国外干不了，我们做到了！白鹤滩水电站发电机用上国产“万层饼”

20年前，长江上的三峡大坝单台发电机组装机容量是70万千瓦，但是机组里的“万层饼”只能从国外进口，虽然都是全世界有名的厂家，但是精度只能控制在6毫米以内。

三峡大坝机组转子吊装

如今，长江上的白鹤滩水电站，单台机组装机容量超过百万千瓦，机组的转子也是目前世界上最大的，但是问题随之而来，个头越大，里面的“万层饼”精度要求更高，国外的产品已经不能满足我们的实际要求了，怎么办？

不能靠别人，只能靠自己 。

白鹤滩水电站

乌东德水电项目转子吊装

转子里的“万层饼”

说了半天“万层饼”，到底是什么呢？我们先来整体了解一下水电项目里的发电机组。水电项目里的发电机组主要有三部分组成：从上到下依次是发电机、水轮机、尾水排放管。

白鹤滩水电站发电机组示意图

水电机组的最上部——发电机部分发电机的外圈是定子，中间的圆盘是转子。发电机转子是提供旋转磁场、能量转化、传递扭矩的关键部件。当有水流进入水轮机，冲击转轮转动，从而带动发动机转子旋转，产生磁场，磁场切割定子上的绕组，从而可以发电。

白鹤滩水电站发电机组

发电机的转子由中心体、转子支架、周圈的磁轭和镶嵌在磁轭外缘的磁极等零件组成。

机组转子纵断面（图中显示了一半）

今天要聊的主题就是发电机转子上的磁轭，也就是前面说的“万层饼”。磁轭设置在转子的四周，组成了发电机的磁路，可以用来固定磁极。像白鹤滩水电站这种装机容量很大的水轮发电机，它的转子磁轭通过支架与轮毂和主轴连成一体。

转子磁轭的示意（图中深红色竖条部位）

这种结构的磁轭由扇形冲片交错叠成，并用拉紧螺杆固紧。在磁轭的外缘上固定磁极。

扇形叠片磁轭装配，由扇形磁轭冲片、通风槽片、定位销、拉紧螺杆、磁轭上压板、下压板等多个零部件组成。安装时，需要利用人工，把扇形磁轭冲片一层一层进行叠装，层与层之间相错一定的极距值。

扇形磁轭冲片构造

白鹤滩水电站发电机组里使用的磁轭冲片

扇形磁轭冲片的叠装

制造磁轭冲片难在哪儿？

白鹤滩水电站发电机组的转子外缘直径达到16.2米，高可达4.1米，而内部的转子上的磁轭直径15.666米，高3.7米。扇形磁轭冲片用量约2.2万余片，单片重53.47千克，整体重超过1200吨，单片厚度在2~4.5毫米范围内，假如层叠的磁轭冲片各层之间空隙忽略，那么整个磁轭高度上需要叠装约900层的磁轭冲片。所以前面讲的“万层饼” 是一个夸张的说法，如果用“千层饼” 来形容，倒是更为恰当。

当白鹤滩水电站机组中的转子这个庞然大物转动起来以后，转速达到111转/分钟，而其中的大部分重量将由磁轭来承担，有着巨大的转动惯量。假如磁轭制造和安装的水平不够，那么会出大问题。那么问题就来了，磁轭用在电机转子里，对强度、韧性、制作及安装精度，还有材料本身的磁性要求极高。

可见用于制作磁轭的磁轭钢材料技术指标是相当严苛，之前我们自己没法造，多少年来只能从外国供应商手里高价买来用，可以说是我国“卡脖子”的问题。为了解决这个问题，早在2010年白鹤滩水电站就对磁轭钢相关参数提出了严苛的要求，并在全球范围内招标，结果国内外没有一家钢铁厂敢接招。这是为什么呢？一是磁轭用钢要求屈服强度达到750兆帕，二是要求制作磁轭冲片的钢板成型后不平度必须低于1毫米，之前国外的产品只要求低于6毫米就行了，这一下子难度提高了不是一点半点。

但是，太原钢铁集团接招了，2013年就开始剑指白鹤滩水电站，针对磁轭钢的强度、磁感、内应力、尺寸精度等核心参数进行反复研究，无数次试验和修正，一次次技术的攻关，终于研发出了高等级磁性材料成分最佳参数配比，掌握了材料生产的关键技术。到了2014年，太原钢铁集团就生产出了750兆帕级高强磁轭钢材料，达到国际领先水平，并在2016年9月获得了国际认证，一举超过了世界上多家知名的特种钢铁企业，中国人自己也能生产这种高强度钢了，以后再也不用进口，不被外国卡脖子了。

仅制造出合格的板材还不够，还要按照扇形磁轭冲片的形状尺寸进一步加工出来，才算完成任务，最终太钢大明太原加工中心加入了磁轭钢制造队伍中来。他们先是利用CTL25.4横剪机组并配合矫平机、三套辊系，对生产好的磁轭钢开平加工，满足平整度≤1毫米的目标要求；再用光纤激光切割机对开平的磁轭钢切割、打孔；多道质检之后，最后一步包装，需要用到塑料油纸、防水膜，垫瓦楞纸，然后包防潮纸，直到涂油防锈才算完成。