哈尔滨电机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150040
摘要：发电机机座作为固定、支撑、保护定子铁心和绕组以及组成发电机部分冷却风路的部件,在其运行中要承受重力、单边磁拉力、铁心热膨胀引起的径向力、铁心的轴向回弹力及各种状况下的电磁转矩的作用。空冷汽轮发电机以其性能稳定、成本较低、维护方便等诸多优点，越来越受到广大用户的青睐。空冷汽轮发电机结构不同于传统的发电机，装焊难度较大，质量要求高，工艺过程复杂。机座装配的同心度、垂直度及加工余量、焊接质量均有较高的标准和要求。
关键词：空冷汽轮发电机定子机座；结构特点；装配工艺；
近年来,随着空冷汽轮发电机的容量不断增大,机座的负载也越来越大,除其几何尺寸增加以外,其结构也更复杂,制造的难度加大了许多。大容量空冷汽轮发电机定子机座不仅要保证有足够的强度和刚度,还要考虑其固有频率必须避开发电机的倍频及铁心等部件振动频率,以防发生共振。另外,机座几何尺寸的加大,其应力变形也越大,要克服其应力变形,除了优化结构设计、选用优质材料以外,还要有科学的制造工艺。
一、空冷汽轮发电机定子机座的结构特点
我国目前135MW～150MW的大容量空冷汽轮发电机定子机座通常采用内外机座的双壳结构，内外机座通过弹簧板连接。内外机座间的弹簧板有竖式布置和卧式布置两种。竖式弹簧板沿定子机座内圆切向分布，隔振效果较好，在国内外大容量汽轮发电机定子机座的结构中应用最广。轴向组合的卧式弹簧板隔振结构，弹性元件与定位筋组合在一起，弹性元件在定位筋的背部，均轴向分布，弹性元件的两端用螺钉与定位筋连接，中间用螺钉和机座中壁环板把并紧或焊牢，这种结构，机座的外径较大，隔振效果比竖式结构稍差，一般用在中型汽轮发电机定子机座的结构中。此弹性连接可有效减弱切向振动，而径向振动由外机座的薄钢板机壁来吸收，因此，最终传到基础上的振幅极小。该结构独有的双机座结构，其铁心相当于悬挂式弹性连接，隔振效果较好。定子外机座为上下分瓣、合缝板连接结构，上半机座为半圆罩形结构。两端端盖均为分瓣式，既便于加工，又便于装配。下半机座是承载部分，是设计和制造的重点。整个机座在轴向分为若干室，每个室都形成一个风区，与轴向通风管道及铁心通风槽板共同组成发电机定子的通风系统。由于大容量空冷汽轮发电机轴向长度较长，为了提高冷却效果，使风量分配更合理，风路数量相对较多，增加了机座的复杂程度，光外机座就需要上千个零部件装配在一起，焊接量非常大，且需要的工装部件也较多。受力较集中的部件如机座地脚板等部件的焊缝要做100%的裂缝检验，其它焊缝要做100%的目测检验。焊接过程采用振动法来消除应力，焊接完成再经喷砂处理。
二、装配工艺
1.机座的装配与焊接。内机座通常采用立式装配，将端板吊装至装配平台并调好水平度，将支撑板与环板交替进行装配。在装配内机座另一端的端板时，装配总高度需高于图纸要求，以此来补偿整个焊接过程中产生的焊接收缩。焊接时，2名焊工在对称位置施焊，按照先水平，后纵向的顺序焊接焊缝。每层支撑管在180°的对应位置同时施焊。弹簧座板焊接时按照由机座环板中间层焊口开始，向下层、上层交替进行焊接。外机座为上下分瓣结构，由合缝板进行连接，上半机座的半圆罩形结构较为单薄，在焊接过程中易产生扭曲变形，因此焊接时要注意对称、同时和同速，按照图纸要求进行焊接，严格控制焊接变形。焊接完成后，外机座弹簧板座板通过弹簧板夹板分别与弹簧板按图纸要求进行连接，以外机座为基准，通过弹簧板划线加工内机座弹簧座板。
2.内外机座的装配。内外机座的装配实际上就是将装配好的内定子装入外机座下分瓣，然后安装外机座上分瓣完成装配。装配时要确保外机座轴线同内定子轴线相一致，在汽轮机端、中心、励磁机端三个平面上，允许偏差±0.5mm。将弹簧板装配至外机座下分瓣的弹簧板座板上，并用连接螺栓紧固，按照图纸要求进行焊接。将内定子吊装至外机座下分瓣中，找正后用把合螺栓连接弹簧板与内定子弹簧板座板，按照图纸要求进行焊接。弹簧板的焊接分别在弹簧板与外机座弹簧板座板连接的下方交界处（外侧）及弹簧板与内定子弹簧座板连接的上方交界处（内侧），要两名焊工分两侧进行平行作业。每一侧的焊接操作要按顺序同时进行，在完成首次焊接操作后，清理焊缝并目测检验。大容量空冷汽轮发电机定子机座采用上述结构，不仅外形美观，而且隔振效果好，可构成复杂的定子风路，以满足大容量空冷汽轮发电机冷却的要求。机座、定子可同时制造，大大提高了生产效率。
3.工艺措施。1)控制产品的焊接变形。不锈钢端板与不锈钢立板的焊角较大，致使励端底板变形较大。改进措施:焊接时严格控制焊接电流、焊接速度、对称焊接等，焊后进行火焰校型。2)加工公差要求的改变。在装焊中由于弧形板与中板及边板的配合尺寸均相同，且均为自由公差，导致无法装焊。后经研究，将中板和边板的外圆尺寸分别按正负公差下料，之后顺利装焊。然后对图纸进行改版增加公差要求。由于中板和边板其余尺寸均不需加工，且该部件下料完成后就参与装焊，如果将此尺寸改为加工，则需将此部件转到加工分厂进行加工后再转回冷作分厂进行装焊，浪费时间和费用。且此件是焊接件，车间火焰切割后打磨，只要保证焊接性就可以，无须过高的精度。二次精割时采取防变形措施，注意控制精割速度并观测其变形趋势，及时调整精割位置，减小隔板下料后变形。最后能很好地满足图纸要求。3)制定合理的焊接变形收缩量结合定子机座高度及装配部件的焊缝形式、焊接强度，制定了合理的装配尺寸、预留焊接收缩量。定子机座隔板装配高度较理论高度预留焊接收缩量1～2mm，整体装配后定子机座总高预留焊接收缩量10～15mm。4)采用熔化极气体保护焊。采用分段对称焊接，控制焊接变形。按焊接顺序依次焊接。同一水平位置接头，对称均匀焊接，按图要求焊完，控制变形。焊接工艺规范:采用熔化极气体保护焊，直径1．2mm。混合气体:80%氩气+20%二氧化碳气体。气体流量:15～20L/min。焊接电流:平焊和横焊:150～350A，立焊:120～160A，仰焊:120～150A。焊接前该处需要预热至50℃。严格控制层间温度不大于260℃。采用分段镶边退步焊接。每段焊缝长度不大于500mm。除底层焊道和表层焊道以外，其他各层焊道需要进行充分锤击。焊接过程中监测环板板平度变化情况，变化3mm以上时停止焊接。
结束语
大容量空冷汽轮发电机定子机座采用上述结构,不仅外形美观,而且隔振效果好。可构成复杂的定子风路,以满足大容量空冷汽轮发电机冷却的要求。机座、定子可同时制造,大大提高了生产效率。本文根据对比传统的大容量汽轮发电机定子机座的结构特点,对生产的大容量空冷汽轮发电机定子机座的结构特点和装配工艺进行了简单介绍。
参考文献
[1]汤蕴璆.史乃.电机学[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]汪耕.李希明.大型汽轮发电机设计、制造与运行[M].上海:上海科学技术出版社,2000.