金晓华
（南京汽轮电机（集团）有限责任公司，南京 210037）
转子线圈端部结构烘压固化成形是一种转子线圈装配成形固化方式。常规烘压工装有6片分瓣瓦形块，呈圆周分布组成一个整圆。它的内圆与转子线圈端部外圆尺寸相同。每个瓦形块上有一个支压环。支压环上安装有与分瓣瓦形块位置相对应的径向支压螺栓。使用时分步将分瓣瓦形块依次放置在覆盖了一层绝缘材料的转子线圈端部，然后用支压环上的支压螺栓依次初步固定支压瓦形块。转子线圈通直流电进行加热软化后，再依次支压瓦形块。支压时测量瓦形块位置，当测量尺寸达到预期要求时，完成烘压固化成形。常规烘压工装的安装操作劳动强度大、尺寸测量不方便、精度无法保证且成形效果不理想，无法满足产品对尺寸精度和形位公差的要求，难以保证产品质量，容易出现重大质量事故[1]。因此，对烘压工具进行优化设计十分必要。
从结构特点分析，空内冷发电机转子线圈由转子铜排、绝缘结构以及冷却风道等结构单元组成。大型空内冷发电机转子线圈分2极，每极7组或8组线圈，每组有20层以上的转子铜排。在制造过程中，各制造厂会根据大型空内冷发电机转子的结构特点和专用设备情况，采用符合自身情况的工艺。下面分析一种制造成本较低的线圈下线和端部成形工艺。线圈下线采用单片下线方式，端部手工弯形，设计转子铜排实配成形工具，用于在操作空间受限的发电机转子上进行转子铜排实配成形，解决半硬铜排实配成形困难的问题[2]。实配成形操作时，成形工具的弯头和转子铜排之间只有静压力和摩擦力，可避免因为敲打的冲击力使转子线圈绝缘受损。转子铜排在转子端部实配成形后，采用支压工具压紧在嵌线槽内，完成两半转子铜排的焊接，逐片逐层直至完成全部转子线圈端部结构的烘压前成形。
2.1 优化设计的目的
大型空内冷发电机转子因为结构尺寸大，各部分结构在运行时的相对位置变化较大。线圈端部结构对烘压固化的要求非常高，而常规烘压工装存在诸多问题，在生产过程中容易出现误差过大等问题。为了提高空内冷发电机转子线圈端部结构烘压工具的精确性和可靠性，需要对其进行必要的改进设计。依据多年车间生产经验，结合机械设计理论等知识，设计能在瓦形块前端伸出定位柱定位转子本体外圆的工具，具有定位精度高和不需要测量尺寸等优点[3]。同时，工具需注意避免干涉定位柱的分布结构。
2.2 优化设计的必要性
运行时，空内冷发电机转子本体、转子铜排和绝缘结构的温升各不相同。各部分材料热胀系数不同，在启停情况下，各结构之间相对位置变化很大。此时，转子线圈端部结构的稳定性至关重要。针对350 MW等级的大型空内冷发电机的设计制造，需要对转子生产过程和组装工艺进行必要的优化与改进，以生产出结构稳定、性能优良的发电机转子。常规烘压工装的安装操作和尺寸测量不方便，无法保证结构精度，因此有必要对空内冷发电机转子线圈端部结构烘压工具进行优化设计。
3.1 烘压工具的构成和作用
以老式空内冷发电机转子线圈端部结构烘压工具为研究对象进行相关阐述。为了更好地实现对烘压工具的优化设计，需要熟悉烘压工具各部分的构成和作用。烘压工具有8片分瓣瓦形块，呈圆周分布组成一个整圆，其内圆与转子线圈端部外圆尺寸相同。每片瓦形块每端都有两个定位柱，一端定位至转子本体，另一端定位至一个定位环部件。定位环部件上设计了一套支撑结构，能保证定位环部件的位置精度。定位柱和定位环部件能实现瓦形块支压位置的精确定位。烘压工具主要用于发电机转子线圈端部结构烘压固化成形，要求能有效保证烘压固化的尺寸精度和形位公差，且要求操作方便。
3.2 转子线圈端部结构烘压工具优化设计技术方案
为了保证转子线圈端部结构的精密性，不仅需将烘压工具的误差控制在允许范围内，还要确保烘压工具不会出现上下方向和前后方向的位移偏差。鉴于此，定位环部件与支压环组合成了一个可按轴向移动的组合体。优化设计后的烘压工具能够保证转子线圈端部结构烘压固化的尺寸精度和形位公差，确保大型空内冷发电机转子的产品质量。转子线圈端部结构烘压工具各零部件组合成可一次吊装的组合体，使用时操作方便。定位环部件上设计了一套支撑结构，能保证定位环部件的位置精度。定位柱和定位环部件能实现瓦形块支压位置的精确定位。烘压工具与转子线圈有接触部分使用绝缘结构，确保其安全可靠[4]。改进后烘压工具使用状态的结构示意图，如图1所示。
图1 改进后烘压工具使用状态的结构
3.3 改进后烘压工具的特点
经过优化设计后的烘压工具有一整套定位结构，实现了瓦形块与转子之间的精准定位，省去了测量瓦形块位置的大量操作。作为一种优化改进，瓦形块前端伸出的定位柱可定位到转子本体外圆。定位柱的分布结构避免了互相干涉，且定位精度高，不需要测量尺寸。瓦形块尾端伸出的定位柱可定位到定位环部件。定位柱的分布从定位环部件的缺口穿过定位到钢环外圆上，并且可以通过观察孔确认支压位置。此外，瓦形块与支压环通过螺杆结构连接成一个可径向移动的组合体。定位环部件与支压环通过卡环及固定块连接成一个可轴向移动的组合体，省去了分步安装的操作。瓦形块和定位环部件有绝缘结构，能够保证转子线圈通电加热时的可靠性和安全性。定位环部件上有一套支撑结构，可精确调整定位环部件的位置。支撑结构上的支撑杆有位置刻线，能够准确反映位置误差。通过在支压环上设计一套支撑板，可实现转子线圈前端与转子的初步定位。此外，支撑块可实现尾端与转子的初步定位，给使用者提供了便利。支压螺栓设计成特殊结构，从支点至方头分别是球形支点、卡位螺纹、让位槽、工作螺纹、退刀槽和方头，且配有保护套。保护套和支压螺栓能相对转动，但无法轴向脱离，具有方便、耐用及安全的特点。支压螺栓和支压环之间有齿套。支压环组件结构和定位环支撑结构如图2和图3所示。
图2 支压环组件结构
图3 定位环支撑结构
为了便于掌握空内冷发电机转子线圈端部结构烘压工具的具体工作方式，进行如下说明。支撑块主要用于实现尾端的初步定位。各单元之间通过螺栓连接的方式固定，方便拆卸，可靠性较高，且设计了拉紧螺栓结构，可实现轴向拉压功能。定位环部件是实现尾端精确定位、尾端各零部件有序组合、轴向拉压和整体支撑承重的关键零部件。卡环用于实现定位环部件和支压圈的有序组合。分瓣瓦形块的外部是支压环和用于径向支压螺栓的零件。支撑板用于前端初步定位。瓦形块的钢筋结构加强了其耐磨性。绝缘结构可以保证瓦形块和转子线圈相互绝缘。
通过在空内冷发电机转子线圈端部结构烘压工具安装定位环，可以方便不同的零部件之间进行组合，有利于将支压环、卡环和定位环部件组合成一个有序组合体。分瓣瓦形块也可以进行组合，依次将分瓣瓦形块安装至定位环上，再安装支撑板和支撑块，即可完成组装。在空内冷发电机转子线圈端部结构烘压工具使用时，待烘压转子处于本体中部支撑承重两端悬空的状态时，暂时拆下支撑块，分别在汽励端转子线圈端部位置吊装一套部件，其中前端装支撑板进行初步定位，尾端装支撑块进行初步定位。要求全部支撑杆上的刻线位置调整至同刻度。初步预紧分瓣瓦形块，然后转子线圈通直流电进行加热软化，轴向拉紧到位，分别逐渐支压瓦形块。前端定位柱靠上转子本体外圆，尾端定位柱靠上定位环部件的钢环，即可完成烘压操作。优化设计完成之后的空内冷发电机转子线圈端部结构烘压工具使用方法简单易掌握、方便耐用、安全可靠、能有效保证烘压固化的尺寸精度和形位公差。
综上所述，烘压工具对空内冷发电机转子线圈端部结构具有重要影响。文章设计的烘压工具在瓦形块前端伸出的定位柱可定位到转子本体外圆，而定位柱的分布结构避免了其相互干涉。瓦形块尾端伸出的定位柱可定位到定位环部件，具有定位精度高、不需要测量尺寸以及操作方便等优势。
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