新安江水力发电厂发电机转子磁轭更换工艺

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  【摘 要】 介绍了新安江水电站发电机转子磁轭加热拆卸后,进行转子支架调整和下环板组合焊接,再进行新的磁轭组装的工艺。
  【关键词】 转子磁轭;加热拆卸;下环板焊接;磁轭组装;热打键
  1、概述
  新安江水电站建成投产于1960年,是建国后中国自行设计、自制设备、自主建设的第一座大型水力发电站,位于杭州建德市新安江镇以西6公里的桐官峡谷中。水库总库容220亿立方米,调节库容102.7亿立方米,死库容75.7亿立方米,防洪库容47.3亿立方米,为多年调节水库。水库正常蓄水位108米,防洪限制水位106.5米,死水位86米。电站最大水头84.3米,设计水头73米,最小水头57.8米。厂房为坝后厂顶溢流式,厂房内安装9台立轴混流式水轮发电机组,其中8台单机容量95MW,1台单机容量90MW。
  新安江电站水轮发电机组已运行几十年,老机组增容改造已经完成,发电机转子磁轭更换仅剩下7号机组没有完成。转子磁轭部件及工装由哈尔滨电机厂制造供货,经过多台机組的大修更换,磁轭叠装工装已比较完善,工艺也比较成熟。
  2、施工前的准备工作
  2.1设备到达现场后进行开箱检查、清点,对到货设备及附件进行外观抽查验收,查对技术文件是否齐全。
  2.2转子磁极部件已拆除。
  2.3转子拆卸和组装平台布置完成。
  2.4工作地点所需施工电源、照明电源、照明及起重、焊接、安装设备准备就绪,现场照明充足。
  2.5转子施工区域应设安全区域界线,并挂警示牌,严禁闲杂人员进入施工现场。
  2.6转子的装配工作放在厂房装配间进行。装配间场地的平均照明功率不小于10w/m2;场地清洁,通风良好;装配间应布置充足的动力电源;转子组装场地应避免其它组装、安装工作的干扰,并配齐消防设备。与相邻之间用围栏隔离,装配间非工作人员不得入内。
  2.7准备好施工用的工器具、材料。
  2.8所有参加安装人员,应掌握相关的规范、标准,熟悉厂家的图纸资料,充分理解设计意图,掌握措施内的各项工作程序及安装焊接时需控制的技术参数和各项技术要求,清楚各项工序的操作方法和注意事项。
  2.9安装施工前,由厂家技术代表、工程技术人员进行技术交底。
  3、磁轭拆卸
  3.1将转子吊至装配间,落在组装支墩上。
  3.2大轴通过连接螺栓与预埋件固定牢固,并在转子法兰下打入4副楔子板,来承受主轴及转子支架重量。
  3.3在每个轮臂腹板正下方安放一个钢支墩,用来承受转子支架重量。注意钢支墩应放在装配间楼面的“井”字梁上。
  3.4拆除所有磁极和风扇,拆下磁轭横键。
  3.5磁轭加热措施
  3.5.1准备工作
  转子磁轭键的拆除和热打键,都需加热转子磁轭。磁轭计算温升为约53℃。需要1KW红外线电加热板,约300块。装配场地应有足够的照明,场地清洁,通风良好。装配间应配备充足容量的电源,并配备消防设备,做好安全工作。
  3.5.2加热装置布置
  1)布置前对轭通风沟及轮臂孔内油污进行一次清扫。
  2)用扁钢做成挂钩,将加热板安装在磁轭两侧,磁轭底部也需匀布一定数量的加热板,磁轭键两侧的加热管安装在上下6个通风沟中,沿圆均匀布加热板。加热板电源线由专业电工绕接,保证用电安全。
  3)用石棉布将转子磁轭包围保温,在合适位置布置若干温度计,控制温度。
  3.5.3磁轭加热
  1)准备工作完成后正式开始加热,注意刚开始时磁轭温升不能过快,温升控制在3—5℃/小时。
  2)加热过程中,监视人时刻监视温度变化情况,当温度达到80--85℃时,断电,试拔大键,如松动,则停止加热。如仍不能松动大键,则继续加热至90℃左右。
  3.6拔出磁轭大键,待磁轭冷却至常温后,用风板机打下拉紧螺杆上端螺母,再将拉紧螺杆往下打,割除下端螺母,再用桥机将拉紧螺栓拔出。对于不便拔出的拉紧螺栓在拆卸过程中逐段割除。
  3.7将磁轭冲片逐片撬开搬离,堆放在废片支架上固定牢固,然后运走。
  3.8将拆下的拉紧螺栓,制动环板等剩余无用部件运离现场,做到工完场清,准备转子磁轭叠装工作。
  4、磁轭组装
  4.1磁轭拆除以后,检查轮臂组合缝间隙,要求整体0.05mm塞尺通不过,允许局部小于0.1mm,但长度不大于总长的三分之一。
  4.2.调整主轴垂直度在0.02mm/m以内,并对组装支墩进行可靠加固。主轴法兰间隙中应加垫或用楔子板打紧,四只M80螺母应紧固,螺母、垫片与法兰上平面应点焊,以防止主轴法兰移动。每只轮臂下部安放30吨千斤顶及钢支墩各1只,用手扳紧,作为支撑。
  4.3安装转子测圆架,并将其调整至:中心垂直度偏差不大于0.02mm,测圆架转臂重复测量圆周架检查各轮臂下端挂钩高程,相差值小于1.0mm。
  4.4在测圆架上支臂头部挂钢琴线,下面挂5~7kg重锤,重锤置于临时油盆中,利用外径千分尺、耳机,取上、中、下三点检查每条支臂外沿的垂直度,并做出记录。利用测圆架检查八条支臂外圆度,亦取上、中、下三个截面来测量,并记录。
  4.5检查键槽与新磁轭键的配合情况。将大键配对后分别放入各个键槽,用手压紧,并用铜棒轻轻震击,检查他们的配合情况是否良好并记录。
  4.6磁轭下环板安装焊接
  4.6.1磁轭下环板安装前,在下环板安装的位置上分布24只工字支墩,每块下环板下布置三个支墩,每个支墩上配有一副楔子板,用来调整下环板高程。把下环板上、下两个平面清扫干净,打磨对接坡口,将两半磁轭下环板就位。   4.6.2按图纸尺寸组装,用冲片为样板检查尺寸符合图纸,重新拉开,预留焊接收缩间隙3.5mm,在合缝板间加垫3mm(中部)把紧。要求上下平面、内外边缘无错牙,调平,符合要求。
  4.6.3在每条焊缝端部各用50mm钢板搭块焊牢定位,角焊缝15mm。
  4.6.4在下面小坡口处焊接定位焊,中间及两端4处以上,长80mm以上,焊量不少于10mm。要求两条焊缝同时同速,从中间向两端对称搭焊。
  4.6.5焊前要求焊缝坡口及其近缝区20mm以内清净一切影响焊接质量的杂物,预热50℃以上才可以开焊,层间温度不大于260℃。
  4.6.6焊接材料为J507,¢3.2mm焊条,烘干350℃以上2小时,放在保温箱中随用随取,只有盖面时可用¢4mm焊条。
  4.6.7焊接参数
  4.6.8焊接方法及顺序
  1)在自由状态下进行焊接,两条焊缝同时进行。先焊仰焊,焊1/3焊量。正面清根,打磨后焊1/3焊量,原则上不能下凹。焊仰焊缝的2/3以上,再焊正面焊缝。背面焊完,正面盖面,打磨后UT、MT探伤。
  2)焊接方法:对称均匀,多层多道镶边焊,除根部及表面焊缝外,均要求逐層专人进行锤击,以消除应力(焊后立即进行)。
  3)焊接过程中根据变形情况随时调整焊接顺序,严格控制焊接变形。正式焊接先从外向里,再从里向外往复焊接。焊后MT、UT探伤合格后,重新调平把紧,进行热处理,工艺如下:
  4.6.9细调下环板的水平与中心,检查下环板与各轮臂外圆的间隙,对称方向间隙应均匀。下环板整圆周向水平在0.1mm/m以内,高程差±0.5mm内。利用拉紧螺杆和拉筋加固磁轭下环板,打紧各支墩的楔子板。对支墩、垫板、楔子板、下压板进行点焊固定。
  4.7磁轭冲片在叠装前,应进行仔细的清扫检查和分类,铁片清洗应采用专用油盆及油中清洗干净无油污。根据冲片的重量、厚度及磁轭装配图,计算并列出磁轭堆积配重表。通风槽也应参与配重。
  4.8磁轭冲片正式叠装前,应在轮臂键槽中放一只副键进行试叠装工作,试叠装高度为100mm左右,主要目的是为了检查磁轭冲片与下环板的拉紧螺孔,要做好标记。待冲片拆除后进行修磨处理。
  4.9冲片的正式安装由磁轭键和定位销来定位,磁轭冲片叠装的顺序应严格按图纸要求的顺序进行。相邻两层冲片相错极距。按2、11/2;2、11/2……。反向叠2、11/2;2、11/2……。叠装时冲片与转子支架立筋外圆间隙就均匀,正反面应一致。叠片时随时用铜棒对磁轭外圆进行整形。磁轭冲片叠装中采用分段压紧的方式。初定分二段进行预压紧。每次压紧时,压紧螺杆应力或伸长值应符合厂家的规定。磁轭全部叠装完成后,进行最后的压紧工作。叠压系数不应小于0.99。
  4.10磁轭叠装完成后,进行磁轭永久压紧螺孔的铣削,铣削方式为每拆除一根装压螺杆,就进行铣孔工作,铣孔完成后穿入永久螺杆并压紧,以防磁轭在拆换压紧螺杆时,一次性拆除太多而反弹。拉紧螺杆下部按设计值留出安装制动环长度,磁轭压紧螺杆全部更换后,进行一次最后压紧。沿每个磁极位置分内外两侧测量磁轭高度,最后计算所得平均高度与设计值之差,不得超过+10mm,同一纵截面上内、外高度差不应大于5mm,圆周方向高度差不超过8mm。
  4.11磁轭大键槽的铣削在磁轭压紧全部完成后进行。磁轭键槽的铣削应对称,逐步进行,即1~5、2~6、3~7、4~8。每铣完一个键槽,即把大键放入,用手压紧,并用铜棒轻轻震击,直至完成8个大键槽的铣削工作。测量转子磁轭圆度,根据圆度偏差安排冷打键顺序,偏差小的位置先打键,以适当纠正圆度偏差。磁轭键先在冷态下用大锤对称均匀地打紧,使转子支臂与磁轭间开始产生0.05mm~0.1mm相对变形,磁轭键上端露出长度必须满足热打键的需要。
  4.12磁轭热打键
  4.12.1根据设计要求的预紧量,计算磁轭的膨胀和加热的温度。用扁钢做成挂钩,将加热板安装在磁轭两侧,磁轭底部也需匀布一定数量的电炉板。磁轭键两侧的加热管安装在上下6个通风沟中,沿圆均匀布加热板。加热板电源线由专业电工绕接,保证用电安全。用石棉布将转子磁轭包围保温,在合适位置布置若干温度计,控制温度。
  4.12.2准备工作完成后正式开始加热,注意刚开始时磁轭温升不能过快,温升控制在3—5℃/小时。加热过程中,监视人时刻监视温度变化情况,当温度达到80--85℃时,断电,检查膨胀尺寸符合要求好,则停止加热开始热打键。如不符合要求,则继续加热。
  4.12.3热打键时,键的打入深度必须符合设计要求。热打键完成并冷却至常温后,割除下端伸出轮臂挂钩部分并磨平,上端多留一些,留出量应符合设计要求。待磁极安装试验后再割除上端露出部分。
  5.12.4测量磁轭的圆度,各半径与平均半径之差应小于空气间隙的±4%,即±0.84mm,如有超差,则结合磁轭与磁极接触面的平直度进行修磨。平直度的检查以不短于1m的平尺进行。磁轭外圆圆度及平直度符合要求后,利用厂家提供的专用铣刀铣削磁极装配的T尾键槽。
  5、制动环板安装
  5.1制动环安装工作在磁轭全部压紧及安装好轮臂横键后,磁极挂装前进行,制动环为分块结构,安装前仔细辨认出厂编号,并做好明显标记,如无编号,则需一一称重,根据配重情况进行编号,并作好详细记录。
  5.2拆除法兰固定螺帽,割除下压板与支墩点焊。利用桥机和平衡梁将转子吊起一定高度进行制动环板安装工作,为了防止转子下滑,在对称四个方向加高支臂支墩进行保护。
  5.3利用铲车将制动环板就位,细调制动板位置,直至磁轭螺杆能够穿入,依次装入止动垫圈和螺母打紧,检查制动环板与磁轭下环板间外侧止口应无间隙,螺杆下部应凹入制动板2~3mm,锁紧止动垫圈。
  5.4按上述方法分别安装剩余制动环板。转子支墩加高后调平,制动环安装后将转子落到支墩上(撤除支臂支墩,同时留监视大轴法兰与基础面不能机碰)。环板安装结束后,检查制动环板的径向倾斜度与周向波浪度,按逆时针旋转,后一制动板不能高于前一制动环板。由于制动板直接装于磁轭下压板上,而磁轭下压板在磁轭组装前已细调水平,并可靠加固。所以制动环板的径向水平小于0.5mm以内,周向波浪度小于2mm,应不会有超差。如有超差,则需分析原因,酌情处理。
  6、结束语
  转子磁轭组装后检查三个断面圆度均符合规范要求,抽查磁轭压紧螺杆伸长值符合设计要求,机组动平衡试验效果良好,新安江电站发电机转子磁轭叠装及定位工艺较为完善。
  参考文献:
  (1)李成峰,溪洛渡左岸发电机转子组装技术,应用能源技术,2013(06),43-46.
  (2)DL/T5230-2009,水轮发电机转子现场装配工艺导则,中国电力出版社,2009.
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