部位的加熱器。

3.2.3轉(zhuǎn)子支臂處設(shè)有噴淋或風(fēng)機(jī)冷卻裝置，視轉(zhuǎn)子支架與磁軛的膨脹間隙變化及時(shí)投退，實(shí)現(xiàn)并維持轉(zhuǎn)子支架與磁軛之間設(shè)定的溫差與脹量。

3.3各種結(jié)構(gòu)磁軛熱打鍵方法

3.3.1根據(jù)磁軛的直徑大小，在磁軛與支臂間設(shè)置4處或8處測(cè)量桿，并測(cè)量初始數(shù)據(jù)。磁軛加溫后，通過(guò)測(cè)量磁軛膨脹所產(chǎn)生的間隙，得到準(zhǔn)確的熱脹量。加溫過(guò)程中，應(yīng)在適當(dāng)位置布置一些溫度計(jì)，保證磁軛各處溫度均勻，支臂溫度不超過(guò)100°。當(dāng)磁軛與轉(zhuǎn)子支架間的溫差、膨脹間隙達(dá)到設(shè)定要求后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的間隙超過(guò)設(shè)定值0.20mm，可及時(shí)進(jìn)行熱加墊(熱打鍵)操作。

3.3.2對(duì)于徑向鍵結(jié)構(gòu)，檢查各磁軛主鍵和副鍵下端支撐牢固，按確定的各磁軛鍵的緊量，用小錘對(duì)稱打入副鍵至原標(biāo)定的位置。待磁軛自然冷卻、圓度檢查合格后，割去上、下多余部分，并按設(shè)計(jì)要求點(diǎn)焊或鎖固定位。

3.3.3對(duì)于具有成對(duì)徑向、橫向復(fù)合鍵結(jié)構(gòu)，按編號(hào)在徑向鍵與磁軛之間插入預(yù)定厚度的墊片。按設(shè)定的圓度或同心度，以及其徑向垂直度的調(diào)整量，打入或退出橫向鍵的副鍵，待磁軛自然冷卻后，測(cè)量磁軛半徑、圓度或同心度、垂直度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。待機(jī)組盤(pán)車檢查轉(zhuǎn)子圓度或同心度合格后，按設(shè)計(jì)要求切割、點(diǎn)焊橫向鍵。

3.3.4對(duì)于徑、切向鍵復(fù)合結(jié)構(gòu)，在副鍵上刻記號(hào)，拔出“凸”型中心鍵。將加墊墊板安裝于凸鍵的徑向平面?zhèn)?，并從適當(dāng)部位將其端頭褶彎與凸鍵底部端面點(diǎn)焊后，隨同凸鍵一起插入磁軛鍵槽。安裝兩側(cè)副鍵，使其打入的深度達(dá)到拔出前的位置，注意緊量一致。磁軛自然冷卻后，拔出副鍵，要求接觸面應(yīng)達(dá)70%以上，在其各工作面涂二硫化鉬潤(rùn)滑脂后，再用大錘在凸鍵兩側(cè)對(duì)稱打緊，復(fù)查其小頭的楔入深度，應(yīng)與凸鍵下端平齊，多余部分切除。

3.3.5磁軛熱打鍵結(jié)束后，切斷加溫電源，由下至上分步、逐漸揭開(kāi)保溫設(shè)施，轉(zhuǎn)子緩慢自然冷卻至室溫，冷卻過(guò)程中注意使磁軛下端略較上部先行降溫。

3.3.6檢查磁軛半徑、圓度或同心度、垂直度以及下端面水平度，應(yīng)符合設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)無(wú)軸結(jié)構(gòu)的傘式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，磁軛熱打鍵后，需檢查轉(zhuǎn)子中心體上、下止口配合尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

3.3.7按設(shè)計(jì)要求切割磁軛鍵，鎖定或點(diǎn)焊磁軛鍵及磁軛螺桿。

3.3.8對(duì)轉(zhuǎn)子支架和磁軛各部位，用毛刷、工程用布、面團(tuán)、壓縮空氣進(jìn)行徹底清掃，并派專人認(rèn)真檢查，使轉(zhuǎn)子支架和磁軛各部位無(wú)油污、鐵屑、焊渣、沙塵等異物。合格后，在磁軛內(nèi)、外側(cè)通風(fēng)槽口和沖片層間縫隙處，用氧化鋅膠布或不干膠帶進(jìn)行封貼。

4結(jié)語(yǔ)

本文介紹了大容量、高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)磁軛熱打鍵的安裝工藝過(guò)程，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)磁軛鍵分別作了介紹，磁軛熱打鍵過(guò)程中需要嚴(yán)格遵守工藝流程，保證磁軛組裝質(zhì)量，避免出現(xiàn)磁軛與輪臂分離現(xiàn)象，保證機(jī)組長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于磁軛結(jié)構(gòu)特殊的機(jī)組，將結(jié)構(gòu)研究清楚，可借鑒上述磁軛熱打鍵方法，編制有針對(duì)性的工藝方案，確保磁軛組裝安全可靠。

參考文獻(xiàn)

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