丰满浮动式磁轭转子组装.doc

丰 满 三 期 扩 建 工 程 浮 动 式 磁 轭 转 子 组 装

丰满三期扩建工程两台SF140-56/11950水轮发电机组为哈尔滨电机责任有限公司制造，转子采用浮动式磁轭。圆盘式转子支架工地现场组焊，配刨副立筋，现场叠片和挂装磁极。转子为无轴结构，转子中心体上法兰与发电机顶轴相连。下法兰与水轮机大轴相连。在转子组装过程中，最终控制转子磁轭和磁极挂装后的圆度，以及与转动部分中心的同心度，是影响机组振动、摆度和安全运行的重要指标。在丰满三期12#、11#机转子组装过程中，由于采用了许多较新的工艺，施工中遇到了一些意想不到的问题，在此对一些较典型的问题谈谈自己的安装思路和见解。
一、圆盘式转子支架工地现场组焊及变形分析
大型转子圆盘支架（如图一）由一个中心体和8瓣扇形支臂组成，外圈均布16条主立筋，焊缝主要包括上、下两条环缝、16条立缝和上、下各8条径向缝。转子圆盘支架工地现场焊接应力变形复杂。利用焊接收缩和充分消除焊接应力是变形控制的关键。（附图一）
1、施工工艺流程:
中心体就位、调平（0.02mm/m）→支臂组装调整→立缝定位焊→环缝定位焊→径向定位焊→立缝A面（有合缝板面）2/3焊→立缝B面割除合缝板、清根、探伤→立缝B面2/3焊→上、下环缝正面1/2焊→上、下环缝背缝清根、探伤→环缝背缝焊至∠8→环缝平缝焊至2/3→径向缝焊至2/3→立缝满焊→环缝满焊→径向缝满焊→焊缝打磨、探伤、缺陷处理
2、焊接变形控制和分析
2．1、按照厂内预装记录，对支臂径向和活动弦距进行加垫放大，预留焊缝收缩余量。按照下面公式确定径向和活动弦距放大值：
2π△R=8△L
其中: △R ---—径向放大尺寸 mm
△ L---—活动弦长放大尺寸mm
表一、两台机组径向加垫值和实测放大值(mm) ：

径向
加垫值
主立筋半径组装实测偏差
主立筋弦距组装实测偏差
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
12#机
2
+2.22
+2.92
+1.36
+1.36
+2.29
+1.14
11#机
3
+2.80
+3.53
+2.06
+2.46
+3.70
+1.70
在组装过程中，径向应统一放大2或3mm。弦距统一加垫组合后，根据实测弦距调整加垫值，使弦距达到预期放大目的。
2．2、施焊时应选用4名或8名合格焊工圆周方向对称施焊，所有焊缝均采用分段退步焊接，分段顺序如附图二
2．3 、焊接变形分析
施焊过程中变形监控可采用架设百分表直接监测主立筋径向、切向和挂钩高程的变化，还可以在施焊每阶段焊后测量主立筋半径、弦距、挂钩高程，根据测量数据调整施焊顺序。附图三为12#机和11#机焊接过程中各阶段焊后测得的总收缩量曲线图。
表二 ： (mm)

主立筋半径焊后实测偏差
主立筋半径总收缩量
平均值
最大值
最小值
平均值
最大值
最小值
12#机
-2.17
-1.40
-3.14
4.40
4.73
3.82
11#机
-1.83
-1.16
-2.56
4.74
5.10
4.40

表三：
项 目
主立筋半径R
主立筋弦距L
主立筋垂直度
主立筋挂钩高程
允许偏差
0 ~ -4
±3
≤3
±2

从图三焊接和收缩量曲线图和表二分析，按照立缝、环缝、径向缝顺续施焊，焊缝收缩趋势一致，变形均匀。从最大收缩量5.10mm, 最小收缩量 3.82mm看出，为满足焊后径向尺寸要求，焊前径向加垫放大2或3mm是非常必要的。
2.4、 焊接变形控制
只要进行焊接就存在焊缝收缩，而且转子支臂焊接径向收缩高达4到5mm,因此利用焊缝收缩控制焊接变形是最有效的方法。如图二中a所示，根据实测每个挂钩高程调整立缝分段顺序，以及上、下环缝的先后施焊顺序。在径向缝焊接时，可以不对称焊接，先焊弦距较大的径向缝，后焊弦距较小的径向缝，使弦距收缩均匀。
另外，为消除焊接应力，减小焊缝收缩，控制焊接变形均匀，除打底和封面焊缝外其余各层均用风铲锤击，并在支臂定位焊后将支臂下方支墩调松，使支臂正式焊接时悬空，不受支墩约束，达到自由胀缩、变形均匀的目的。
3、 转子支臂焊接中出现的问题及处理
3.1、 转子支臂焊接时出现了定位焊开裂现象，分析原因，最后采取增加定位焊高度和长度的方法。
3.2 、12#机焊接环缝背缝清根后，焊缝出现许多微小裂纹，经用磨光机打磨，裂纹随着打磨会继续出现，多次反复打磨，局部焊缝已清透。分析原因由于气刨时焊缝未预热，当气刨时焊缝突然受热，又迅速冷却产生冷裂纹所致。又由于刨背缝很深，刨后焊缝太薄，由于焊接残余应力使焊缝出现裂纹。12#机最后采取加热后在正面补焊加高，再经预热后清根。裂纹没有继续出现。在11#机环缝焊接时由原来的焊至1/3高度改为焊至1/2高度。并且清根前预热、清根后保温一段时间，缓慢冷却，虽也产生一些微裂纹，但经用磨光机打磨裂纹未继续出现。
3.3 、焊接过程中，焊缝预热温度是保证焊缝质量的最重要条件。但也由于环境温度过高（焊缝预热温度80至100℃）对焊工影响也很大。焊工每施焊10分钟就需休息，出汗很多，体力消耗很大，这也不利于保正焊缝质量，这是非常矛盾的。在施工过程中可采用增加焊工或预热时提前断电，降低空气温度的方法。焊后两台机转子焊接合格率都在95%以上，返修合格率为100%。
二、副立筋配刨
副立筋配刨是近年来从国外引进的一种新工艺，是针对大型圆盘式转子支架工地现场焊接，消除焊接变形、满足磁轭键槽精度要求的一种施工方法，其工作原理是利用调整配筋工具，挂钢丝线，模拟副立筋外形尺寸并根据实测值配刨副立筋，与主立筋装焊成整体。
1、 配筋工具装调（如附图四、五）精度要求：表四
项 目
半径R（mm）
弦距L（mm）
扭斜R（mm）
工具水平（mm/m）
允许偏差
±0．10
±0．20
±0．10
≤0．10
如附图五将配筋工具固定在主立筋顶面上，调整配筋工具半径、弦距、扭斜及工具水平满足表四的要求。挂四根钢丝线，以径向两根钢丝线所确定的平面投影到主立筋外表面，用划针划出投影线，即为副立筋在主立筋上的理论位置线。以主立筋挂钩面为基准，以磁轭总高度和副立筋长度分别划出副立筋在主立筋上、下位置线，与两投影线的交点即为测点，用内径钱分尺和耳机，分别测出图中a1、b1、a2、b2值，每个测点重复测两次，误差超过0.05mm需重测，两次测量平均值计入表中，确定副立筋配刨尺寸。
2 、配刨装焊副立筋
将副立筋按照所确定的配刨尺寸配刨合格后，分别对应挂装在主立筋上，调整弦长和切向垂直度，合格后用工艺压紧螺栓将副立筋把紧，检查副立筋与主立筋接触面应无间隙，然后进行副立筋焊接。焊后测量副立筋半径、弦距、径向、切向垂直度满足表五要求：（表五）
项 目
半径R（mm）
弦距L（mm）
径向垂直度
切向垂直度
允许偏差
±0.20
±0.40
0.10mm/m
0.10mm/m
4 、施工中遇到的问题及处理
在12#机副立筋装调过程中，由于副立筋顶槽内安装副立筋径向、弦距测量块，故切向垂直度无法直接测量磁轭键槽面，需在副立筋外侧面挂钢丝线测量。经测量发现到货的副立筋外形尺寸不满足图纸要求的加工精度。（如附图六）对每个副立筋外形尺寸进行了测量，结果如下：
a、副立筋总宽度H图纸要求200±0.10mm。实测Hmax=202mm，Hmin=195mm。

b、副立筋側楞宽（图中H3值） 表六 单位：(mm)
筋号
实测H3值
筋号
实测H3值
上
中
下
上
中
下
1#
46.40
46.64
45.80
9#
43.74
45.70
43.84
2#
44.56
44.24
44.52
10#
44.62
44.52
44.74
3#
43.80
43.20
43.34
11#
44.64
44.32
44.80
4#
44.38
43.78
44.12
12#
44.22
43.80
43.78
5#
44.20
44.20
44.68
13#
44.00
43.84
44.40
6#
46.10
45.90
45.80
14#
44.28
44.08
44.40
7#
43.54
43.10
43.48
15#
46.24
44.52
42.60
8#
43.82
43.74
43.84
16#
44.66
44.36
44.32

c、副立筋大槽深（偏差较大的副立筋）：表七 单位：（mm）
副立筋编号
1#
3#
4#
7#
9#
10#
12#
14#
上
左
26.14
26.02
26.28
25.78
26.18
26.00
26.00
26.24
右
26.28
26.10
26.58
25.84
26.26
26.20
26.18
26.38
下
左
26.14
26.18
26.28
25.84
26.14
26.18
26.16
26.20
右
26.18
26.22
26.22
25.84
26.20
26.18
26.20
26.26
由于副立筋配刨是模拟副立筋外形尺寸原理进行的，而副立筋外形尺寸存在偏差，外楞就不能真实反映出键槽的实际位置，就会影响副立筋配刨的精度。施工中采取以下措施：
a、副立筋切向垂直度调整需测出每个测点处的側楞宽，与副立筋側面测点至钢丝线的距离之和满足上、中、下偏差不超过0.10mm/m。
b、将12#、11#机副立筋外形尺寸分别测量记录，根据偏差情况对配刨值进行修正。
c、副立筋径向垂直度直接测量小槽底。
4.2、副立筋焊后径向尺寸超差问题的产生原因和处理
12#机、11#机副立筋焊后径向尺寸均有超过表五中规定±0.20mm的情况
（见表八）
单位：（mm）
编号
副立筋半径
编号
副立筋半径
12#机
11#机
12#机
11#机
1#
-0.33
-0.37
9#
-0.58
-0.19
2#
-0.54
-0.49
10#
-0.42
-0.23
3#
-0.45
+0.01
11#
-0.57
-0.32
4#
-0.85
-0.18
12#
-0.28
-0.17
5#
-0.25
-0.31
13#
-0.41
-0.01
6#
-0.58
-0.49
14#
-0.73
-0.19
7#
-0.34
-0.22
15#
-0.43
-0.44
8#
-0.33
-0.24
16#
-0.06
-0.28
分析副立筋半径超差的原因主要是副立筋外形尺寸特别是大槽深存在偏差所致，但是11#机副立筋配刨值已根据副立筋外形尺寸进行了相应的修正，仍存在超差现象。这种超差在磁轭叠片前磁轭键初期配垫过程中可以得到解决（祥见三、1磁轭键初期配垫）。
三、磁轭叠片
1、磁轭叠片前磁轭键初期配垫的原理、方法和目的
如附图七，磁轭铁片内圆槽底径向尺寸为R4832。磁轭凸键是起径向、切向固定磁轭并传递扭矩作用的，因此磁轭凸键凸缘在工作状态时应与磁轭铁片内圆槽底相吻合。这种通过加垫的方法,使磁轭凸键处于工作状态时的径向位置，就是磁轭键初期配垫。
磁轭键初期配垫的方法如下：根据副立筋焊后测得的绝对半径R4812，选择一根外形尺寸标准（大槽深和小槽深满足图纸要求）并且副立筋半径最接近设计值，径向垂直度偏差最小的副立筋，将该磁轭凸键经配垫，使凸键外缘至副立筋外表面用深度卡尺测量应满足20mm(如附图七)。然后将其余凸键均放入对应键槽中，用转子测圆架下垂杆上、中、下架三块百分表，以配好垫的凸键为基准对零，实测其余凸键外缘读数并根据读数计算配垫值。垫片最小厚度为0.30mm,总能使所有凸键外缘在±0.15mm范围内。
磁轭键初期配垫的目的,是为了在叠片过程中,用磁轭键起径向、切向定位作用。
1、 叠片定位方式的选择
转子磁轭叠片使用哈尔滨电机有限责任公司提供的14根长800mm的定位肖和150套T尾定位工具。T尾定位工具的结构如附图八所示，每套由两根圆棒和一根扁棒、一根楔形棒以及5根拧紧螺杆组成。通过拧紧螺杆和楔形棒的作用，使圆棒和扁棒在磁极鸠尾槽内向图示四个方向挤靠，使铁片边缘平齐。在12#机、11#机转子叠片过程中，将150套T尾定位工具做为定位工具使用。由于其结构为紧配合，若将拧紧螺杆，铁片不容易放入。每叠放一张铁片，需用橡胶锤用力敲打，而且叠片速度较慢，不拧紧又起不到定位作用，而且由于T尾定位工具的作用使铁片无法向凸键打靠，铁片与磁轭凸键间出现了约0.30mm的间隙。在此认为，这种工具应该只起整形作用，即通过定位肖和磁轭凸键做为定位，叠至一定高度后，再将该工具安装于磁极鸠尾槽内，边拧紧边用铜棒敲击铁片，使铁片边缘平齐。
2、 磁轭热加垫
磁轭铁片叠装压紧后，根据厂家设计要求进行磁轭预紧工作。该浮动式磁轭是通过加热方式使磁轭与转子支架之间产生一定的温差，形成一定的胀量，在磁轭凸键与副立筋键槽间加适当的垫片，待冷却后使磁轭与转子支架形成一刚体，即磁轭热加垫预紧方式。加垫值按厂家工艺文件要求计算如下：
δ =A1+A2+预紧量+0.15
其中：δ——加垫值（mm）
A1——磁轭凸键与副立筋键槽间隙值（mm）
A2——磁轭铁片与磁轭凸键间隙值（mm）
预紧量——厂家提供预紧量为1.34mm
在施工中，由于磁轭叠片前已做好初期配垫，即A1=0，而实测磁轭铁片与磁轭凸键间隙平均为0.30mm，即A2=0.30mm。所以δ=0+0.30+1.34+0.15=1.79mm。
磁轭叠片后，磁轭圆度（见表七）满足设计空气间隙的±4 %，不需调整。 11#机、12#机均统一加1.80mm的垫片。磁轭热加垫后磁轭圆度向更好的趋势发展（见表七）。如果磁轭叠片后磁轭圆度局部超差或有明显偏心，可通过加不同厚度的垫片方式进行调整。
表七、磁轭圆度测量计录： 单位：mm

叠片压紧后
热加垫冷却后
规程要 求
上
中
下
上
中
下
12#
机
max
+0.50
+0.72
+0.68
+0.46
+0.40
+0.38

±0.72
min
-0.57
-0.52
-0.54
-0.57
-0.43
-0.49
11 #
机
max
+0.50
+0.56
+0.34
+0.36
+0.47
+0.27
min
-0.46
-0.58
-0.36
-0.41
-0.30
-0.29
注：设计空气间隙为18mm。
四、磁极挂装
磁极为双T尾结构，每个磁极由四对磁极键径向固定，磁极铁芯面与磁轭铁芯面紧密接触，磁极挂装后圆度不能调整，只有保证磁轭圆度和磁极在厂内组装时磁极铁芯的厚度。磁极挂装前，分别检查磁轭与磁极接触面是否平直、有异物。用2m平尺靠磁轭表面，配合0.15mm塞尺检查，磨去高点。磁极挂装时，确定磁极铁芯中心高程后，打紧磁极键，测量磁极圆度，满足设计空气间隙的±5%以内。
五、综述
大型浮动式磁轭转子组装由于增加了许多新工艺，如转子支架工地现场组焊、副立筋配刨等，使原来在厂内的工作转移到工地现场进行，增加了现场工作量。但由于在能够保证转子圆度的情况下，转子支架由原来的组合式改为组焊式，大大增加了转子支架的刚度，减轻了重量。而且照传统转子施工也减少了许多工作量。比如磁轭铣孔和磨圆工作。由于磁轭冲片质量提高，浮动式磁轭铁芯压紧螺杆与磁轭冲片孔不是肖钉配合（单边间隙0.15mm），以及定位方式的改进，磁轭预压后比较容易更换永久螺杆，不需大量铣孔工作。并且磁轭圆度比较容易控制，不需再磨圆。等等。丰满三期扩建工程转子组装是在厂家工艺指导下，边摸索边施工的，虽遇到的问题都得到圆满解决，但并不都是最好的方法，有些工艺还需更深的探讨和改进。

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