AP1000核电机组主发电机穿转子方案优化
赵瑞生
摘要：在首台AP1000机组建造之前，三菱重工设计的该型号电机施工设计方案尚没有经过充分的实践验证，其转子穿装设计方案存在一定的缺陷和不足。為了优化AP1000核电机组主发电机穿装子方案，本文通过全球首台AP1000核电机组主发电机安装施工实践经验，从转子吊装、滑架拆除等方面提出了发电机穿装子方案的优化措施，通过发电机组安装施工的进一步验证，证明了这些优化措施的有效性。
关键词：AP1000 发电机 穿转子 优化
Optimization of AP1000 Nuclear Power Plant Main Generator Passing Through Rotor Scheme
Zhao Ruisheng
（China Nuclear Power Co.，Ltd.，Shanghai，200040 China）
Abstract：Before the construction of the first AP1000 unit， the construction design plan of this type of motor designed by Mitsubishi Heavy Industries has not been fully verified by practice， and its rotor installation design plan has certain defects and deficiencies.For the purpose to modify the insertion scheme of main generator rotor of AP1000 nuclear power plant， based on the main generator construction experience of the world’s first AP1000 unclear power plant， form aspects of rotor lifting and slide block removing， proposing the modified measures for the main insertion generator scheme. These modified measures were proved effective and useful by the real generator construction.
Key Words：
AP1000; Generator; Rotor insertion; Modification
发电机穿转子施工是大型发电机组在电厂建造环节进行现场发电机组装的关键工序。转子穿装工艺较为复杂，所使用的专用工具较繁多，安装精度和清洁度控制要求较高，施工安全风险较大。
首台AP1000核电机组主发电设计和供货为日本三菱电机，该型号发电机机转子净重203t，全长17.1m，最大直径1.96m，具有单件重量大、尺寸长、结构紧凑的特点。
在首台AP1000机组建造之前，三菱重工设计的该型号电机施工设计方案尚没有经过充分的实践验证，其转子穿装设计方案存在一定的缺陷和不足。如穿装子方案中使用吊梁吊装转子的方案设计存在缺陷、转子滑架拆除困难等问题。本文结合国内某首台AP1000核电主发电机穿转子设计方案，通过实际建造经验分析了该方案存在的问题，提出了针对方案的优化措施，并在实际施工实践中进行了有效的验证，为同类型电力工程大型发电机穿抽转子作业提供了借鉴。
1.P1000核电机组发电机概况及穿转子工艺
1.1 发电机构造特点
AP1000核电机组发电机由日本三菱电机设计和制造。发电机额定容量为1407MVA，功率因素0.9，端电压为24KV，额定转速1500r/min。本型号发电机为三相交流隐极式同步发电机，发电机由定子、转子、滑环、端盖及轴承、油密封装置、冷却器及外罩壳、出线盒、引出线及磁套端子、内部监测系统等部件组成。发电机采用整体全封闭、内部氢气循环;定子绕组水内冷、定子铁芯及端部结构件氢气表面冷却;转子绕组气隙氢气内冷的冷却方式[1]。发电机结构如图1所示。
发电机定子净重445t，长11.5m，定子铁芯内膛直径为2.07m。发电机转子净重203t，长17.1m，其最大直径在转子护环处，护环直径为1.96m。AP1000常规岛厂房主行车额定载荷为240t，可以满足转子的吊装需求。发电机汽轮机侧和发电机侧各设计有发电机端盖，发电机转子轴承固定在端盖上。
1.2 发电机穿转子设计方案
1.2.1发电机穿转子前检查
在穿转子前，发电机需完成转子外观及轴颈检查、转子气密性试验、发电机定子初定位、发电机端盖及下半轴承试装配、定子内外部检查、定子绕组槽楔松动试验、转子耐压试验、定子绕组绝缘、线圈温度检查以及转子交流阻抗测量相关工作。这些检查和试验工作可以确保穿转子前发电机相关部件和参数满足规范和标准要求，是穿转子的先决条件[2]。
1.2.2 穿转子所用专用工具及临时措施
AP1000核电机组发电机穿转子主要使用的专用工具有转子护板、吊梁、转子吊装用钢丝绳、转子滑架、定子铁芯护板、滑板和转子支撑专用工具等。
转子护板安装在转子吊装点位置，材质为金属铝，可以保护转子在吊装期间免被钢丝绳划伤;吊梁配合钢丝绳为吊装转子的专用工具，平衡和分配转子吊装受力;转子滑架安装在转子的汽轮机侧，转子穿入期间依靠滑架在定子铁芯滑板上滑动穿入定子;定子铁芯护板为一面弧形的铁板放置在定子内堂铁芯上，穿转子过程为定子铁芯提供防护;滑板为转子穿装的滑动工具，放置在铁芯护板上，为转子穿入提供滑动和支撑。
转子开始吊装前，在其吊装点位置安装转子护板。在转子汽轮机侧安装转子滑架。在定子铁芯上放入定子铁芯护板并固定，由于铁芯护板是一片弧形铁板，铁芯与铁芯护板之间需放置一层纤维板，以保護铁芯不被划伤。铁芯护板上表面应涂抹石蜡或者润滑脂，以降低转子滑架在铁芯护板之间的摩擦力[3]。
在穿装子前，发电机汽、励两侧的下半端盖应临时拆卸以保证足够的空间进行穿转子作业。但端盖不能拆除，应利用手拉葫芦临时固定在发电机的两侧下部，可确保转子穿装完成后下半端盖可以及时恢复，为轴瓦的安装和转子下落至轴瓦提供条件。
1.2.3 穿转子设计方案
安装转子吊梁，利用行车和吊梁起吊转子，将转子从发电机的励磁侧向汽轮机侧穿入，详见图2。
待转子滑架与定子铁芯护板全部接触后，拆除转子保护板并转换转子吊点至励磁端轴颈位置。通过手拉葫芦牵引及行车配合，转子通过滑架向定子汽轮机侧滑动。转子滑架从定子汽端滑出前，安装滑板，见图3。
滑板安装完毕后，继续牵引转子向汽轮机侧移动，待滑架整体从定子内膛汽轮机侧滑出后，将滑架从底部旋转180度后，拆除滑架。继续牵引转子到达设计位置。利用行车吊起转子，先后拆除滑板、铁芯防护板，安装转子支撑专工具，临时支撑转子[4]。恢复发电机下半端盖，安装汽、励两端的下半轴瓦。最后使转子落在轴瓦上，穿装子工作完成。
2.穿转子设计方案存在的问题
2.1 吊梁设计存在缺陷
发电机转子吊梁长4000mm，宽200mm，高1200m，共有8只吊耳。其中上面4只吊耳通过钢丝绳挂固定在行车吊钩上，下面4只吊耳通过钢丝绳吊装转子。吊梁下部钢丝绳长8000mm，直径为65mm。
在穿转子开始穿入定子时，转子滑架表面要与定子铁芯保护板100%接触，这是确保转子正常穿入定子的前提条件。转子重心距离汽轮机侧轴颈中心的距离为5510mm，转子滑架安装在汽侧轴颈中心位置。滑架的长度为924mm。为了保证滑架能够全部落在定子铁芯上，计算出转子重心与发电机定子铁芯励磁侧要求的间距为A=5510- 924/2=5048mm。
使用吊梁吊装转子的时，如转子重心距发电机定子铁芯励磁侧的实际距离如果大于5048mm，转子无法进行正常穿入。
定子铁芯的长度a=6400mm，发电机定子励磁侧端盖端面距定子铁芯中心的距离b=6566mm，计算出励磁侧端盖端面距定子铁芯励磁侧的距离为c=a-b/2=6566-6400/2=3266mm。
吊梁吊装转子两个吊点的间距为3560mm，即转子重心至钢丝绳吊点的距离为D=3560mm/2=1780mm。钢丝绳的直径E=65mm假设穿转子极限情况下，转子汽侧吊点的钢丝绳与发电机定子完全接触。那么吊装时，转子重心距励磁侧端盖端面的距离为dmin =D+E/2=1780+32.5=1812.5mm。
在钢丝绳与定子接触的极限情况下，计算出转子重心距发电机定子铁芯励磁侧的距离为B=c+dmin=3266+1812.5=5078.5mm>A。
根据以上计算可以发现，即使在理想状态下使用吊梁吊装转子，转子滑架不能完全落在定在铁芯保护板上，转子无法正常穿入，吊梁吊装转子方案存在缺陷。
此外吊梁下部钢丝绳的长度为8m，由于钢丝绳太短，使用该钢丝绳捆扎转子进行吊装时，吊梁将与发电机定子产生碰撞，转子滑架同样无法完全落在定子铁芯上。吊梁吊装转子的方案不可行。
2.2 转子滑架拆除困难
拆除滑架需将滑架牵引绕转子旋转180度后拆除，当转子滑架从发电机汽侧滑出时，由于空间紧凑，转子移动速度存在惯性，导致滑架与发电机端盖紧贴，且滑架本身重量较重，转子滑架缺少受力点，拆除空间较小，无法利用工具进行拆除，利用人力拆除非常困难。
3.穿装子方案优化
3.1 转子吊装方案优化
使用专用柔性吊带对转子进行吊装，该吊带许用载荷为55t，吊点间距2m，吊装夹角15度，吊带厚度为40mm。由于转子运输台架与转子之间间距太小，不利于吊装转子前的钢丝绳捆扎，相比于使用钢丝绳进行吊装，吊带吊装可以克服该困难，且操作较为便利，节约了转子起吊前的施工准备时间。相比钢丝绳吊装，使用吊带吊装省去了转子护板的使用，减少了转子护板的安装和拆卸工具，提高了施工效率。使用吊带吊装，还可以克服端盖与转子间距较小的限制，使得转子滑架可以完全落在定子铁芯上，且吊带的拆除极为便利[5]。
使用吊带吊装发电机转子的方案，在后续的AP1000机组发电机安装施工时已得到验证，可以节省施工实践，提高施工效率。
3.2 滑架设计改进
针对滑架从定子汽端滑出后，拆除困难的问题，改进了转子滑架的设计，在滑架汽端增加2只吊耳，在翻转拆除滑架时，可利用两只吊耳受力，借助固定手拉葫芦牵引吊耳，可轻松拆除滑架，提高施工效率，详见图4。
3.3采用专用滑纸代替涂抹润滑剂
发电机穿转子过程中，转子滑架或滑板作为受力点支撑转子在定子铁芯保护板上滑动，承受转子相当一部分的重力。为了尽可能地减少滑架与铁芯保护板接触面的摩擦系数，国内其他类型机组发电机穿转子，普遍采用的方法是在转子滑架与铁芯保护板的接触面涂蜡或涂抹油脂，以增加接触面润滑，减小转子在滑动过程中的摩擦力。
首台AP1000发电机机组采用方式较为新颖，利用在定子铁芯保护板、滑块及转子滑架表面铺贴专用的滑纸代替涂抹润滑剂的方案。主要的工艺改进为在转子滑架表面粘贴一层日本AGF公司生产的特氟龙胶布，俗称电子胶布或隔热胶布。该胶布具有表面不粘性、耐高温以及极低的摩擦系统等电气特性。其耐高温度可达到250摄氏度，可以很好地克服转子滑动过程摩擦产生的热量[6]。在定子铁芯保护板表面敷设两层黄色的Byna Sheet纸（离型纸的一种），该离型纸具有表面光泽平滑、耐高温、高机械强度作用不易剥离等特性[2]。转子滑架与定子铁芯间的滑纸分层示意图详见图5。这种方式在国内发电机穿转子施工尚属首次应用。
经首台AP1000发电机转子实际施工验证，该措施同样可以降低转子滑架与定子铁芯保护板之间多的摩擦系数，发电机转子可通过滑架或滑板上顺利推进，无卡涩。穿转子完成后，滑板、滑架及滑块表面无任何损伤。该种方法比传统发电机穿转子在滑板表面涂抹润滑剂的方式更为简易快捷、操作方便，提高了施工效率。
结语
AP1000核电机组发电机属于新型的发电机设计产品，具有重量较大，结构紧凑等特点，属首次在国内进行建造，穿转子设计方案未经过充分的验证，存在一定的缺陷和不足。本文结合某AP1000核电示范工程的实际施工经验，提出了发电机穿装子方案的优化措施，经在后续AP1000核电机组的建造实践中进行了验证，措施可行且有效，可以提升发电穿转子施工的安全和效率。穿转子工艺中滑架表面处理，采用铺贴专用的离型纸代替接触面涂抹润滑剂的方式值得推广。
参考文献
[1] 崔强.AP1000核电厂安全系统性能指标浅析[J].中国科技投资，2019（30）：81-82.
[2] 王鑫.AP1000核电厂火灾报警系统设计分析研究[J].今日消防，2019，4（12）：42-43.
[3]翟长春.AP1000核电厂厂外备用电源系统配置分析[J].电力勘测设计，2019（8）：70-75.
[4]鲍一晨，石秀强，刘晓强.AP1000核电厂闭式冷却水系统复配缓蚀剂方案设计[J].核科学与工程，2020，40（1）：139-147.
[5]肖长歌，郝玉华，吴志钢.AP1000核电机组加热器疏水系统控制逻辑优化[J].核科学与工程，2020，40（1）：68-75.
[6]周忠秋.AP1000核电站安全壳厂房水喷雾灭火系统的设计分析[J].科技创新导报，2020，17（13）：116-117.
猜你喜欢发电机优化笑声发电机故事作文·高年级(2021年12期)2021-12-21发电机少男少女·小作家(2021年8期)2021-09-13营商环境五方面持续优化中国品牌(2021年6期)2021-08-06福特福睿斯发电系统故障的排除汽车与驾驶维修（维修版）(2020年11期)2020-11-30小番茄发电机红领巾·探索(2020年2期)2020-05-19优化英语课堂教学策略的探索福建基础教育研究(2019年3期)2019-05-28促进学生认识发展 优化初中化学复习福建基础教育研究(2019年11期)2019-05-28随身携带的小发电机军事文摘·科学少年(2016年8期)2016-11-02CAE软件操作小百科（30）计算机辅助工程(2016年1期)2016-03-15把发电机“切”开卖人生十六七(2014年12期)2014-11-27