於少良

摘要：尼日利亚宗格鲁水电站是由中国电力工程有限公司牵头，与中国水电组成“CNEEC-SINOHYDRO”联合体，采用设计、采购、施工总承包方式（Engineering Procurement Construction，EPC）进行建设的。电站厂房内共安装4台单机容量175 MW的立轴混流式水轮发电机组，全部由GE通用电气水电设备（中国）公司供货。本文主要介绍其首台水轮发电机组（1#机）转子现场安装施工工艺。

关键词：水轮发电机组；转子支架；磁轭；磁极

中图分类号：TM312文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）35-0051-04

Installation Technology of GE Generator Rotor in Zonglu Hydropower Station

YU Shaoliang（China Power Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100048）

Abstract： Zonglu Hydropower Station in Nigeria is a "CNEEC-SINOHYDRO" consortium led by China Power Engi？ neering Co.， Ltd. and Sinohydro， which is constructed by means of general contracting for design， procurement and construction （EPC）. Four vertical shaft Francis turbine generator units with a single unit capacity of 175MW are in？ stalled in the powerhouse of the power station， all of which are supplied by GE Hydropower Equipment （China）. This paper mainly introduces the on-site installation and construction technology of the rotor of its first hydro generator unit （1# turbine）.

Keywords： turbine generator unit；rotor support；yoke；pole

宗格鲁水电站1#～4#水轮发电机组由GE通用电气水电设备（中国）公司设计制造。发电机转子主要由圆盘支架、磁轭及磁极等部套组成。转子支架为斜元件结构，由1个中心体和6瓣扇形斜支架在工地组焊成整体[1]。转子中心体上端通过螺栓与上端轴相连，下端通过螺栓与推力头及下端轴相连。转子支架焊接、磁轭叠片及磁极挂装等工作均在安装间进行。

1发电机转子结构及基本参数

发电机转子外径为11 954 mm，中心体外形尺寸为Φ2 520 mm×1 800 mm，磁轭高度为1 887 mm，磁轭叠片由厚度4 mm的高强度低合金钢板激光切割制成。磁轭和转子支架采用径向、切向磁轭键连接结构，转子磁轭在现场叠片完成后加温热套。磁轭径向收缩力通过磁轭键、垫片及主立筋传递到转子支架上；磁轭切向力通过磁轭副键、主键及主立筋传递到转子支架上。磁轭键、主立筋各18个，转子磁轭下方安装有28块制动环板，磁极上、下端装有阻尼环。单台机转子磁极共计28对，磁极高度为1 967 mm。转子引线绝缘等级为F级，转子组装完成后总质量约为427 t。发电机基本参数如表1所示。

2转子组装主要工序

转子组装场地埋件安装→转子组装施工准备→转子支架组焊→现场配制并安装副立筋→磁轭键组装→磁轭叠装及压紧→磁轭涨开→磁轭最终压紧→定子磁轭热套涨紧→磁轭附件安装→转子磁极挂装→转子引线安装及磁极连接→阻尼环连接片安装→转子清扫及绕组干燥→转子绕组电气试验→转子清扫和喷漆[2]。

3转子安装主要工序

3.1组装场地的施工准备

①转子组装在安装间转子工位进行。清理现场工作面，准备好临时电源、风管、施工设备、专用工器具以及施工平台等。②清理转子支撑预埋基础板，确保转子支撑和基础板受力面清洁无损伤。③在转子基础板上安装转子支撑，装配前对接触面做好防腐。调整好转子支撑，转子支撑环上表面必须调整到完全水平。标出转子支架扇形体支撑的位置，固定好支架扇形体支撑并将其调至垂直。

3.2转子支架组焊

①将转子中心体吊至转子支撑上，其方位与机坑轴线一致。检查调整中心体上法兰面水平度至不超过0.03 mm/m。在转子中心体上安装并调整测圆架，其应调整至同转子中心基准面同心，同心度应小于0.05 mm，测圆架回转中心垂直度不超过0.02 mm/m，旋轉一周的测量偏差应小于0.02 mm。

②按图纸要求进行转子中心体和各瓣转子支架待焊表面的准备。

③摆装转子支架支撑。按图纸及厂内预装标记组装并调整各瓣转子支架，通过转子扇形体支撑调整扇形体高度至符合设计要求。

④测量调整转子支架水平度、支架合缝处弦距及支架半径。支架水平度以挂钩水平为准，偏差为±0.5 mm；合缝处弦距与平均值的偏差为±4 mm；支架半径与平均值偏差为±1 mm[3]。检查焊缝错牙，其中弦距及半径应额外考虑焊接变形量。

⑤转子支架调整完成后，按厂家工艺规范进行转子支架焊缝焊接工作。

⑥焊接完毕后，对中心体筋板与支架扇形体筋板纵向对接焊缝和支架扇形体腹板径向对接焊缝进行无损探伤检查。

⑦对转子支架的各主要尺寸进行复测，结果应符合设计要求。

3.3副立筋安装

①摆装副立筋测量工具。在主立筋顶部安装配筋测量工具，调整其高低和水平。测量公差要求如下：各个测量工具的高程差应小于0.5 mm；每个测量工具的水平度应小于0.04 mm/m；扭斜误差应小于0.1 mm；半径偏差应小于0.1 mm；弦距偏差应小于0.2 mm。

②测量配刨副立筋数据，记录每个副立筋的数据。注意在主立筋上标出副立筋的切向位置。

③副立筋加工。加工后安装的副立筋应满足图纸要求的半径，通过加工副立筋来修正副立筋与转子支架焊接时的变形偏差。

④副立筋安装后需按图纸完成塞焊及两侧的角焊缝。副立筋的最终位置要求如下：弦距公差不超过0.2 mm；至中心距离偏差不超过0.5 mm；径向倾斜不超过0.15 mm；周向倾斜不超过0.15 mm[4]。

3.4磁轭叠片及压紧

①摆装转子叠片平台。摆装转子磁轭支撑，使其保持垂直。复测测圆架。测圆架与转子中心同心度小于0.05 mm，回转一周的测量偏差小于0.02 mm。

②安装磁轭主键。检查楔键高度，必要时进行修割。以一个主键为基准，安装并测量其他磁轭主键和基准磁轭主键之间的偏差，记录测量结果。

③安装下压板。将下压板置于支撑上，下压板内侧支撑在大立筋挂钩上，外侧支撑在两侧磁轭支撑上。调整下压板水平，根据转子的基准轴线检查下压板的位置是否正确。用测圆架、水准仪调整第一块下压板的下平面与中心体下法兰面的高程差、径向水平至合格，用测圆架和百分表将其他下压板调好，整体波浪度应不超过2 mm。

④转子磁轭叠片叠至120 mm高度。注意按照图纸检查磁轭叠片错开距离是否正确，用塑料锤轻击磁轭叠片使其穿过叠片销。通过调整切向楔键的位置调整磁轭键的切向位置，按调整好的磁轭调整切向磁轭键的位置并锁定。

⑤按照图纸进行转子磁轭叠片，直至第一次压紧高度。按照图纸检查磁轭叠片的错开距离是否正确。用塑料锤轻击磁轭叠片使其穿过叠片销；随着磁轭叠片的进行，向上拉长叠片销；补偿片的压紧螺栓孔的位置要与磁轭压紧螺栓孔位置对齐；不要移动下端的短叠片销，这些叠片销使磁轭叠片成为一个牢固的整环。

⑥检查叠好的转子磁轭的调整情况：检查磁轭同心度，必要时用塑料锤或液压工具重新调整磁轭；检查下压板的水平；通过检查确保磁轭与主键之间没有径向间隙。

⑦按图纸安装压紧装置。安装前必须先润滑压紧螺栓表面和螺纹；用风动扳手按照图纸要求压紧螺栓，按对称交错的原则进行。

⑧压紧后检查磁轭，在磁轭的内外径处测量磁轭高度，在圆周测量每张磁轭叠片高度；检查上下压板的径向平面度；测量磁轭的同心度。

⑨重复以上步骤，按图紙进行转子磁轭叠片，直至最后一次压紧高度。根据磁轭叠片第三次压紧测量的结果加补偿片。

⑩按照文件对转子磁轭进行最终预压紧，压紧所有螺栓。拉伸过程分3次进行，逐渐增加拉伸力，直至拉伸长度符合要求。第一次拉伸力为参考拉伸力的50%，第二次拉伸力为参考拉伸力的75%，第三次拉伸力为100%参考拉伸力。检查最终压紧好的磁轭，在磁轭的内外径处测量磁轭高度，在圆周测量每张磁轭叠片的高度；检查上下压板的径向平面度；测量磁轭的半径和同心度。

3.5磁轭涨开

①先拆出一半的磁轭主键，更换为锯齿形磁轭涨开键，再对另一半进行更换。对称拆除，将磁轭主键更换为锯齿形磁轭涨开键，安装压紧支撑和螺栓。

②成对的锯齿键组装前在锯齿键相互接触面及与大立筋键槽底部接触面涂润滑剂。安装前，在螺纹表面和螺栓头涂润滑剂。

③松开所有的磁轭预压螺母，采用对称交错的方式进行。将交错的一半螺母更换为产品螺母，采用手动方式紧固。

④根据前序测量的磁轭半径尺寸，用压紧螺栓压紧所有磁轭半径偏小处的锯齿键，同时用测圆架监测对应的磁轭变化。对称交错压紧锯齿键，每次拧紧一圈，同时在8个方向上下两处监测磁轭外径的变化情况。随着拧紧力的增大，磁轭半径会均匀增大，内部也会产生片间滑移声响，直到所有压紧螺栓力矩均大于900 N·m时停止拧紧。测量转子磁轭的上、中、下3个截面的半径。

⑤用交错对称的方法均匀松开压紧螺栓。

3.6磁轭的最终压紧

①换装产品螺杆后用液压拉伸器对转子磁轭进行最终压紧，应逐步增加拉紧压力直至达到最终压紧力的100%，分3步进行压紧才能达到最终压力。螺杆拉伸过程按验收表格检查拉伸值，拉伸值抽查螺栓总数的10%，剩余90%的螺栓用已经抽查合格的10%螺栓的最大拉伸力来进行拉伸，螺栓拉伸量为3.20 mm±0.16 mm。

②检查最终压紧好的磁轭，测量转子磁轭上、中、下3个截面的半径。在磁轭的内外径处测量磁轭高度，并按要求对螺母进行点焊止动。

③拆除所有磁轭及转子支架的支撑，测量并记录转子磁轭下沉量。

3.7磁轭热套涨紧

①拆除锯齿形磁轭涨开键，必须对称进行，以防止磁轭产生不必要的变形。

②根据测量的转子磁轭半径和高度以及磁轭主键处的间隙，考虑磁轭的半径修正转子磁轭需要涨紧的厚度，计算出所需垫片的厚度[3]。如果上中下测量的间隙差大于0.5 mm，要考虑上中下配制使用不同厚度的垫片。按图纸要求将磁轭主键与垫片组装在一起。

③在转子磁轭通风槽内安装加热器并接入控制柜，在磁轭上安装保温被。投入电源对磁轭进行加温，控制温升在6～10℃/h内，约需20 h完成磁轭加热，每30 min记录一次温度，包括磁轭内外侧的上中下各部位，及磁轭和转子支架的顶面及底面。磁轭加热后受热膨胀，则径向间隙会逐渐变大。当检查每根副立筋处磁轭和副立筋之间的间隙比需加入的主键和垫片厚度大于1 mm且最小大于0.5 mm时，将磁轭主键与对应的垫片一起装入磁轭，同时装入磁轭副键，轻轻打紧，切断加热电源，慢慢降低磁轭温度至室温。热套完成后将转子磁轭再次压紧一遍。

④测量转子磁轭的上、中、下3个截面的半径，在磁轭的内外径处测量磁轭高度。

⑤打紧磁轭切向副键，用大锤打紧，直到打不动。按图纸将多余的副键割除，安装转子磁轭止动板。

⑥测量转子下端法兰面与转子下压板之间的距离。

3.8安装止动板

①测量上压板与大立筋槽的上表面的距离，将止动板配刨机加工。

②按图纸安装止动板和压紧螺栓。检查止动板上面和大立筋的槽面之间有无间隙，止动板下面不能在轴向压住大立筋。

3.9安装制动环

按图纸安装制动环瓦及相应的垫片，测量制动环的平面度。制动环沿转子转动方向必须平滑或连续，制动一环后一块不能高出前一块。环板径向应水平，其偏差应在0.5 mm以内，沿整个圆周波浪度应不大于2 mm。

3.10磁极安装

①检查转子磁轭及磁极表面的所有沟槽，磁极沟槽和磁轭的表面必须清扫干净。

②磁极安装前应按厂家实验大纲进行单个磁极电气实验。

③安装转子磁极定位装置。确定磁极放置位置，进行转子磁极配重时，应按磁极质量的偏差进行补偿。配重时要将磁极按图纸分成两组，两种磁极位置不同，应注意区分。

④试装磁极。对称挂装两个磁极，检查极性顺序是否正确。根据以下条件确定转子磁极和磁轭间的垫片厚度：定子铁芯的平均测量直径、静止时的气隙、转子磁轭的平均直径、磁极高度；在楔子表面涂薄薄的一层润滑脂，按图楔紧转子磁极；测量转子磁极安装后的半径，由此确定磁极和磁轭间的垫片厚度；按照先试装的两个磁极确定垫片厚度，将垫片与磁极焊在一起。焊前做好防护，以防烧伤磁极绝缘。一般采用氩弧焊，防止飞溅且便于清理。

⑤挂装全部磁极。拆除转子支架支撑，检查转子磁极中心高程，通过下压板上的调整螺栓调整磁极高程，并锁定螺栓。

⑥按图楔紧转子磁极，测量转子半径及垂直度。若转子的半径超差，则通过改变转子磁极和磁轭间的垫片的厚度来进行校正。

⑦完成磁极挂后按厂家实验大纲要求进行磁极挂装后电气实验。

3.11转子引线安装及实验

①安装磁极与磁极间及阻尼绕组间的连接并将螺栓锁定牢靠。

②按图纸安装励磁引线，锁定螺栓导体支撑件钻孔并套丝。将支撑垫铁焊接于上磁轭压板上（焊接时应注意保护极间连接线绝缘），所有焊缝均需做PT探伤。

③转子组装所有工作完毕后，按照厂家实验大纲要求对转子绕组进行电气实验，包括绝缘电阻、直流电阻、交流阻抗、功率损耗以及交流耐压等实验。

3.12转子整体清扫喷漆

转子组装完成后，进行彻底清扫，然后按照规范要求进行验收检查[5]。检查合格后，按厂家要求对转子进行整体喷漆。

4施工中遇到的主要问题及建议

①在对首台机转子中心体和扇形体支架焊缝坡口焊前PT探伤时，发现存在多处气孔、夹渣等缺陷，有些位置经打磨后深度达15 mm。经判定，此母材缺陷產生的原因为在厂内对坡口堆焊修复完成后，出厂前未再次进行表面探伤检查。因此，要求厂家今后加强设备出厂品控[4]。

②对转子磁轭进行片间滑移时，按厂家要求安装压紧支撑和螺栓来压紧磁轭锯齿键，用力矩扳手拧紧螺栓。随着拧紧力的增加，当压紧螺栓力矩达900 N·m时，绝大多数压紧支撑板均出现较大变形。因此，要求厂家将此工具压紧支撑板更换为高强度钢材。

5结语

发电机转子既是水轮发电机组的主要部件，也是水轮发电机组将水能转换为电能的核心部件。在机组运行中，它承受转动力矩、离心力、重力及磁拉力等综合作用[5]。因此，在转子组装前，必须熟悉转子结构特点和组装工艺，组装过程中严格按厂家工艺施工，主要包括转子支架焊接、磁轭叠装和热套涨紧、磁极挂装等，同时应严格控制组装质量，如转子圆度、同心度、磁轭铁片压紧和质量分布情况以及各种连接方式的紧固和防松。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.水轮发电机组安装技术规范：GB/T 8564—2003[S].北京：中国标准出版社，2003.

[2]中华人民共和国国家能源局.水轮发电机组转子现场装配工艺导则：DL/T 5230—2009[S].北京：中国电力出版社，2009.

[3]赵建乐，赵凯.转子与磁轭及定子无搭边叠铆级进模设计[J].模具工业，2010（3）：13-18.

[4]张传军，赵静.大朝山水电站发电机转子装配工艺及相关改进[J].吉林水利，2008（5）：58-61.

[5]何少润.高转速发电机组转子磁轭热打键工艺剖析[J].水电站机电技术，2010（2）：8-11.