導(dǎo)向鍵定子鐵芯疊片工藝分析

摘 要：文章簡單介紹了烏江銀盤電站導(dǎo)向鍵鐵芯結(jié)構(gòu)裝配方法與傳統(tǒng)雙鴿尾定位筋鐵心結(jié)構(gòu)裝配的異同，并介紹了導(dǎo)向鍵定子鐵心疊裝的質(zhì)量控制特點(diǎn)及相應(yīng)的工藝措施。

關(guān)鍵詞：銀盤定子；導(dǎo)向鍵；雙鴿尾定位筋；質(zhì)量控制；壓緊

1 概述

烏江銀盤水電站水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備由浙江富春江水電設(shè)備有限公司制造供貨。機(jī)組型式為軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組，發(fā)電機(jī)型號為SF150-72/14100，額定容量為166.67MVA/150MW。定子機(jī)座由8瓣組成，外徑Ф14100mm，定子鐵芯內(nèi)徑Ф13400mm，定子鐵芯高度1578mm。鐵芯共由44小段組成，中間有43個高通風(fēng)溝。定子鐵芯是由薄硅沖片及通風(fēng)板現(xiàn)場疊裝而成。

定位筋是定子疊片的基準(zhǔn)，傳統(tǒng)的雙鴿尾定位筋調(diào)整時間長，焊接變形大。銀盤電站定子采用導(dǎo)向鍵作為鐵芯疊裝基準(zhǔn)，用帶鴿尾的螺桿配合拉塊對疊裝完成的鐵芯永久壓緊。鴿尾螺桿和拉塊之間留有1mm的間隙，保證機(jī)組運(yùn)行時鐵芯膨脹時鐵芯不受擠壓，減小鐵芯變形，導(dǎo)向鍵調(diào)整簡單，并且只需點(diǎn)焊。既縮短了調(diào)整工期，又避免了焊接變形，保證了調(diào)整質(zhì)量。

2 導(dǎo)向鍵鐵芯結(jié)構(gòu)與雙鴿尾鐵芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及異同

2.1 導(dǎo)向鍵定子鐵芯結(jié)構(gòu)

導(dǎo)向鍵采用角鋼、螺栓和機(jī)組鏈接形式，角鋼點(diǎn)焊到機(jī)座上，導(dǎo)向鍵通過螺栓固定到角鋼上。等鐵芯疊裝完成后，安裝帶鴿尾的螺桿和拉塊，拉塊焊接到機(jī)座上，鴿尾螺桿和拉塊之間無焊接固定，鴿尾螺桿可以在拉塊槽內(nèi)有一定浮動量（預(yù)留間隙和廠家設(shè)計(jì)有關(guān)，一般機(jī)座直徑越大預(yù)留間隙就越大）它由導(dǎo)向鍵、角鋼、鴿尾螺桿、拉塊、定子沖片等組成，其裝配結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 雙鴿尾定位筋鐵芯結(jié)構(gòu)

雙鴿尾定位筋采用托板和定子機(jī)座焊接形式，定位筋和托板之間無焊接固定，鴿尾可以在托板槽內(nèi)有一定浮動量，（預(yù)留間隙和廠家設(shè)計(jì)有關(guān)，一般機(jī)座直徑越大預(yù)留間隙就越大）它由雙鴿尾定位筋、托板、機(jī)座、定子沖片等組成，其裝配結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 導(dǎo)向鍵鐵芯結(jié)構(gòu)與雙鴿尾定位筋鐵芯結(jié)構(gòu)的異同

相同點(diǎn)：通過兩種鐵芯的裝配結(jié)構(gòu)圖可以看出，兩種鐵芯最終都有一定的浮動量，鐵芯在機(jī)組工作時承受的徑向和切向電磁力最終都傳到機(jī)座上，其機(jī)座和定子沖片都是一樣的。

不同點(diǎn)：導(dǎo)向鍵在疊裝過程中只起到疊裝基準(zhǔn)的作用，鴿尾螺桿和拉塊配合其最終鐵芯的固定及電磁力傳遞的作用，雙鴿尾定位筋既承擔(dān)疊片基準(zhǔn)的作用又配合托板傳遞電磁力。導(dǎo)向鍵調(diào)整簡單，不用大面積焊接，雙鴿尾定位筋調(diào)整復(fù)雜、焊接變形大。

3 質(zhì)量控制特點(diǎn)及工藝流程

3.1 導(dǎo)向鍵鐵芯結(jié)構(gòu)鐵芯疊壓工藝流程

導(dǎo)向鍵校直→預(yù)疊片20mm→基準(zhǔn)導(dǎo)向鍵安裝→大等分導(dǎo)向鍵調(diào)整、導(dǎo)向鍵掛裝→小等分導(dǎo)向鍵調(diào)整→導(dǎo)向鍵驗(yàn)收→定子鐵芯疊裝→鴿尾螺桿安裝→上壓板安裝→鐵芯蝶形彈簧安裝→鐵芯冷壓緊→拉塊焊接→鐵芯熱壓緊→鐵損試驗(yàn)→導(dǎo)向鍵取出及附件安裝。

3.2 質(zhì)量控制特點(diǎn)及操作要點(diǎn)

導(dǎo)向鍵鐵芯結(jié)構(gòu)和雙鴿尾定位筋鐵芯結(jié)構(gòu)工藝流程大致相同，導(dǎo)向鍵鐵芯結(jié)構(gòu)疊裝主要質(zhì)量控制點(diǎn)有導(dǎo)向鍵垂直度、弦長、半徑，鐵芯疊裝后的鐵芯內(nèi)徑、圓度、垂直度、槽寬、緊量等。

導(dǎo)向鍵安裝：為了給鐵芯疊裝提供依據(jù)，找到一個安裝基準(zhǔn)，在疊片之前，安裝99根導(dǎo)向鍵，作為疊片過程中的基準(zhǔn)，通過導(dǎo)向鍵初步控制定子鐵芯的圓度及半徑，從而保證疊片質(zhì)量。為了進(jìn)一步保證疊片質(zhì)量，按以下工藝檢查安裝：檢查下指壓板水平及上翹量，對于下壓指直接焊在大環(huán)板上的結(jié)構(gòu)，內(nèi)圓一般比外圓端高（0.5 ～1.5）mm，鐵心高度超過2.5m時應(yīng)取上限；用短齒片作樣板，檢測下壓指中心與沖片齒中心偏差不大于1.5mm，下壓指齒端與沖片齒端的徑向距離應(yīng)符合圖紙規(guī)定；為精確安裝導(dǎo)向鍵，用普通片試疊定子鐵心下端部疊片，試疊厚度20mm，疊片過程應(yīng)兼顧鐵芯半徑、拉緊螺桿孔、導(dǎo)向鍵安裝位置和壓指中心，疊片過程中用整形棒整形，檢查鐵芯圓度，使其基本達(dá)到圖紙尺寸，如有超差，需再次進(jìn)行調(diào)整；在鐵芯缺口處插入已檢測校直合格的導(dǎo)向鍵，為減小累計(jì)誤差，導(dǎo)向鍵應(yīng)分九等分對稱均勻插入；通過帶頂絲的角鋼將導(dǎo)向鍵固定在機(jī)座環(huán)板上，并調(diào)整測量導(dǎo)向鍵，利用吊琴線的方法測量調(diào)整導(dǎo)向鍵周向垂直度偏差<0.10mm/m，并對稱點(diǎn)焊上環(huán)、中環(huán)、下環(huán)板角鋼兩側(cè)，如圖3所示。

基準(zhǔn)鍵安裝，用內(nèi)徑千分尺測量基準(zhǔn)鍵上、中、下三點(diǎn)絕對半徑值；以基準(zhǔn)鍵上、中、下三點(diǎn)為零點(diǎn)，均勻?qū)ΨQ的用測圓架安置百分表分別調(diào)整9大等處的其余8根導(dǎo)向鍵的半徑，導(dǎo)向鍵半徑偏差控制半徑在+0.10～0.20mm以內(nèi)、9根大等分的導(dǎo)向鍵彼此之間的弦長的平均值與實(shí)測值的絕對值之差不大于0.25mm。調(diào)整完成后點(diǎn)焊9根導(dǎo)向鍵。以9根大等分導(dǎo)向鍵調(diào)整區(qū)域90根導(dǎo)向鍵，使?jié)M足以下要求：導(dǎo)向鍵徑向和周向垂直度偏差≤0.05mm/m；導(dǎo)向鍵內(nèi)徑絕對尺寸為7040±0.2mm（一般正偏差）。試疊片，整圓疊片四層沖片，檢查導(dǎo)向鍵兩側(cè)與沖片應(yīng)有0.10mm左右的間隙；壓指應(yīng)在齒中；用整形銷檢查確認(rèn)拉緊螺桿孔和襯口環(huán)是否影響拉塊安裝。

3.3 鐵芯疊裝及壓裝

銀盤電站定子鐵芯有六種不同尺寸的薄硅鋼片、四種絕緣板、三種端板及兩種通風(fēng)槽板疊裝而成，三次壓緊貫徹于疊片過程之中，最終壓緊和上齒壓板同步安裝。在鐵芯硅鋼片的制造或現(xiàn)場疊裝過程中，可能存在片間絕緣損壞，從而造成片間短路。為了防止運(yùn)行中因片間短路引起局部過熱，甚至威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行，在定子鐵芯組裝過程中，必須對沖片、絕緣板、通風(fēng)板等設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，同時在疊裝完成后必須進(jìn)行鐵損試驗(yàn)，以檢查鐵芯片間絕緣是否短路，壓緊螺栓是否壓緊。為了保證疊片質(zhì)量，按以下工藝進(jìn)行檢查疊裝。

檢查鐵心沖片的外觀質(zhì)量，抽查每箱鐵心沖片內(nèi)單張鐵心沖片周外圓兩側(cè)的厚度。鐵心沖片應(yīng)清潔、無損、平整、漆膜完好。對于缺角、有硬性拆彎、沖片齒部或齒根斷裂、齒部槽楔槽尖角卷曲的沖片應(yīng)挑出處理或報(bào)廢，表面絕緣漆脫落的沖片亦不得使用；對不同厚度的沖片進(jìn)行分類處理疊裝。

清點(diǎn)其它到貨設(shè)備時，如發(fā)現(xiàn)缺件、少件、缺陷、尺寸不符設(shè)計(jì)要求等情況及時反映；如清點(diǎn)時不能發(fā)現(xiàn)而在施工過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷，立即以書面形式通知監(jiān)理，并作好包括缺陷發(fā)現(xiàn)的時間、部位、缺陷情況的記錄，同時將記錄報(bào)監(jiān)理。

疊裝前抽樣測量每箱鐵片厚度，每層鐵片應(yīng)采用同種厚度的鐵片。在疊裝過程中，隨時根據(jù)疊片厚度調(diào)整不同鐵片的位置，以保證鐵芯的波浪度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。環(huán)氧膠配比環(huán)氧樹脂（E-44）：固化劑（H-4）：稀釋劑（501）=100：75：適量，注意膠的用量要少，以免出現(xiàn)膠被擠壓出來流到齒部及槽底，不利于線棒安裝。

（1）鐵芯壓緊。定子鐵芯共分四次冷壓緊，三次預(yù)壓，一次最終壓緊，三次預(yù)壓經(jīng)貫穿于疊片過程中，分別在第二小段疊完之后，第23小段疊完之后，第43段疊完之后。第三次壓緊時穿入鴿尾螺桿，最終壓緊為所有沖片疊完之后。最終壓緊應(yīng)注意一下問題：安裝上齒壓板，并調(diào)整壓指的中心與沖片齒中心重合。安裝碟形彈簧、調(diào)整螺栓和臨時螺桿等壓緊裝置。放入時應(yīng)注意不要損壞拉緊螺桿的螺紋和鐵心片間表面，并盡可能使螺桿向外靠緊沖片圓孔，使鐵心和拉緊螺桿保持一定的間隙；旋上拉緊螺桿上端的螺母，利用油壓千斤頂給鐵心表面逐步加壓至42MPa；壓緊后，鐵心設(shè)計(jì)高度為1578mm。測量鐵心高度和內(nèi)徑，并測量鐵心的緊度；擰緊全部拉緊螺桿下端的螺母；拆除所有的臨時壓緊裝置。用扳手分三次對稱將拉緊螺桿把緊，直到碟形彈簧壓縮到指定高度；測量鐵心高度和圓度。分32點(diǎn)測量定子鐵心內(nèi)側(cè)（齒部）高度，并調(diào)整齒部的松緊度。上、中、下各均勻分32點(diǎn)測定子鐵心內(nèi)徑，并做記錄。

（2）焊拉塊。在拉塊與鐵心之間打入楔子板，脹緊拉塊；做好防護(hù)措施，不得使焊渣濺上鐵心；4名焊工按A、B、C、D的順序在對稱位置、同一方向、同一順序?qū)⒗瓑K點(diǎn)焊在機(jī)座環(huán)板上，先點(diǎn)焊①，再輪流點(diǎn)焊②、②'，如圖4所示，點(diǎn)焊時注意焊縫收縮偏移；

拆下導(dǎo)向鍵與角鋼的聯(lián)接螺栓，拔出導(dǎo)向鍵，同時拿出導(dǎo)向鍵與機(jī)座之間的調(diào)整墊片和角鋼；按圖4所示的方法分三道滿焊拉塊，同時監(jiān)測鐵心內(nèi)徑的變化；拔出全部的槽樣棒；測量鐵心的高度、圓度和不平度，并做記錄；拆除各種工具，并用壓縮空氣徹底清掃鐵心。

3.3.1 疊片過程質(zhì)量控制及操作要點(diǎn)

為了保證定子鐵芯的疊裝質(zhì)量，必須在疊裝過程中進(jìn)行必要的質(zhì)量控制和過程操作方式控制。

（1）質(zhì)量控制點(diǎn)。定子鐵芯內(nèi)徑和圓度（設(shè)計(jì)半徑6700mm）：±4%設(shè)計(jì)空氣間隙值；定子鐵芯疊片高度（設(shè)計(jì)高度1578mm）：允許偏差+2～+6mm；（一般不要取負(fù)公差）鐵心槽底和背部高差0.5毫米。定子整體鐵芯波浪度：4mm。測量點(diǎn)應(yīng)與鐵心圓度測點(diǎn)相對應(yīng)。鐵心圓度測量.在鐵芯高度方向分上中下三個斷面測量，上下兩個斷面離鐵心上下面距離100mm左右。每個斷面圓周方向測量點(diǎn)不少于32，各測量點(diǎn)半徑與平均半徑之差的絕對值不大于±4%設(shè)計(jì)空氣間隙值。定子鐵芯槽形應(yīng)能用整形棒順利通過，沒有凸出的沖片。

（2）操作過程控制。定子鐵芯疊裝前兩小段的時間，要涂抹環(huán)氧膠，而在刷環(huán)氧膠時，不能過多，否則在壓緊時間環(huán)氧膠受擠壓流到槽形內(nèi)，影響槽形尺寸。定子沖片整形是疊片過程中保證疊片質(zhì)量，鐵芯圓度的主要控制方法，而在整形時，為了保證沖片不被破壞，保證鐵芯外觀。在整形過程中，不能用鐵錘去敲擊沖片，應(yīng)用銅錘。定子沖片以導(dǎo)向鍵定位，如果出現(xiàn)沖片不能順利放進(jìn)兩導(dǎo)向鍵時，最好橡皮榔頭敲打，不宜用鐵榔頭敲打。在疊片過程中，保證槽形的槽樣棒必須隨著沖片的升高度而隨之提高，但又不易過高，否則給疊片帶來困難。疊片過程中，絕緣板及通風(fēng)板在整形過程中應(yīng)特別注意，絕緣板材質(zhì)比較軟，不容易與其他沖片整齊，故在每次放絕緣板時間，要特別注意單獨(dú)度絕緣板整形，而通風(fēng)板比普通沖片小一點(diǎn)，不能通過整形到位，故在疊裝過程中要單獨(dú)整理。

在壓緊安裝壓緊裝置時，要保證壓緊裝置的托板保證水平，同時檢查與下壓指之間沒有間隙。在壓緊時間，要注意沖片及端板向中心移動，而第三次時要特別注意，壓緊螺桿上的套管不能和機(jī)座環(huán)板干涉，以免保鐵芯沖片不被擠出，影響鐵片質(zhì)量；在最終壓緊時間，要調(diào)整上壓指與沖片槽齒的中心重合，同時上齒壓板與導(dǎo)向鍵干涉部位，要對上齒壓板進(jìn)行處理，以保證壓緊過程中不影響鐵芯尺寸。在第三次及最終壓緊時間都要為戴鴿尾的永久螺桿留足夠的壓縮量，以免與機(jī)座環(huán)板干涉。在穿壓緊螺桿時間，要注意對定子鐵芯的保護(hù)，防止螺桿劃傷沖片。為了保證定子鐵芯疊裝質(zhì)量，對工人師傅一定要進(jìn)行技術(shù)交底，把操作控制過程中的注意事項(xiàng)對師傅交代清楚，使每一個參與施工的人熟悉并按操作控制點(diǎn)進(jìn)行。

3.3.2 熱壓

定子鐵芯所有壓緊都是在室溫下進(jìn)行的，而機(jī)組運(yùn)行時間溫度略高于室溫，為了保證機(jī)組運(yùn)行時間，定子能穩(wěn)定的工作，提前消除疊片過程中硬物的處理，軟化疊片中一些硬物及環(huán)氧膠中沒有固化良好的部分，必須進(jìn)行熱壓。銀盤電站定子鐵芯熱壓溫度約為85℃，在疊片時間考慮熱壓量，熱壓壓縮量按0.2～0.3%考慮疊裝高度。銀盤電站4臺機(jī)定子熱壓量約為3mm。

4 結(jié)束語

文章簡單的對導(dǎo)向鍵鐵芯結(jié)構(gòu)和雙鴿尾定位筋鐵芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比，讓我們對不同結(jié)構(gòu)的鐵芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有所了解，同時文章對導(dǎo)向鍵結(jié)構(gòu)的施工工藝進(jìn)行了簡單的介紹，對今后同種鐵芯結(jié)構(gòu)定子的安裝有一定的借鑒意義。銀盤電站定子是導(dǎo)向鍵鐵芯結(jié)構(gòu)，文章介紹的工藝，在銀盤電站定子組裝中得到了成功的應(yīng)用，銀盤電站4臺機(jī)定子組裝完成，各項(xiàng)技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)范要求。從投產(chǎn)至今，一直穩(wěn)定運(yùn)行，定子監(jiān)測各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。由此可鑒，此工藝是成功的，可以對同種結(jié)構(gòu)鐵芯的疊裝工藝有借鑒意義。

作者簡介：史永軒（1985-），男，助理工程師，主要從事水輪發(fā)電機(jī)組安裝工作。