水轮发电机转子支架的加工

水轮发电机转子支架的加工

范磊

（哈电发电设备国家工程研究中心有限公司，黑龙江哈尔滨 150040）

摘要：水轮发电机转子支架是转子的重要组成部分，结构复杂，加工精度高。为了解决外立筋弦距加工的误差，采用工地配刨副立筋结构，以满足磁轭的安装要求。关键词：；转子支架：中心体；弦距；主立筋;副立筋：

1．前言

水轮发电机的转子支架，是连接转轴和磁轭成一体的中间部件，正常运行时转子支架要承受磁轭和磁极的重量、电磁力矩、自身的离心力以及热打键所形成的径向压紧力的作用；对于有轴结构还要承受热套轴引起的内部挤压应力作用。因此，转子支架也是受力复杂的重要部件。

2．转子支架的结构型式

由于有结构尺寸、机械强度和刚度的要求，通风形式以及制造工艺、安装运输等因素对转子支架的结构形式有直接影响，采用的结构形式也不同，近年来由于机组的容量不断增加，结构形式随之改变，以满足不同工况下的运行条件。其结构形式主要有：

2.1 与磁轭圈合为一体的转子支架：由轮毂、幅板、和磁轭圈三部分组成，可以整体铸造。也可以用铸钢磁轭圈，轮毂与钢板组成。转子支架与轴之间靠键传递扭矩，适用于定子铁心外径小于3250mm、转子飞逸周边转速≤110m/s的中、小型水轮发电机。

2.2 整体铸造转子支架：常用ZG30、ZG35或ZG20SiMn铸钢整体铸造，结构紧凑、简单。适用于定子铁心外径在4100～6400mm之间、转子飞逸周边转速约140m/s的高速大容量水轮发电机。但这种结构逐渐被焊接结构所代替。

2.3 组合式转子支架：由中心体和支臂组成，通过合缝板连成一体，为了减小磁轭下沉和波浪度，支臂之间的弦长不宜大于2.5～3m，适用于定子铁心外径大于6400mm 大容量水轮发电机。但这种结构已逐渐被整体焊接结构所代替。

2.4 圆盘式转子支架：由轮毂、上圆盘、下圆盘、撑板和立筋等组焊而成。轮毂采用铸钢件，材质多为20SiMn。对于采用径向通风系统的发电机，在圆盘上开孔，以满足循环冷却风量的需要。圆盘式转子支架具有整体性强、刚度大，传递扭矩大及通风损耗小的优点，适用于中、低转速，中、大容量的水轮发电机组。目前正在广泛应用。

3．转子支架的制造工艺

近年来，随着机组的容量不断增大，以及受国外同行业的影响，为了满足机组的受力和通风冷却，使得转子支架的结构不断的变化，吨位逐渐加大，加工精度越来越高，总体形式趋于圆盘式转子支架工地整体焊接结构。

3.1 整体的小型转子支架加工比较容易，可以在立车或镗床上加工，精度容易保证。尤其是一些数控机床的出现，立筋槽的弦距可以精确的保证，完全可以保证总装质量。如河南省回龙抽水蓄能机组的转子支架、磁轭与大轴整体锻造，通过辅助工具直接加工磁轭T尾槽。带有主立筋结构的，可以将工件落在转胎上，利用数控镗床分度加工主立筋键槽，精度可以达到±0.20mm。

3.2 组合式大型转子支架的加工比较复杂，由中心体及外环组件两大部分组成。中心体主要由轮毂；上、下圆盘；撑板、筋板、合缝板等零部件焊接而成。与大轴连接主要靠上、下圆盘的止口配合。如果扭矩较小，也可以通过轮毂热套方式与转轴固定。

八十年代转子中心体与支臂连接基本采用大合缝板结构，通过螺栓联成一体。在大型镗床上加工挂装磁轭的立筋支臂，根据机组结构确定支臂的不同等分。弦距

误差基本控制在±0.80mm,哈电公司有成熟的加工经验，具备一套完整的工装设备，尽管如此，经常会出现弦距超差现象。如天生桥Ⅱ级电站曾有过其中一个弦距超差1.2mm,比较理想的解决办法是偏铣合缝板，使超差值均分在各个弦距中，加工比较复杂。近年来不断引进国外技术以及哈电公司科技人员的共同努力，圆盘转子支架代替了过去的老结构。主要特点是工地整体焊接，挂装磁轭的主立筋在制造厂内粗加工，弦距误差控制在±3mm，极易保证，通过副立筋的配焊保证弦距误差在±0.40mm。这是转子支架的一次伟大的技术进步，既保证了主立筋弦距误差，又提高了转子支架的整体性，现在生产的中、大型机组几乎都采用这种结构。

3.3 组合式超大型转子支架的加工比较复杂，组装非常困难。对于精密的数控机床利用率低，接口尺寸仍需手工划线保证。如三峡机组转子支架由一个中心体和16个外环组件组合而成，组圆后直径16.6米，中心体重102t,每个外环组件重28t，总吨位高达550t。结构设计由瑞士ABB公司完成，哈电公司工艺科技人员消化吸收了国外的先进技术，已完成三峡左右岸共四台转子支架的制造，为今后大型机组的开发与研制做好了技术储备。

超大型转子支架无论加工与吊运都是工艺难题。中心体与外环组件搭接立筋采用渐开线原理，可以减小应力释放变形、热变形等优点。外环组件与中心体采用两条立筋焊接，在立筋的不同高度开一些豁口，可以减小焊接应力带来的不良影响。外环组件之间利用上下环板焊接，中间设置一条加强筋。如何确定各工件之间的相关尺寸，对于组装的顺利进行非常关键。首先是加工过程中吊运问题：中心体结构是由轮毂；上、下圆盘；撑板、筋板等零部件焊接而成。在中心体外测圆周均布焊接放射型搭接立筋20～30件，厚度20mm，刚度很差，如果需要侧卧加工时，必须制造保护工具，采取安全保护措施；加工上下圆盘止口时，需要加工翻身保护工具，这样才能保证工件精加工后不受损伤。其次如何确定中心体与外环组件搭接以及外

环组件之间的接口尺寸：在足够大的划线平台上确定中心，利用测圆架确定中心体与外环组件的相对位置，将工件按实际位置摆放，先确定中心体与外环组件搭接立筋加工余量，可用吊钢丝投影或其它方法划线确定，在镗床上加工掉多余部分。然后预装确定外环组件之间的加工余量，可以利用样板或其它辅助工具确定。经过几次预装后符合图纸要求，到工地进行整体焊接。

4．转子支架工地整体焊接

由于运输条件的限制，一般直径超过5m的转子支架需要解体运往工地，在工地进行组装、焊接、叠磁轭、挂装磁极等。运输过程中以及加工后长期摆放，应力释放和磕碰产生了有害变形，组装后与图纸要求存在误差，应该进行校验。副立筋的配焊使得叠装磁轭的键槽弦距更准确，弥补了其它形式的转子支架键槽弦距无法调整的不足。

电厂安装间埋入了转子支架安装基础，中心体用刚性支撑支墩固定，利用水准仪和水平仪调平，平度≤0.10mm/m。将外环组件逐个按正确位置摆放，搭接处用临时合缝板固定，以主立筋挂钩上平面为基准调平。通过测圆架和千分尺测量出主立筋面中心距L，调整各主立筋弦距，确定外环组件的径向和周向位置。整体对称施焊，同时监测焊接变形。

副立筋的在制造厂加工比较简单，厚度留出工地配刨余量，制造厂将其它部位加工到图纸尺寸。在工地试装副立筋：用测量工具、钢丝等辅助工具测量主立筋和副立筋的相对尺寸H、H1，折算出副立筋的各部位厚度，在附近加工厂配刨副立筋，利用吊钢丝方法使副立筋面中心距、弦距的尺寸焊后符合图纸要求。

5．结束语

近年来水利发电开发速度越来越快，国家在这方面投资力度逐渐加大。哈电公司为适应新形势的需要，建造了大型生产厂房，配备了大型高精度设备，单机容量