黄秀波

(哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

80 MW同步电动机是我国重点项目工程用电机，目前是世界上单机容量最大的同步电动机。我公司在没有任何参考图样的情况下，自主研发了此类电机。该电机的研制成功，对整个电机制造行业的发展意义重大，它填补了国内在此类电机生产领域中的空白。产品制造完成后，由有关人员及专家共同检验、鉴定，其技术性能和质量均能达到用户的要求。

电机在制造工艺上有着诸多特点，有些更是我公司首次采用。在充分吸收和消化设计图样情况下，借鉴了水轮发电机的制造工艺，编写了详尽的工艺文件，在制造过程中不断改进，从单个部件的加工，到最终产品的装配、试验，均按相关的质量标准进行，是此项目成功的关键因素。

1 产品结构概述

1.1 产品主要技术数据

型号：TBP80000-12

额定功率：80 MW 额定电压：11 000 V

(同相位的双绕组)

额定电流：2×2 123.2 A 额定频率：50 Hz

额定转速：500～860 r/min 功率因数：1.0

相数：3 极数：12

防护等级：IP54 绝缘等级：F

结构型式：IM7315 工作制：S10

冷却方式：IC8A6W7 工作频率：10-50-86 Hz

1.2 产品结构

(1) 电动机由定子、转子、带高压泵的两个轴承、外罩、冷却器等部件组成。

(2) 电动机轴有两个轴伸端，一端为传动端，通过轴端法兰与用户压缩机相连。另一端为非传动端，即测速端，与盘车装置相连。

(3) 电动机的定、转子绕组均采用F级绝缘，经VPI处理。

(4) 电动机定子铁心是在已加工好的机座内进行叠片，通过拉紧螺杆把紧形成整体机座。

(5) 电动机转子采用凸极型式，即在轴上热套经粗加工后的磁轭。在磁轭部分加工出键槽，再将磁极用定位键固定在轴上。

2 电动机制造工艺

2.1 转子磁轭的套装

转子的磁轭部分是由内孔直径大小不同的十一块磁轭板组成，通过加热套装在轴上。

传统工艺方法是将每一块磁轭板分别加热，调整水平后将轴套入磁轭板上。每套装一块磁轭板都要等到冷却至室温后再套装下一块磁轭板，套装磁轭板工期较长。此次采用将轴竖立起来，调整垂直后，用压板固定在地坑平台上，同时加热4～5块磁轭板，利用定位销和专用工装限定每一块磁轭的位置，然后进行冷却并借助磁轭板自重及外力来消除板间的间隙，总体分两次即可完成磁轭的套装，从而有效缩短了工艺时间。

2.2 转子磁轭加工

磁轭材料选用低合金高强度钢。磁轭加热后套装在转轴上，磁轭的加工难点在于T型键槽的加工。磁轭上的键槽由12组组成，而每组又由三个键槽组成。这样整个磁轭的键槽就由72个键槽组成，键槽越多其加工难点越大，要求每个键槽的分度就得更准确。因此采取在轴的法兰端，安装分度连接盘的工艺方法，见图1。在坐标镗床的工作平台上用两个支撑架将转轴摆放好，使转轴水平，调整平行度≤0.02 mm。在轴的本体端面上划出线槽，调整轴颈处支撑架，再调整转轴与分度盘的同心度≤0.02 mm。

图1 轴与分度连接盘的把合示意图

找到转轴中心坐标和铣刀位置坐标，调整后使之重合，进行铣方和铣槽。每个键槽分两次粗铣，槽深留余量满足精铣要求，每铣完一个槽，轴旋转180°铣对称的另一个槽，这样既保证了槽加工精度又保证了其位置精度，见图2。

图2 磁轭槽加工示意图

2.3 转子磁极钎焊

转子磁极阻尼环与阻尼条在设计上选用了插接钎焊的连接方式，在实际生产过程中采用了中频感应钎焊方法。具体的操作要点如下：

(1) 阻尼环与阻尼棒的焊前清理，均使用砂纸或工业百洁布擦出铜亮色，再用酒精或丙酮溶液将部件擦拭干净，去除一切影响钎焊质量的油、污、锈等杂质。

(2) 感应线圈的形状应按照阻尼环的厚度及弧度制作，形状不合适可能会导致磁极铁心在钎焊过程中发生过烧或熔化。

(3) 钎焊材料的选择，根据机组对导电特性的要求及磁极阻尼环与阻尼棒组装的结构特点，选用合适规格的BCu80PAg钎焊焊丝。

(4) 使用额定功率不小于70 kW的中频感应钎焊机组进行焊接，而且感应线圈铜管的尺寸也应按照设备的冷却水设置特性加以考虑。

(5) 钎焊温度的控制按照钎料的特点控制在要求的范围区间，在实际操作过程中，应使用点触式测温仪或红外式测温仪监控。

(6) 操作者需按温度区间及接头熔化程度选择填料时机，在填料时应均匀、持续，保证钎缝的自然虹吸特性以确保质量。

(7) 最终钎焊完成后应仔细检查钎焊接头，阻尼环与阻尼棒钎焊接头表面不应存在钎料金属未熔化，钎料金属小球，钎焊接头黏接不良或母材烧损迹象，所有接头在母材或钎焊接头区域不得有裂纹。

2.4 定子铁心装压

定子铁心叠装方式为内压装，即在定子机座内圆上以定位筋为基准，两端装有扇形齿压板，通过扇形齿压板穿过的拉紧螺杆在油压机上将铁心压紧。铁心叠装采用专用的装夹工具及焊接夹具，借助压板将铁心压紧，使叠片后的铁心符合设计要求。工艺过程：准备装压中所需的设备，工具和材料，并检查它们的完好程度，全面清理机座使其内无毛刺、铁屑和其他异物，而后测量内机座的内径，并按工艺规程把铁心定位筋挂好并保证定位筋的弦距等分。将机座吊放在方箱上，传动端朝下，调整机座水平及垂直在0.2 mm/m之内，开始叠第一段铁心，叠装采用1/2叠装。第一段铁心叠完后在铁心槽内插入槽样棒，每张扇形片应放入两根槽样棒。对铁心进行整形，使铁心内径、槽形、段的长度均符合图纸要求。第一段铁心合格后再继续叠下一段的铁心，叠到600 mm左右时需进行一次预压。加压时压力要逐渐升高到规定值，并保压到规定的时间，然后降低压力到规定值，再次升压，从而实现反复加压的过程。叠完铁心并装上定子压板后在压紧状态下打入弧形键，并按要求焊接牢固。最后，将端箍及铜环支架焊接在压板上。

2.5 定子嵌线及真空压力浸漆

2.5.1 定子线圈绝缘材料的选择

电机定子绕组由条式线棒组成，条式线棒由多股并联的绝缘股线组成，有玻璃纤维单面补强少胶云母带、聚酯薄膜单面补强少胶云母带和全固化整浸防晕带。

2.5.2 定子线圈主绝缘结构

经过多次绝缘结构设计的改进，确定少胶VPI绝缘系统定子线圈绝缘结构如下：槽部绕组线采用薄型涤纶玻璃丝包烧结漆包铜扁线，换位加换位绝缘及填充垫条；线圈双面主绝缘厚度比同类同电压等级的模压结构线棒主绝缘厚度减薄1.3 mm；防晕层采用HEC5442-1A云母带与HEC5442-1B云母带交替半叠绕，再1/3绕一层防晕带。

2.5.3 定子嵌线工艺

定子嵌线在嵌线封闭间进行，定子线圈为条式模压的F级线圈，按接线方式连成绕组。采取了试嵌线圈的工艺，通过试嵌线圈确定其绑环位置、槽内垫条应增减的数量及线圈在槽内侧面的松紧程度。嵌线时为保证端部的整齐，制作了样板，以传动端为基准进行控制，每个槽线圈侧面需要垫的半导体垫条厚度和长度都做了记录。控制了端部斜边垫块位置和斜边的间距。极间连接的铜环预先进行了平直、弯形，预装标记出焊接部分，其余部分包上绝缘，装到绕组上后，焊头包扎。绝缘包扎比较细，整个绝缘包扎质量良好，嵌线后绕组电气性能一次试验合格。

2.5.4 VPI真空浸漆

定子嵌线后须在Φ5 m浸漆罐中采用ET884-1环氧无溶剂浸渍树脂进行真空压力浸漆。由于定子较高且漆面不够，因此无法一次全部整浸，只能采用先浸一半，经过空中翻身后再浸另一半，最后整体烘干的方式。为此制作了专用浸漆工具。

2.6 定子的空中翻身

定子装配后总重达100 t，尤其定子线圈高出定子的两端端板达800 mm，这就给定子在浸漆和制造中的翻身带来很大的困难。为了在整个翻身过程中不损坏线圈端部，利用机座上的底脚板把合孔固定翻身工具，特制了翻身工具及吊梁，达到了空中实现翻身的目的，如图3所示。

图3 定子空中翻身

3 电机总装试验

80 MW电机也是目前国内总吨位最大的电动机，总吨位接近300 t，其中转子吨位约110 t，定子吨位约100 t。电机吨位超出了厂内的单台吊车吊装能力，通过对厂内各方面能力进行了评估，最终定下该电机总装方案：定子用工艺垫板垫高，吊车吊平转子后插入定子，通过调整定子下面的垫板数量和吊车的高度来实现将电机中心高降下来。为此设计制造了工艺垫板、轴承座安装小车、工艺支撑架等一系列的工艺工装来保证电机总装的顺利进行，并对最终的工艺方案进行了评审。顺利实现了厂内总装并完成全部厂内试验。

4 结语

电机厂完成总装配后，试验一次启动成功，并顺利的通过了各种机械、电气性能试验。电机试验完成后发往使用单位与压缩机进行了对拖试验，完成了设计各项指标的最终考核。电机制造过程中攻克了磁极阻尼环与阻尼条的焊接质量、定子线圈绝缘系统问题，解决了定子空中翻身和浸漆问题以及在吊车能力不足的情况下电机总装等工艺难题。此电动机项目的研发成功，标志着我国在此领域完全实现了国产化。