哈尔滨电机厂有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150040
摘要：近些年来，对联合循环或大容量空冷汽轮发电机的需求不断扩大。空冷汽轮发电机与氢冷、水冷机组相比，具有结构简单、安全可靠、运行维护方便等特点，受到了世界各主要发电设备制造公司的重视。
关键词：空冷汽轮发电机；转子；真空压力整浸；
本文叙述了某电机厂空冷系列汽轮发电机的工艺特点。并对空冷汽轮发电机转子加工、转子下线后压型、定子真空压力整浸等关键问题进行了研究。
一、空冷系列汽轮发电机制造关键工艺特点
1.转轴加工。空冷系列汽轮发电机的转轴加工是在数控转子铣床上进行的，这主要是因为采用了副槽结构。数控转子铣床一般是加工大型汽轮发电机转轴的，对于小型汽轮发电机转轴加工，还需进行一些改造。为此，新制造了数控转子铣床的装夹用阻尼支承，用于加工转轴时在转轴本体段支承转轴。空冷汽轮发电机转轴上数控转子铣床加工，刀具都需重新准备。外购了加工下线槽专用合金盘铣刀，分粗加工和精加工两种，还外购了加工副槽的专用合金盘铣刀。转子槽楔槽也是粗精铣三把刀同时上，一次加工成型。转子精加工可以选择两种工艺方案：即美国西屋工艺和我国传统工艺。西屋工艺采用平行夹装夹，双托架支撑以机床前后顶尖为基准，工件由卡盘带动平行夹旋转，两顶尖只起防止轴向窜动以及定中心作用，轴向不顶紧，低速切削。采用该方法可以消除因机床床头主轴承精度偏差的影响，保证转子的圆柱度要求。我国传统的工艺是采用一端用卡盘卡紧，另一端架中心架并用尾顶尖顶紧的方法加工。这种方法有以下缺点：（1）转子加工精度取决于床头轴承精度，如床头轴承精度差或有磨损，则加工轴颈也出现椭圆度；（2）转子重量的一半由床头轴承承担，转子重量较大转速较快，易损害机床轴承；（3）转子一端由床头卡盘卡住，如转子中心与中心不重合，尾部或高或低，卡盘爪与转子均承受弯矩，严重时将使卡盘卡爪折断，有时甚至将尾座向后退，最严重时卡盘爪松脱，使转子掉下来损坏机床及工件。在讨论上述两方案时，经过反复分析，认为还是采用西屋工艺，可将产品精度提高到国际水平。另外，在制造15MW燃气轮发电机时因励磁机与主机同轴，对西屋工艺进行了改进，很好地保证了汽端联轴器的端面全跳动和径向全跳动的精度。
2.转子压型。转子下线后的压型采用均布载荷压型法。槽部采用沿槽长每隔180-190mm放一块鸽尾顶压块，每个顶压块上有两个螺钉，用力矩扳手拧紧顶线匝上面的压铁来做直线部分的压型。利用这种压型线圈直线部分，压型后压块铁不弯，线匝平直，可避免由于线匝受压环过大的顶丝压力可能引起槽部破压事故的出现。利用四瓣把紧环进行端部压型。这种端部压型法，可使压型后端部线圈的圆形同转子保持同心，这将对热套护环有利。在首台60MW空冷汽轮发电机的转子下线过程中发现，转子线圈在制造过程中，由于线圈硬度大，用模具压完型后反弹严重。这使得转子下线时，线圈在槽内压靠位后，端部就弹起；端部压靠位后，槽内就出现一边高一边低的情况。而且，转子下线后压型时，线圈端部反弹严重。基于这种情况，将转子线圈制造模具改造，使得压型时压过一些，反弹后处于比较合适的高度。同样，转子下线压型时，也把压型用工具木桶由圆柱形改为圆锥形，外径由靠转子本体处向外逐渐减小，到末端半径上共减小3mm，以控制转子线圈端部压型后反弹。
3.转子槽楔加工。汽轮发电机的转子槽楔是数量较多的零件，每台有300-400件，年产量可达3000-4000件，在采用数控机床加工前，也和普通零件一样，每件都是分序在铣床、钻床、刨床上来转序加工。但随着产品结构的变化，为了提高加工效率、稳定产品质量，以解决在通用机床上加工时转序复杂，多次装夹、转运，生产周期长等矛盾，进行了技术改造引进槽楔加工中心使槽楔加工程序化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆改变后的槽楔加工工艺是将槽楔装夹在旋转工作台上，旋转工作台上有3个工位，每个工位实现不同的加工，加工时旋转工作台上同时装夹3根槽楔，全部加工后，顺次将槽楔从1工位向2工位移动，从2工位向3工位移动，通过夹具上的3个工位的自动变换，完成精加工全部过程，提高了槽楔加工的质量与效率，节省了大量工装，使以前需要在几台机床上才能完成的工作，在一台机床上就完成了。60MW空冷汽轮发电机的转子槽楔材质为不锈钢，使得加工相当困难。加工转子槽楔的老工艺方法是外购新的硬质台金可转位双面刃铣刀，并且提制夹胎，使转子槽楔能装在夹胎上两把刀同时两面加工槽楔鸽尾，保证槽楔两面鸽尾的尺寸和对称性，并且分粗精两次铣鸽尾，以保证精度。现在有槽楔加工中心，生产效率和产品质量明显提高。
4.定子真空压力整浸。空冷汽轮发电机的一个重要问题就是由于定子绕组为空气间接冷却，定子线棒温升较高。为了解决这个问题，空冷系列汽轮发电机在工艺上定子绕组采取整浸的方法，使得定于线棒与铁心间隙添满，提高了定子绝缘的表面质量，增大了散热能力。浸漆设备最初是为了整浸交流电机和励磁机而建的，满足不了大容量空冷机组的定子整浸。为此，根据现有设备情况和大容量空冷汽轮发电机的外形尺寸，准备了两套工艺方案，并制造了一些专用工具。浸漆罐里面有一个衬罐，衬罐是托住工件用的。整浸时把衬罐连工件一起吊放人浸漆罐的漆中。原有的衬罐占用体积大，使得产品能用的有效体积比较小。因此制造了一种托架，取消了衬罐。定子线棒嵌入铁心绑扎固定以后，整个定子在VPI设备中进行真空浸漆，共浸两遍。第二遍没渍时将定子翻转180°。提渍后，在烘干炉中固化，固化温度165℃±5℃。真空压力浸漆装置可满足空冷系列汽轮发电机产品的要求。浸漆工艺严格按工艺技术要求进行。改造了定子烘干炉和进炉液压平车。采用VPI处理后的电机彻底解决了采用其它绝缘工艺可能存在的电机“三松”问题。
5.总装试验。空冷汽轮发电机的总装试验，与氢冷汽轮发电机的总装试验需要充氢、作气密后进行试验略有不同。空冷发电机的总装试验，要相对简单一些，但也存在着一些问题。空冷汽轮发电机在电厂运行时，冷却器安装在发电机下部，长宽尺寸比发电机的出风口大。厂内总装试验场地没有电厂的条件，厂内的试验地坑都是垂直于地面的，为此需要制做一套通风设备。在厂内的条件下，做了通风设备也没有空间安装产品所设计的4组冷却器。产品的4组玲却器是为了电机满负荷运行所设计的，为此通过计算和厂内试验，认为不需要安装4组冷却器，只用3组冷却器即可。
二、结构特点
某电机厂生产的100MW、60MW空冷汽轮发电机和30MW及以下空冷汽轮发电机，结构设计原则为立足于公司传统结构。135MW空冷汽轮发电机则因无法整浸的原因，定子机座采用上下分半结构。内机座与外机座悬挂式弹性联接，具有良好的减振作用。定子线棒采用换位线棒，少胶云母带包扎，真空压力整浸，绝缘整体性能好。转子本体采用优质合金钢整体锻件，转子绕组由含银冷拉线圈组成，线圈内直接通风冷却。转子均采用副槽通风结构，两端装有轴流式风扇，驱动冷却空气在发电机和空气冷却器之间循环提高冷却效率。定子采用定位筋焊接结构，定子槽数多而齿窄，边段铁心齿部不开槽。定子为以气隙为主要通道的单路通风。槽楔为对打斜楔式。使用了较多的支撑支架，并用一个整环将支架连接起来。轴承与传统的座式轴承相同。通风方式为单路压入式。转子线圈不同于传统的方式，线规较大。冷却器布置与机座下面。
大型空冷汽轮发电机转子线圈的制造成功，证明了所采用的许多工艺是科学的、合理的、有效的，更为研制和开发更大容量的空冷型发电机组打下了坚实的基础。
参考文献
[1]赵新宇，空冷系列汽轮发电机制造工艺研究.2017.
[2]刘青云，浅谈空冷系列汽轮发电机制造工艺探讨.2017.
论文作者:刘海洋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/17
标签：转子论文; 汽轮发电机论文; 定子论文; 加工论文; 线圈论文; 转轴论文; 工艺论文; 《建筑学研究前沿》2018年第31期论文;