20年前，長(zhǎng)江上的三峽大壩單臺(tái)發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量是70萬(wàn)千瓦，但是機(jī)組里的“萬(wàn)層餅”只能從國(guó)外進(jìn)口，雖然都是全世界有名的廠家，但是精度只能控制在6毫米以內(nèi)。三峽大壩機(jī)組轉(zhuǎn)子吊裝如今，長(zhǎng)江上的白鶴灘水電站，單臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量超過(guò)百萬(wàn)千瓦，機(jī)組的轉(zhuǎn)

20年前，長(zhǎng)江上的三峽大壩單臺(tái)發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量是70萬(wàn)千瓦，但是機(jī)組里的“萬(wàn)層餅”只能從國(guó)外進(jìn)口，雖然都是全世界有名的廠家，但是精度只能控制在6毫米以內(nèi)。

三峽大壩機(jī)組轉(zhuǎn)子吊裝

如今，長(zhǎng)江上的白鶴灘水電站，單臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量超過(guò)百萬(wàn)千瓦，機(jī)組的轉(zhuǎn)子也是目前世界上最大的，但是問(wèn)題隨之而來(lái)，個(gè)頭越大，里面的“萬(wàn)層餅”精度要求更高，國(guó)外的產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足我們的實(shí)際要求了，怎么辦？不能靠別人，只能靠自己。

01

轉(zhuǎn)子里的“萬(wàn)層餅”

說(shuō)了半天“萬(wàn)層餅”，到底是什么呢？我們先來(lái)整體了解一下水電項(xiàng)目里的發(fā)電機(jī)組。水電項(xiàng)目里的發(fā)電機(jī)組主要有三部分組成：從上到下依次是發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、尾水排放管。

水電機(jī)組的最上部——發(fā)電機(jī)部分發(fā)電機(jī)的外圈是定子，中間的圓盤是轉(zhuǎn)子。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是提供旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、能量轉(zhuǎn)化、傳遞扭矩的關(guān)鍵部件。當(dāng)有水流進(jìn)入水輪機(jī)，沖擊轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)切割定子上的繞組，從而可以發(fā)電。

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由中心體、轉(zhuǎn)子支架、周圈的磁軛和鑲嵌在磁軛外緣的磁極等零件組成。

今天要聊的主題就是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的磁軛，也就是前面說(shuō)的“萬(wàn)層餅”。磁軛設(shè)置在轉(zhuǎn)子的四周，組成了發(fā)電機(jī)的磁路，可以用來(lái)固定磁極。像白鶴灘水電站這種裝機(jī)容量很大的水輪發(fā)電機(jī)，它的轉(zhuǎn)子磁軛通過(guò)支架與輪轂和主軸連成一體。

這種結(jié)構(gòu)的磁軛由扇形沖片交錯(cuò)疊成，并用拉緊螺桿固緊。在磁軛的外緣上固定磁極。

扇形疊片磁軛裝配，由扇形磁軛沖片、通風(fēng)槽片、定位銷、拉緊螺桿、磁軛上壓板、下壓板等多個(gè)零部件組成。安裝時(shí)，需要利用人工，把扇形磁軛沖片一層一層進(jìn)行疊裝，層與層之間相錯(cuò)一定的極距值。

02

制造磁軛沖片難在哪兒？

白鶴灘水電站發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子外緣直徑達(dá)到16.2米，高可達(dá)4.1米，而內(nèi)部的轉(zhuǎn)子上的磁軛直徑15.666米，高3.7米。扇形磁軛沖片用量約2.2萬(wàn)余片，單片重53.47千克，整體重超過(guò)1200噸，單片厚度在2~4.5毫米范圍內(nèi)，假如層疊的磁軛沖片各層之間空隙忽略，那么整個(gè)磁軛高度上需要疊裝約900層的磁軛沖片。所以前面講的“萬(wàn)層餅”是一個(gè)夸張的說(shuō)法，如果用“千層餅”來(lái)形容，倒是更為恰當(dāng)。

當(dāng)白鶴灘水電站機(jī)組中的轉(zhuǎn)子這個(gè)龐然大物轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)以后，轉(zhuǎn)速達(dá)到111轉(zhuǎn)/分鐘，而其中的大部分重量將由磁軛來(lái)承擔(dān)，有著巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。假如磁軛制造和安裝的水平不夠，那么會(huì)出大問(wèn)題。那么問(wèn)題就來(lái)了，磁軛用在電機(jī)轉(zhuǎn)子里，對(duì)強(qiáng)度、韌性、制作及安裝精度，還有材料本身的磁性要求極高。

可見用于制作磁軛的磁軛鋼材料技術(shù)指標(biāo)是相當(dāng)嚴(yán)苛，之前我們自己沒(méi)法造，多少年來(lái)只能從外國(guó)供應(yīng)商手里高價(jià)買來(lái)用，可以說(shuō)是我國(guó)“卡脖子”的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，早在2010年白鶴灘水電站就對(duì)磁軛鋼相關(guān)參數(shù)提出了嚴(yán)苛的要求，并在全球范圍內(nèi)招標(biāo)，結(jié)果國(guó)內(nèi)外沒(méi)有一家鋼鐵廠敢接招。這是為什么呢？一是磁軛用鋼要求屈服強(qiáng)度達(dá)到750兆帕，二是要求制作磁軛沖片的鋼板成型后不平度必須低于1毫米，之前國(guó)外的產(chǎn)品只要求低于6毫米就行了，這一下子難度提高了不是一點(diǎn)半點(diǎn)。

但是，太原鋼鐵集團(tuán)接招了，2013年就開始劍指白鶴灘水電站，針對(duì)磁軛鋼的強(qiáng)度、磁感、內(nèi)應(yīng)力、尺寸精度等核心參數(shù)進(jìn)行反復(fù)研究，無(wú)數(shù)次試驗(yàn)和修正，一次次技術(shù)的攻關(guān)，終于研發(fā)出了高等級(jí)磁性材料成分最佳參數(shù)配比，掌握了材料生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。到了2014年，太原鋼鐵集團(tuán)就生產(chǎn)出了750兆帕級(jí)高強(qiáng)磁軛鋼材料，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并在2016年9月獲得了國(guó)際認(rèn)證，一舉超過(guò)了世界上多家知名的特種鋼鐵企業(yè)，中國(guó)人自己也能生產(chǎn)這種高強(qiáng)度鋼了，以后再也不用進(jìn)口，不被外國(guó)卡脖子了。

僅制造出合格的板材還不夠，還要按照扇形磁軛沖片的形狀尺寸進(jìn)一步加工出來(lái)，才算完成任務(wù)，最終太鋼大明太原加工中心加入了磁軛鋼制造隊(duì)伍中來(lái)。他們先是利用CTL25.4橫剪機(jī)組并配合矯平機(jī)、三套輥系，對(duì)生產(chǎn)好的磁軛鋼開平加工，滿足平整度≤1毫米的目標(biāo)要求；再用光纖激光切割機(jī)對(duì)開平的磁軛鋼切割、打孔；多道質(zhì)檢之后，最后一步包裝，需要用到塑料油紙、防水膜，墊瓦楞紙，然后包防潮紙，直到涂油防銹才算完成。

最終，太原鋼鐵生產(chǎn)的高強(qiáng)磁軛鋼順利經(jīng)過(guò)東方電機(jī)和三峽集團(tuán)的初步檢測(cè)，成功應(yīng)用在白鶴灘水電站中。不僅標(biāo)志著太原鋼鐵集團(tuán)已具備全品種巨型水電機(jī)組的供貨能力，更為中國(guó)水電事業(yè)能夠繼續(xù)領(lǐng)跑全世界，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。