20年前，長江上的三峽大壩單臺發電機組裝機容量是70萬千瓦，但是機組里的“萬層餅”只能從國外進口，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。三峽大壩機組轉子吊裝如今，長江上的白鶴灘水電站，單臺機組裝機容量超過百萬千瓦，機組的轉

20年前，長江上的三峽大壩單臺發電機組裝機容量是70萬千瓦，但是機組里的“萬層餅”只能從國外進口，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。

三峽大壩機組轉子吊裝

如今，長江上的白鶴灘水電站，單臺機組裝機容量超過百萬千瓦，機組的轉子也是目前世界上最大的，但是問題隨之而來，個頭越大，里面的“萬層餅”精度要求更高，國外的產品已經不能滿足我們的實際要求了，怎么辦？不能靠別人，只能靠自己。

01

轉子里的“萬層餅”

說了半天“萬層餅”，到底是什么呢？我們先來整體了解一下水電項目里的發電機組。水電項目里的發電機組主要有三部分組成：從上到下依次是發電機、水輪機、尾水排放管。

水電機組的最上部——發電機部分發電機的外圈是定子，中間的圓盤是轉子。發電機轉子是提供旋轉磁場、能量轉化、傳遞扭矩的關鍵部件。當有水流進入水輪機，沖擊轉輪轉動，從而帶動發動機轉子旋轉，產生磁場，磁場切割定子上的繞組，從而可以發電。

發電機的轉子由中心體、轉子支架、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電機轉子上的磁軛，也就是前面說的“萬層餅”。磁軛設置在轉子的四周，組成了發電機的磁路，可以用來固定磁極。像白鶴灘水電站這種裝機容量很大的水輪發電機，它的轉子磁軛通過支架與輪轂和主軸連成一體。

這種結構的磁軛由扇形沖片交錯疊成，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、通風槽片、定位銷、拉緊螺桿、磁軛上壓板、下壓板等多個零部件組成。安裝時，需要利用人工，把扇形磁軛沖片一層一層進行疊裝，層與層之間相錯一定的極距值。

02

制造磁軛沖片難在哪兒？

白鶴灘水電站發電機組的轉子外緣直徑達到16.2米，高可達4.1米，而內部的轉子上的磁軛直徑15.666米，高3.7米。扇形磁軛沖片用量約2.2萬余片，單片重53.47千克，整體重超過1200噸，單片厚度在2~4.5毫米范圍內，假如層疊的磁軛沖片各層之間空隙忽略，那么整個磁軛高度上需要疊裝約900層的磁軛沖片。所以前面講的“萬層餅”是一個夸張的說法，如果用“千層餅”來形容，倒是更為恰當。

當白鶴灘水電站機組中的轉子這個龐然大物轉動起來以后，轉速達到111轉/分鐘，而其中的大部分重量將由磁軛來承擔，有著巨大的轉動慣量。假如磁軛制造和安裝的水平不夠，那么會出大問題。那么問題就來了，磁軛用在電機轉子里，對強度、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指標是相當嚴苛，之前我們自己沒法造，多少年來只能從外國供應商手里高價買來用，可以說是我國“卡脖子”的問題。為了解決這個問題，早在2010年白鶴灘水電站就對磁軛鋼相關參數提出了嚴苛的要求，并在全球范圍內招標，結果國內外沒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度達到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，之前國外的產品只要求低于6毫米就行了，這一下子難度提高了不是一點半點。

但是，太原鋼鐵集團接招了，2013年就開始劍指白鶴灘水電站，針對磁軛鋼的強度、磁感、內應力、尺寸精度等核心參數進行反復研究，無數次試驗和修正，一次次技術的攻關，終于研發出了高等級磁性材料成分最佳參數配比，掌握了材料生產的關鍵技術。到了2014年，太原鋼鐵集團就生產出了750兆帕級高強磁軛鋼材料，達到國際領先水平，并在2016年9月獲得了國際認證，一舉超過了世界上多家知名的特種鋼鐵企業，中國人自己也能生產這種高強度鋼了，以后再也不用進口，不被外國卡脖子了。

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一步加工出來，才算完成任務，最終太鋼大明太原加工中心加入了磁軛鋼制造隊伍中來。他們先是利用CTL25.4橫剪機組并配合矯平機、三套輥系，對生產好的磁軛鋼開平加工，滿足平整度≤1毫米的目標要求；再用光纖激光切割機對開平的磁軛鋼切割、打孔；多道質檢之后，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，太原鋼鐵生產的高強磁軛鋼順利經過東方電機和三峽集團的初步檢測，成功應用在白鶴灘水電站中。不僅標志著太原鋼鐵集團已具備全品種巨型水電機組的供貨能力，更為中國水電事業能夠繼續領跑全世界，奠定了堅實的基礎。