水轮机转子磁轭加热装置及采用该装置加热磁轭的方法

摘要

水轮机转子磁轭加热装置及采用该装置加热磁轭的方法，涉及水轮机转子磁轭加热技术。它为了解决现有的磁轭加热装置加热时间长，导致加热效率低的问题。本发明的多个不锈钢石英云母加热板位均匀分布在水轮机转子磁轭的相邻叠片之间的通风沟中，底部加热器位于磁轭底部；六个温控电路用于控制不锈钢石英云母加热板，另外一个温控电路用于控制底部加热器；DCS膨胀量激光检测装置用于检测磁轭的径向膨胀量，并在膨胀量达到设定值时停止加热。本发明加热时间短，到达所需温度时间只要8－12小时，且磁轭加热的均匀性较好，适用于水轮机转子的磁轭加热。

说明书

技术领域

本发明涉及水轮机转子磁轭加热技术。

背景技术

水轮机转子主要由转子支架、磁轭和磁极组成，转子上部与上端轴相连，下部与发电机轴相连，连接方式均为法兰连接。在安装间进行转子支架的组装、磁轭叠片组装和磁极挂装。

发电机转子磁轭外径最大约为Φ15000mm，转子磁轭高度大约为3500mm，整体转子重量约为1600t。转子支架有24个支臂，分成中心体和4块扇形块运输至现场后组装成整体，支架的下部设有制动环；磁轭由优质高强度热轧薄钢板在现场叠装而成。磁轭叠片用螺栓紧固，分上、下两层，磁轭叠片完成后，磁轭进行热套。磁轭外侧挂上磁极并连线。

水电站水轮发电机组在运行的时候，电机的转子磁轭会受到很大的离心力，特别是大机座号或者高转速机组，巨大的离心力会使迭片磁轭产生明显的径向变形，从而使磁轭与转子支架之间产生径向分离间隙，转子直径越大或者转速越高，分离间隙越大，这不仅会使机组引起过大的摆动与振动，甚至还会使转子支架立筋上的挂钩因受到冲击而断裂，造成严重事故。因此，转子现场磁轭冲片、叠装后与转子支架一预紧力，使迭片与转子支架的径向紧量达到满足机组运行的要求，对磁轭打键一般都分两次进行，先在冷状态下打键，然后再在热状态下打键。

转子磁轭热套是通过对磁轭加温使磁轭膨胀，从而在磁轭键与副立筋键槽板之间产生间隙，随后加入垫片，冷却降温后，磁轭热加垫收缩后的过盈量会使磁轭与转子支架紧箍形成更紧密的整体。但现有的磁轭加热装置加热时间长，加热效率低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的磁轭加热装置加热时间长，导致加热效率低的问题，提供一种水轮机转子磁轭加热装置及采用该装置加热磁轭的方法。

本发明所述的水轮机转子磁轭加热装置包括多个不锈钢石英云母加热板、底部加热器、多点温控设备和DCS膨胀量激光检测设备；

不锈钢石英云母加热板的厚度为3～5mm，多个不锈钢石英云母加热板位均匀分布在水轮机转子磁轭的相邻叠片之间的通风沟中，不锈钢石英云母加热板采用AC220电源供电；

底部加热器包括氧化铝陶瓷和电热丝，所述电热丝设置在氧化铝陶瓷内部；

多点温控设备包括七个温控电路，其中六个温控电路用于控制不锈钢石英云母加热板，另外一个温控电路用于控制底部加热器；

DCS膨胀量激光检测装置包括激光测距传感器、总开关、数据处理电路和报警电路，所述激光测距传感器用于检测磁轭的径向膨胀量，总开关串联在AC220电源的供电电路中，数据处理电路用于对激光测距传感器检测到的信号进行处理，并根据处理结果控制报警电路和总开关。

采用上述水轮机转子磁轭加热装置加热磁轭的方法为：

步骤一、水轮机转子磁轭圆周分布48组通风沟，每组包括42个通风沟，在每个通风沟里布置一个超薄硅晶不锈钢石英云母加热板；

步骤二、在磁轭底部圆周方向均匀布置24块辅助加热片；

步骤三、在磁轭周围设置48个测点，48个测点沿磁轭圆周均匀分布，每个测点沿磁轭外表面的上、中、下三个位置分别布置一个热电偶，所有热电偶均通过专用补偿导线路分别连接至温控电路中的门电路和磁轭表面上；

步骤四、在转子支臂上放置温度计，该温度计用于监测加热过程中转子支臂的温度变化；

步骤五、采用防火保温被包裹磁轭的内、外表面，且磁轭外表面与防火保温被之间留有200mm的间隙，磁轭内面与防火保温被之间的间隙为0；

步骤六、接通电源，按照预先设定的温升曲线加热磁轭；

步骤七、磁轭加温至70～80℃时拔出事先插入的8组磁轭键，并将配好的垫片点焊在磁轭主键上；

步骤八、当磁轭的膨胀量满足加垫要求后按对称方向迅速插入24组垫片和主键，垫片和主键插入前应均匀涂抹二硫化钼；

步骤九、垫片和主键全部安装完成后，插入相应副键，副键插入前，其表面涂二硫化钼，当所有副键安装完成后关闭电源停止加热。

本发明的有益效果：加热时间短，到达所需温度时间只要8－12小时，且磁轭加热的均匀性较好。

附图说明

图1为实施方式三中的42个回路的结构示意图，其中JD表示极点；

图2为实施方式四中的不锈钢石英云母加热板的布置图，其中1表示磁轭，2表示通风沟，3表示不锈钢石英云母加热板；

图3为实施方式四中48个测点的分布图，其中4表示防风棚，5表示测点，6表示进入口，7表示防护棚；

图4为实施方式四中的保温被与热电偶的布置图，其中8表示底部加热器，9表示激光测距传感器，10表示保温被，11表示位于测点处的热电偶。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的水轮机转子磁轭加热装置包括多个不锈钢石英云母加热板、底部加热器、多点温控设备和DCS膨胀量激光检测设备；

不锈钢石英云母加热板的厚度为3～5mm，多个不锈钢石英云母加热板位均匀分布在水轮机转子磁轭的相邻叠片之间的通风沟中，不锈钢石英云母加热板采用AC220电源供电；

底部加热器包括氧化铝陶瓷和电热丝，所述电热丝设置在氧化铝陶瓷内部；

多点温控设备包括七个温控电路，其中六个温控电路用于控制不锈钢石英云母加热板，另外一个温控电路用于控制底部加热器；

DCS膨胀量激光检测装置包括激光测距传感器、总开关、数据处理电路和报警电路，所述激光测距传感器用于检测磁轭的径向膨胀量，总开关串联在AC220电源的供电电路中，数据处理电路用于对激光测距传感器检测到的信号进行处理，并根据处理结果控制报警电路和总开关。

本实施方式突破了传统的加热方法，在磁轭技术规范允许的情况下，设计时在叠片间预留了若干个通风沟，在此通风沟中放入不锈钢石英云母加热板进行有效加热，再利用DCS膨胀量激光检测装置进行主控制，数据处理电路将激光测距传感器检测到的径向膨胀量与预先设定的膨胀量进行比对，当磁轭叠片的径向膨胀量达到预先设定的膨胀值时，控制总开关断开以停止加热，同时触发报警电路进行报警，以通知操作人员进行打键施工。多点温控设备对磁轭进行上下左右多点分区控温，达到均匀加热，保护磁轭不因局部过热产生变形之目的。磁轭的外表面由专用石棉保温设备进行保温处理。

所述温控电路包括热电偶、门电路、DC12V电源和固态继电器；热电偶用于测量磁轭的温度，其中一个温控电路中的热电偶用于测量磁轭底部的温度；每个温控电路中，路热电偶输出的温度信号发送至门电路，门电路将该接收到的信号与设定温度进行比对后，根据比对结果控制DC12V电源的信号输出，DC12V电源用于给固态继电器的线圈上电；用于测量磁轭底部温度的热电偶所对应的固态继电器的开关串联在底部加热器的供电回路中；多个不锈钢石英云母加热板分为六组，另外六个固态继电器的开关分别串联在六组不锈钢石英云母加热板的供电回路中。

不锈钢石英云母加热板的厚度约为3-5mm，而磁轭通风沟高度一般在3.5mm以上，因此完全能满足使用要求，且该不锈钢石英云母加热板的表面功率一般小于1W，其表面温度最高为300℃，这样就避免了磁轭局部的过热现象。由于不锈钢石英云母加热板直接插在相邻磁轭之间加热，因此整个磁轭受热较快，大大缩短了加热时间，一般到达所需温度时间只要8－12小时。由于整个磁轭的通风沟多达6000个，因此可通过受热面积的大小来调整金属超薄不锈钢石英云母加热板的多少，避免了不必要的能源损耗。

磁轭底部的底部加热器为板式履带加热器，由氧化铝陶瓷内设有镍铬丝等组成，加热器起到辅助加热作用，此加热器是为了防止加热过程中热量向上传导而导致下部温度不够而设置的，从而提高了磁轭加热的均匀性。

具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的水轮机转子磁轭加热装置的进一步限定，本实施方式中，所述的热电偶为E型分度号板式温度传感器。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的水轮机转子磁轭加热装置的进一步限定，本实施方式中，不锈钢石英云母加热板的数量为2016片，按磁轭圆周方向的通风沟组数平均分为48组，按由上至下的方向分为42层，每层为一个极点组，每层沿磁轭圆周相同高度上均匀分布48片加热片，每层加热片按顺时针分别编号为极点1至极点48；

在转子顶部和底部分别每1/4圆周布置42根15米长的电缆作为每1/4圆周的回路总线，总共需布置168根电缆；

每个温控电路位于一台温控柜内，7台温控柜的编号分别为1#至7#，用于控制不锈钢石英云母加热板的6台温控柜的编号分别为1#至6#，其进线取自1号和2号供电点，用于控制底部加热器的温控柜的进线取自3号供电点，其中1号供电点连接1#、3#、5#温控柜，2号供电点连接2#、4#、6#温控柜；

转子磁轭分为4瓣，每瓣磁轭从上至下分成三段，每段又按通风沟层数分为14个回路，每个回路包括12个极点；

每瓣磁轭取第1层的极点1、3、5、……11和第2层的极点2、4、6……12共12片形成第一个回路，即回路1，将回路1接入1#温控柜，第2层的极点1、3、5、……11和第1层的极点2、4、6……12形成第二个回路，即回路2，将回路2接入2#温控柜；第3层的极点1、3、……11和第4层的极点2、4、6……12共12片形成第三个回路，即回路3，将回路3接入3#温控柜，第4层的极点1、3、……11和第3层的极点2、4、6……12形成第四个回路，即回路4，将回路4接入4#温控柜，……，以此类推，从上至下共形成42个回路分别接入6个温控柜。

层与层之间采用交错接法，这样即使某一回路发生故障，其余回路仍能维持继续加热状态。具体回路接线图见图1所示；

全部分瓣磁轭完成接线后共形成168个回路，每个回路包括12片加热片，2016片加热片。168个回路最终由6个温控柜控制，每个温控柜控制每瓣磁轭回路总数的1/4回路即28个回路，具体回路控制如下：

1#温控柜：回路1、7、13、19、25、31、37；

2#温控柜：回路2、8、14、20、26、32、38；

3#温控柜：回路3、9、15、21、27、33、39；

4#温控柜：回路4、10、16、22、28、34、40；

5#温控柜：回路5、11、17、23、29、35、41；

6#温控柜：回路6、12、18、24、30、36、42。

具体实施方式四：结合图2至图4说明本实施方式，本实施方式是采用实施方式一所述的水轮机转子磁轭加热装置加热磁轭的方法，该方法为：

步骤一、水轮机转子磁轭圆周分布48组通风沟，每组包括42个通风沟，在每个通风沟里布置一个超薄硅晶不锈钢石英云母加热板；

步骤二、在磁轭底部圆周方向均匀布置24块辅助加热片，与独立的控指柜相连接。辅助加热片用铁丝固定在距离磁轭下压板100mm处的位置；当监控设备发现磁轭上下温差超出规定温差时立即投入使用，从而进行热量补偿，确保上下温差在10℃以下；

步骤三、在磁轭周围设置48个测点，48个测点沿磁轭圆周均匀分布，每个测点沿磁轭外表面的上、中、下三个位置分别布置一个热电偶，如图4所示，所有热电偶均通过专用补偿导线路分别连接至温控电路中的门电路和磁轭表面上，其中必须保证板式温度传感器与测温点为统一回路；

步骤四、在转子支臂上放置温度计，该温度计用于监测加热过程中转子支臂的温度变化。也可以通过DCS控制设备中的进行测量及监视。在安装间准备水桶和拖把，当发现转子支臂与磁轭温度同时上升或温差接近时，可采用拖把沾水冷却支臂来降低转子支臂温度；

步骤五、采用防火保温被包裹磁轭的内、外表面，且磁轭外表面与防火保温被之间留有200mm的间隙，磁轭内面与防火保温被之间的间隙为0；各保温被接缝处需搭接约100-200mm左右。铺设时通过支撑在磁轭外表面与保温被，内外圈保温被在磁轭上下端处粘合形成对磁轭的整体包裹。注意：所有保温被的接缝处需用专用纽扣扣紧，防止对外散热。

全部接线无误后试通电源，观察温控柜指示灯及温控仪表是否正常，并检查所有监控仪表是否正确显示各监控点的温度；

检查无误后接通电源，检查每个加热片应处于加热状态。如出现某一片加热片损坏即马上更换并恢复加热；

步骤六、接通电源，加热过程中严格控制磁轭的温度变化以及磁轭与转子支架之间的温差，按照预先设定的温升曲线加热磁轭，根据磁轭与支架之间膨胀量调节温度，当磁轭温度达到目标温度时，控制磁轭保持恒温。当磁轭不同点温差大于10℃时，适当降低高温点的升温速度，使温升基本一致。磁轭加温速度控制在7℃/h内；

接通电源后每小时记录一次磁轭温度，当磁轭上部温度达到50℃后，每20分钟记录一次温度；

加温监测过程中若发现某些测点区域内的磁轭上下端存在较大温差时，可投入使用辅助加热片进行热补偿，使磁轭上下温度均匀。同时监控磁轭铁芯膨胀情况，如发现铁芯膨胀移动偏心，待达到加热温度后使用工具和必要的设备进行调整；

步骤七、磁轭加温至70～80℃时拔出事先插入的8组磁轭键，并将配好的垫片点焊在磁轭主键上；

步骤八、加热5小时候，每隔30分钟测量一次热胀量。当磁轭的膨胀量满足加垫要求后按对称方向迅速插入24组垫片和主键，垫片和主键插入前应均匀涂抹二硫化钼；

步骤九、垫片和主键全部安装完成后，插入相应副键，副键插入前，其表面涂二硫化钼，当所有副键安装完成后关闭电源停止加热。

关闭电源后对磁轭进行降温冷却，监测温度变化情况，并每小时记录一次各测点温度，同时严格控制降温速度在2℃/h内，并保证磁轭不同区域的温差不得大于10℃；

磁轭降温过程中，所有磁轭副键要经常进行松动，确保副键不因磁轭收缩而被挤死；

当磁轭温度下降至70-80℃时，掀开磁轭上下端保温被一定缺口，随着温度的降低逐渐扩大缺口，待磁轭内外温度降至室温时，掀掉全部保温被；

冷却完成后拆除所有的加热设备和T尾槽整形工具，并将磁轭清理干净；

磁轭完全冷却后用液压拉伸器对全部磁轭压紧螺栓普紧一遍，压紧力矩参照磁轭最终压紧力；

测量磁轭加垫后的磁轭半径、圆度及高度并做好验收记录。

具体实施方式五：本实施方式是对实施方式四所述的采用水轮机转子磁轭加热装置加热磁轭的方法的进一步限定，本实施方式中，该方法还包括准备步骤，并在准备步骤结束之后执行步骤一，所述准备步骤为：

步骤A：将到货的垫片按不同规格分类、整理，清洗干净，处理变形，去除毛刺；

步骤B：对转子磁轭进行全面清扫，确保磁轭通风沟里无任何异物；

步骤C：拔出副立筋键槽中预装的垫片和磁轭键，测量出键槽板与磁轭间的间隙值并做好记录，测量方法为用楔板长尺从下往上分别测量5点的间隙值并多次校核；

步骤D：间隙值测量完成后在磁轭圆周的对称方向插入8根磁轭主键和相应的副键，以防止加热过程中磁轭出现变形；

步骤E：根据副立筋键槽板与磁轭间的间隙值、相对应的磁轭主键厚度以及磁轭最终压紧后的径向偏差，及图纸中规定的打键紧量确定用于每个主键后应添加的实际垫片厚度；

步骤F：根据实际垫片厚度进行配垫，将每组垫片点焊在一起，然后再将每组垫片与对应的主键下部点焊在一起，配垫时两侧为厚垫，中间为薄垫，对配焊好的垫片组和主键进行整体编号，确保其与副立筋键槽一一对应；

步骤G：检查全部不锈钢石英云母加热板是否有损坏、松动现象，同时做好防火、防漏电措施；转子磁轭热套前必用接地电缆可靠接地，将电缆和相应的接头、插座用螺钉固定；准备角钢和防火布，在防护棚与保温被之间的转子平台外围搭设一圈防风棚以防止外界风进入引起磁轭局部温度变化，防风棚顶部应高于转子上平面，底部搭在地上并封闭严实。