磁轭装配工艺分析

发电机磁轭装配工艺分析
摘要本文介绍了阿鸠田三台水轮发电机磁轭现场装配的工艺方法。

主要包括磁轭冲片现场叠装、压紧、铣孔、冷热打键及修磨外圆。

关键词磁轭冲片磁轭键冷打键热打键
1前言
云南阿鸠田电站水轮发电机是我厂迄今为止生产的最大容量的高水头冲击式水轮发电机（35000KW）。

由于发电机转子尺寸偏大、重量达105T，因此采用在厂家热套转子支架，在电站现场进行磁轭装配。

磁轭装配是一项工艺复杂、工期较长的工序也是转子装配中的关键工序，阿鸠田水轮发电机磁轭的重量约占发电机总重的15％，磁轭和磁极在运转中所产生的巨大离心力将由冲片叠成的磁轭本体来承受，这就要求磁轭冲片叠装时要有足够的整体性、密实性、牢固性，不允许有丝毫的位移和松动。

在安装和试运行时，因磁轭冲片叠装不符合图纸要求而返工的现象时有发生。

因此，磁轭冲片叠装时，每道工序都应经过仔细严格检查，杜绝发生磁轭外侧下塌、整体滑动及磁轭松动下沉等严重质量事故。

笔者三次到阿鸠田电站进行转子装配工作，遇到了一些实际问题，采取了相应的工艺措施，使三台阿鸠田水轮发电机磁轭装配得以顺利完成。

2磁轭装配工艺分析
2.1磁轭冲片叠装前的准备工作
（1）冲片去毛刺、清洗、称重、分类。

冲片分类的目的是使转子
获得很好的对称平衡，由于阿鸠田磁轭冲片单重12Kg，磁轭高度1740mm，发电机额定转速375r/min，我们按相差0.2Kg进行质量分类。

下表是阿鸠田磁轭冲片现场分类统计：（单位Kg）
（2）拉紧螺杆的清洗、检查和整理。

阿鸠田转子磁轭的拉紧螺杆数量很多，共112根，分长螺杆32根；中螺杆16根；短螺杆64根。

首先清除螺杆表面油污，然后检查螺杆平直度（小于0.20mm/m），螺杆表面光滑无损伤，直径符合设计公差；螺杆两端的螺纹和螺母逐个装配检查，否则应对螺杆进行校直、去毛刺、修理螺纹工作，检查完后将螺杆按不同长度分类并堆放整齐。

（3）键磁轭的清洗和刮研配对。

阿鸠田磁轭键共8付，单付重44Kg，锥度比1:200，先用汽油将磁轭键清洗干净后，检查配对标计。

如无配对标计（阿鸠田三台机磁轭键均无配对标计），应与转子支架磁轭键槽进行刮研配对和试装，合格后打上编号，并用细铁丝拴在一起。

（4）布置磁轭支承钢支墩。

在磁轭叠装底部沿圆周放置4个支承钢支墩，钢支墩在磁轭叠装过程中起作承受整个磁轭重量的作用，钢支墩高度400mm，钢支墩的布置要满足下风扇座制动环面与钢支墩工作面接触。

2.2 磁轭冲片的叠装
（1）主轴及磁轭下压板的安装。

装配吊转子工具于主轴上，吊装主轴（已套好转子支架）在基础上，用水平仪校好水平（不大于
0.05mm/m）,固定好（见图2-1）。

先将磁轭下压板与下风扇座相
配，检查接合面是否紧密、螺孔
位置是否合适，作好对位标记。

再吊装下风扇座于支承钢支墩
上，下风扇座制动环面与钢支墩
工作面接触，吊装磁轭下压板于
转子支架支臂立筋钩面上，将4
个32T螺旋千斤顶均匀布置在下
风扇座上，支承好磁轭下压板，
用水平仪校好磁轭下压板水平（径向水平偏差不大于0.12mm/m），磁轭下压板内孔与支臂立筋间隙应一致。

在支臂立筋键槽中放入短键，大头朝下，配合斜面朝内，键的下端与键槽口齐平，并点焊，键槽上端部空隙用白布塞好。

（2）磁轭冲片的叠装及压紧。

阿鸠田转子磁轭结构是4张磁轭冲片组成一个圆；永久拉紧螺杆均匀分布在整个磁轭圆周上。

开始叠装时，最初一小段磁轭（高约50~80mm）叠片定位需用自制的销钉插入螺孔来定位，然后再用永久拉紧螺杆定位。

永久拉紧螺杆布置数量一般为总数量的20~25％，每张冲片上不少于3根。

根据阿鸠田转子磁轭实际情况，我们采用每张冲片布置7根螺杆，共28根螺杆来定位，靠近磁轭键部位不放置定位螺杆，为防止螺杆下落，螺杆下端带上螺母，并将螺母点焊在下压板上，长、中、短螺杆露出下压板长度分别
为70mm、50mm、45mm。

磁轭冲片正面一律朝上，层间相错一个极距的正反方向叠法（先朝一个方向叠至磁轭高度中心后再反方向叠），叠装过程中应保持冲片清洁，以免影响冲片的压紧。

每张冲片均须从螺杆顶端穿入，为了方便叠片，我们在磁轭外圆铺设木板行走平台，用人力抬起逐片连续按圆周顺序叠片。

磁轭是由许多张冲片堆积并由螺杆压紧成一个整体圆环的，为了避免运转时因机械振动和温度影响及电磁力作用而松动，磁轭应是一个非常紧密的刚性整体，因此我们采用分段两次预压的工艺，磁轭总高1740mm，分段高度：650mm、1250mm，压紧冲片时，严格遵守对称且顺一个方向由里到外多次压紧的原则，每次螺母拧紧角度不大于120°，以免产生过大的波浪度。

压紧过程中，要经常测量冲片的高度（包括外圈和里圈）及圆度，对于个别高点采用多次压紧的方法来调整高差和消除鼓包及已出现的波浪形。

分段压紧合格后，须在圆周高度方向上均匀分布多根与压紧高度相应长的钢筋，将其点焊在磁轭上，以防冲片回松，然后继续下一段磁轭的叠装，直至最后总压紧。

（3）磁轭铣孔（包括螺孔、T尾槽孔、键槽孔）和修磨外圆。

磁轭装压虽有螺杆定位，但因螺杆与冲片有间隙，加之制造上的误差，磁轭螺孔、磁极T尾槽及磁轭边缘等不能叠得很整齐，一般会产生0.1~0.3mm错牙，这样就不能顺利穿入永久拉紧螺杆，以保证磁极T 尾与磁轭、磁轭与磁极接触良好。

铣孔就是用专门造形铣刀通过所需的孔的工艺过程；磨圆是指将磁轭外缘修磨平整。

铣磁轭压紧螺孔采用圆形铣刀，铣刀本身带有锥度（见2-2图）。

在电站现场，由于一
些实际原因，我们采用冲铣法。

阿鸠田转子磁轭螺杆孔长1740mm，我们在电站自制了一些冲杆和接长杆，冲杆和接长杆的直径比螺杆孔小2~3mm,冲杆长750mm；接长杆长1760mm。

冲铣时用10磅大锤将铣刀从磁轭上端孔打入螺孔口，插入冲杆继续打，待冲杆将要打没孔口时，拔出冲杆，塞入接长杆再打，直至铣刀从磁轭底部冲出。

磁轭所有的螺杆孔都要铣孔，为了防止磁轭冲片在冲铣过程中发生错动，应按间隔分批进行，并按内、中、外顺序进行。

穿拉紧螺杆时，在螺杆头部拧上一个特制闷头螺母（见图2-3），用大锤轻轻锤击将其穿入，拉紧螺杆全部穿入紧固后，再按顺序紧固几遍，直至额定力矩拧不动。

最后复查磁轭高度、波浪度、下压板径向水平及叠压系数，
合格后电焊所有压紧螺母。

阿鸠田三台水轮发电机的磁轭
冲片经压紧后，高度误差控制在
0~+6mm，同一纵截面内外高度差控
制在0~+5mm，按重量法计算叠压系
数K满足0.985。

铣磁极T尾槽孔。

磁极T尾槽孔
用方形铣刀冲铣，使用方法与铣螺孔相同。

铣磁轭键槽孔。

磁轭键槽孔用矩形铣刀冲铣，矩形铣刀在键的厚度方向可以调节，根据冲片错牙情况及支臂与磁轭间隙大小，可通过在铣刀中间加垫来调节铣刀厚度，使冲片铣得更加平整，与支臂键接
触面增加。

铣时要做到拔出一根磁轭键后就铣该键槽，铣完后既将配对编号磁轭键插入，并打紧。

铣修整磁轭外圆。

用1m平尺检查磁轭与磁极接触面是否平整，要求接触平面沿高度方向有60％以上的接触面积，否则用手砂轮将高点磨平。

2.3 磁轭打键
机组运行时转子磁轭受
到的离心力是很大的，特别是
容量大、转速高的机组。

巨大
的离心力会使磁轭发生显著
的径向变形，从而使磁轭与支
臂发生径向分离间隙，转速愈高，分离间隙愈打，这不仅会使机组产生过大的摆度与振动，甚至还会使支臂受冲击而断裂，造成严重事故。

因此磁轭组装时，采用磁轭打键的方法预先使磁轭与支臂之间产生预紧力，使磁轭与支臂的径向胀紧量达到能满足机组安全运行。

为了达到这一要求，打键分两次进行，先在冷态下打键（冷打键），再在热态下打键（热打键）。

（1）磁轭冷打键。

冷打键主要目的是调整磁轭圆度，减少磨圆的工作量，通过冷打键，还能减少磁轭螺孔与螺杆的配合间隙，使热打键能获得准确的紧量。

在阿鸠田磁轭冷打键中，我们先装校好测圆架（测圆架固定在主轴轴颈上），然后用百分表测量磁轭的圆度，特别是支臂对应的八点圆度，作好记录。

用压缩空气清扫键槽部位，按配对标记将另一根大键斜面涂上二硫化钼润滑剂，插入已作定位的短键和支臂之间，根据磁轭圆度记录，先打入半径方向偏小的几个区域磁轭键，以调整磁轭圆度和偏心度，然后均匀、对称地用12磅大锤将全部磁轭键打紧，直至连续三锤，键只下去0.5~1mm。

打紧过程中，注意磁轭圆度的变化，随时调整打键部位，并作好圆度记录，冷打键完后，各长键露出长度必须满足热打键打入深度134mm，在长键作好记号，热打键用。

（2）磁轭热打键。

在磁轭热打键之前，需要对磁轭进行加热，使之膨胀，径向膨胀量满足0.74mm。

磁轭加热方法有：铜损法、铁损法、电热法、综合法。

根据电站实际情况及磁轭与支臂温差要求高，阿鸠田三台磁轭用电热法加热。

我们在磁轭底部均匀布置20个1.5KW的红外线辐射板；在T尾槽内布置32个2KW的电加热管，整个磁轭用蓬布覆盖保温，在立筋及磁轭部位均匀布置8根温度计，阿鸠三台磁轭加热时间都控制在8h之内。

当磁轭与支臂温差达到或接近60℃时，快速、均匀、对称地打入长键，同时用测圆架监视磁轭圆度的变化，待磁轭冷却后，再用测圆架复查磁轭圆度，作好记录。

通过对阿鸠田磁轭现场装配，我们在叠片磁轭装配工艺上积累一些经验，这些工艺方法需要在今后的工艺工作中不断加以完善。

参考文献：
1. 白延年.《水轮发电机设计与计算》
2.《金属机械加工工艺人员手册》。