水轮发电机定子铁芯拉紧螺杆端头崩口分析

２０１４年第４期　２０１４　Ｎｕｍｂｅｒ　４　水电与新能源　ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　ＡＮＤ　ＮＥＷ　ＥＮＥＲＧＹ　总第１１８期　

Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１ｌ８　

ＤＯＩ：１０．１３６２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２—１８００／ｔｖ．１６７１—３３５４．２０１４．０４．０２０　水轮发电机定子铁芯拉紧螺杆端头崩口分析　

程斌　（葛洲坝机电建设有限公司，湖北宜昌４４３００２）　

摘要：从定子铁芯现场叠装　经常出现在拉伸螺杆时发生螺杆端头崩口现象人手，分析了改进定子铁芯叠压系数的计　算方法和螺杆端头拉伸时崩［ｆ的可能因素，提出了具体的措施，并对定子铁芯叠压系数的传统计算方法进行了分析。　关键词：定子铁芯；拉紧螺杆；叠压系数；崩口　中图分类号：ＴＶ７３ｌ　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—３３５４（２０１４）０４—００６３—０２　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｂｏｔｔｏｍ　Ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｏｆ　Ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ　Ｓｃｒｅｗｓ　ｆ０ｒ　Ｓｔａｔｏｒ　Ｃｏｒｅ　ｉｎ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ　ＣＨＥＮＧ　Ｂｉｎ　（Ｇｅｚｈｏｕｂａ　Ｇｒｔ’ｕｐ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｉｃｈａｎｇ　４４３００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎ－ｓｉｔｕ　ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｔｏｒ　ｃｏｒｅｓ　ｉｎ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ，ｂｏｔｔｏｍ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ　ｓｃｒｅｗｓ　ａｒｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ　ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ．Ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｆｏｒ　ｓｕｃｈ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ａｒｅ　ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｓｔａｔｏｒ　ｃｏｒｅｓ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｉｎ－ｄｅｐｔｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒａ－　ｄｉｔｉｏｎａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｔｏｒ　ｃｏｒｅ；ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ　ｓｃｒｅｗ；ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｃｒａｃｋｉｎｇ　

水轮发电机的定子铁芯叠装质量，决定机组能否　安全稳定运行。随着机组容量不断增大，使定子铁芯　叠装难度也越来越大。在实际施工中，用液压拉伸压　紧螺杆时，经常出现拉伸螺杆崩口现象。到底是材质　还是拉伸器问题？或者是拉伸值过大，不能满足定子　铁芯拉伸要求？本文主要从传统定子铁芯叠压系数计　算方法及定子铁芯拉紧螺杆在工作状态下所受合成应　力进行分析，谈谈对定子铁芯磁轭在工地叠装工作中　的体会。　１定子铁芯叠压系数的计算方法¨　定子铁芯的叠压系数，即定子铁芯的计算高度与　压紧后定子铁芯实际测量平均高度之比，常用下式来　表示：　ｋ＝（ｈ　卸压后一＾　卸压前）／ｎ　式中：ｋ为叠压系数；ｈ为单个定子铁芯片的理论厚度　随机；ｎ为相应定子铁芯片堆碴的层数。　需要指出的是，必须把各层通风槽片的厚度考虑　进去，按公式算出的叠压系数能否反映定子铁芯实际　压紧情况，其关键在于单层定子铁芯片计算厚度ｈ的　取值是否符合实际。由于定子铁芯片厚度与其设计有　偏差，例如设计标称厚度为０．５　ｍｍ钢板，实际用外径　千分卡尺测量厚度偏差为±０．０１５　ｍｍ。出厂加工后　的定子铁芯片也不可能像理想平板一样厚薄均匀，加　之铁芯片冲剪翘边的影响等，这些因素都会使叠压系　数计算产生误差。所以，在这种情况下，把叠压系数作　为衡量定子铁芯片叠装质量的唯一标准，显然是不适　宜的。但如果在冲片堆叠前就消除翘边等因素的影　响，并能准确的测量出每类定子铁芯片的实际厚度，这　样测算出的叠压系数仍能正确反映出磁轭的叠压　质量。　为了减少定子铁芯片厚度不均而引起叠压系数计　算的误差，在铁片清扫后，安装单位一般都要随机对每　类冲片的厚度进行抽样实测。然后以实测厚度的平均　

收稿日期：２０１３—０９—１０　作者简介：程斌，男，助理工程师，从事水电站机电设备安装及技术管理工作。　

６３　水电与新能源　２０１４年第４期　值作为该类冲片的计算厚度。但这一方法在实施中普　遍存在两个问题：　１）在安装现场因条件所限，对铁片实际厚度的抽　测大多使用干分尺，普通的干分尺却很难测到铁片中　间部位的厚度。如果冲片钢板中间部位厚度普遍与内　外边有差别（这种现象在安装中经常遇到），则实测平　均值并不能正确反映铁片的实际厚度。　２）安装单位在抽检铁片厚度时，一般都是由同一　个人用同一量具一气测完，认为这样可以减少人为测　量误差，其实这种想法是有出入的。因为由同一个人　用同一量具一气测完．虽然对减少测量的相对误差有　利，却对测量冲片钢板的绝对厚度不利，这样容易使测　量误差都偏正或都偏负，加上测量人员在工作中的种　种负面情绪或其他影响，测量后的实际厚度有时失真。　为此，定子铁　芷＝的叠压系数应该按齿端、齿中、齿　背分别考核。测量者应以两人为宜，各自使用一套工　具，然后再取二者的平均值即可。　定子铁芯叠压系数的新计算方法：　ｋ＝（ｈ旌＂压后（齿端、齿中、齿背）一ｈ桂口压前（齿端、齿中、齿背））／ｎ　式中：ｈ　卸压后（齿端、齿中、齿背）为卸压后定子铁芯的总高度；　ｈ　卸压前（齿端、齿中、卤背）为卸压前定子铁芯的总高度；ｎ为定　子铁芯片堆叠的层数。　２定子铁芯拉紧螺杆的崩口分析　为了增大定子铁芯冲片通风槽片问的压应力，即　增大定子铁芯冲片的片问摩擦力，提高定子铁芯的整　体性及在运行中的稳定性，就需要尽量加大拉紧螺杆　的拉力。为此，除了在机组设计时适当增加定子铁芯　拉紧螺杆的数量，增大螺杆的直径或采用高强度材料　外，在机组安装时，还应当充分挖掘现有拉紧螺轩的潜　力，即在应力允许范围内，尽量增大拉紧螺杆的预紧　应力。　下面从叠压系数谈谈压紧螺杆在拉伸时的机械性　能。对于在用液压拉伸中的定子铁芯拉紧螺杆出现的　压紧螺杆端头崩口现象，可以认为是在静拉伸中，螺杆　与拉伸器齿合不能满足设计的结果。螺杆工作时承受　轴向压力和扭矩的作用，螺杆危险截面上既有压缩应　力，又有切应力。螺栓拉伸器使用纯拉力直接拉长螺　栓，作用力只有拉应力。　每段铁芯叠堆层数可参考下式计算：　ｎ１＝Ｋ（Ｈ一０．６）／Ｈ１　式中：ｎ　为每段铁芯的叠片层数；Ｋ为叠压系数；Ｈ为　一段铁芯的设计高度；Ｈ．为带漆膜的铁芯冲片厚度。　根据每小段铁芯层数，从理论上可以算出需要压　６４　紧的铁芯高度（不包括通风槽片的厚度），那么实际上　螺杆的静止长度Ｌ＝压板厚度＋拉伸工具高度十铁芯　总高度（包括通风槽片的厚度）。　设想定子拉伸螺杆是由许多纵向金属纤维组成　的，根据平面假设可以推断：螺杆的所有纵向金属纤维　的伸长相等。又因材料是均匀的，各纵向金属纤维受　力也就一样。由此可见，横截面上的内力是均匀分布　的。轴向拉伸时，由于轴力垂直于横截面，故与它相应　的分布内力必然沿此截面的法线方向。法线方向分布　内力的集度称为正应力，用　来表示。设杆件横截面　面积为Ａ，则轴向拉伸时横截面上的正应力（即工作应　力）为　：Ｎ／Ａ　式中：Ⅳ为轴向拉伸力。　根据胡克定律纵向变形量△　与轴向力／Ｖ及螺杆　长度　成正比，与横截面积／４成反比。即　△，Ｊ＝ＮＬ／ＥＡ　式中：Ｅ为材料的拉弹性模量；￡为螺杆静止长度。　若正应力不超过比例极限，则正应力与线应变成　正比。轴向拉伸时，横向也相应缩小。螺杆拉伸时若　不是从中部横断面拉断，那说明材质和横截面是满足　理论拉伸需要的。螺栓拉伸器使用纯拉力直接拉长螺　栓，无扭剪力和侧向力，对联接的接触面无摩擦损伤，　是精确控制螺栓预紧力的最佳方法。而螺杆端头拉伸　时崩口，则说明端头的齿口联接处的横截面不能满足　拉伸需求，需要加大端口处螺杆的直径，或提高螺栓联　接的强度。所以，如果考虑增加横截面，可参考上述计　算式。　而如果考虑提高定子铁芯拉紧螺杆的强度，则需　要从以下方面采取措施：　１）首先要选择轴线直的拉伸螺杆。以便使压紧　部位的压板平面尽可能与螺杆轴线呈直角，这样不会　因为拉伸器在支撑面的歪斜，装配不良，承受偏心　载荷。　２）其次改善螺纹牙上载荷分布不均。出厂的螺　杆及拉伸器已做了配套设计，可以保证满足要求。　３）减小应力集中。螺纹的牙根和收尾，拉伸器与　螺杆交接处，都存在应力集中问题，是产生断裂的危险　部位。为了减小应力集中强度，可以采用较大的圆角　半径或在螺纹收尾处留退刀槽等结构，这样都能减小　应力集中以提高螺栓的疲劳强度。　４）改进工艺措施。制造螺栓采用碾压螺栓时，其　螺纹是通过材料的塑性变形而形成的，金属纤维不像　（下转第６７页）　黄秀丽：飞来峡水电厂机组导叶开度肆常波动原因分析　２０１４年４月　检查处理。　２）用检验合格的反馈传感器备品更换４号机组　的导叶位置传感器和连接附件，并采取了防水措施，重　新调整导叶位置传感器４～２０　ｍＡ的模拟量与导叶实　际开度为１００％～０％对应关系，更换处理完成后，机　组重新起动并网发电，经观察机组运行正常，没再出现　以上述的故障问题，解决了４号机组导叶开度波动的　故障现象。　３．２改进措施　１）数字调速器性能有待进一步完善，当导叶位置　传感器反馈电流值小于４　ｍＡ时，即为导叶全开　（１００％开度），此时不应当把信号当作０处理。　２）在数字调速器程序嵌入一中断处理程序，以便　当机组出现过速时，可调用该ｑ】断处理程序，以便向电　液转换器输出一强行关闭导叶和开大桨叶转角　信　号，以降低过速转速。　３）对机组导叶、轮叶位置Ｊ乏馈传感器以及机组净　水头测量装置，采用冗余技术，实现故障情况下自动　切换。　

４）将调速器并网控制模式优先选择为功率调节　模式，以便更符合电站实际运行情况。　

４结语　水轮机导叶接力器位置反馈传感器的可靠性是确　保机组安全稳定运行的重要自动化设备，其检修质量、　运行环境及其电子元件本身质量等都会影响到机组可　靠运行。由于此次导叶接力器位置反馈传感器故障电　流值未超出４～２Ｏ　ｍＡ的范围，没有造成电气跳闸动　作，未对电厂造成损失。因此，保证自动化元器件本身　的质量，改善设备的运行环境，以及根据运行实际情　况，定期对水轮机及相关辅助设备进行维护检查是非　常必要的。　参考文献：　［１］蔡维由．中小型水轮机调速器的原理调试与故障分析处理　［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００６　［２］李国晓．水轮机调速器运行与维护［Ｍ］．北京：中国水利　水电ｌ出版社，２０１２　

．‘　．　龇　舢　舢　．１　（上接第５７页）　组在任何情况下都能安全稳定运行，科研单位应加强　小网运行控制能力研究，运行维护单位应加强特殊工　况事故的预想。　３）对存在安全隐患的设备应及时进行设备改造，　参考文献：　［１］孟佐宏，吴小林．一起机组停机过程中导叶开启机组过速　事故的调查分析［Ｊ］．水电厂自动化，２００９，３０（３）：４８—　５１　［２］牟明．一起水轮发电机过速原因分析和处理［Ｊ］．水电自　动化与大坝监测，２０１１，３５（５）：２８—３０　［３］张冬生，王烈刚，郑钰，等．水轮机过速事故的案例回顾　确保设备在任何情况下都能安全可靠运行。　及原因分析［Ｊ］．水电与新能源，２０１３（３）：５３—５５