小型汽輪發(fā)電機(jī)飛車故障轉(zhuǎn)子修理淺談

張東波等

摘要：本文結(jié)合我廠實(shí)際修理實(shí)例，對小型汽輪發(fā)電機(jī)組飛車的原因及危害進(jìn)行了簡要分析，并對損傷的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子修理的實(shí)用工藝進(jìn)行了簡單的介紹，最后給出了修理結(jié)果。

關(guān)鍵詞：小型汽輪發(fā)電機(jī) 飛車 轉(zhuǎn)子修理

0 引言

發(fā)電機(jī)非正常停機(jī)往往給發(fā)電企業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，發(fā)電機(jī)快速、可靠修復(fù)可以有效減少企業(yè)損失[1]。汽輪發(fā)電機(jī)組飛車故障導(dǎo)致軸系中汽輪發(fā)電機(jī)[2]轉(zhuǎn)子損傷是小型汽輪發(fā)電機(jī)典型故障之一。本文結(jié)合我廠一臺3MW無刷勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)（QFW-3-2）轉(zhuǎn)子飛車損傷修理實(shí)例，對此類汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障修理的實(shí)用方法進(jìn)行了簡單分析介紹。

1 故障描述

某鋼廠高爐煤氣余壓發(fā)電裝置（TRT）中汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生飛車，最高轉(zhuǎn)速達(dá)4000r/min，汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)掃鏜導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子損傷，其中勵(lì)磁機(jī)掃鏜嚴(yán)重，永磁機(jī)極靴及磁鋼全部碰撞脫落，極靴把緊螺栓全部折斷，勵(lì)磁機(jī)定子及永磁機(jī)定子破壞嚴(yán)重，基本無法修復(fù)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及勵(lì)磁系統(tǒng)返我廠修理。

2 故障原因分析

汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組飛車主要是由于運(yùn)行中的汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷導(dǎo)致轉(zhuǎn)子系統(tǒng)超速無法控制而造成的。所謂甩負(fù)荷是指汽輪發(fā)電機(jī)組突然卸掉全部或部分負(fù)荷的一種事故現(xiàn)象。甩負(fù)荷是造成機(jī)組超速的主要因素，超速的結(jié)果往往會(huì)造成超速保護(hù)動(dòng)作而停機(jī)，若超速無法得到有效控制而持續(xù)升速，就會(huì)造成汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生飛車，最終毀壞設(shè)備。

3 檢修要點(diǎn)分析

3.1 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升至4000r/min時(shí)，離心應(yīng)力已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速下的1.74倍，過盈配合的轉(zhuǎn)動(dòng)部件應(yīng)力松弛而產(chǎn)生松動(dòng)及離心應(yīng)力超過材料的允許強(qiáng)度而在轉(zhuǎn)動(dòng)部件應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生破壞等問題是檢查處理的重點(diǎn)[3]。因此需重點(diǎn)檢查聯(lián)軸器、護(hù)環(huán)、風(fēng)扇集電環(huán)等零部件是否有松動(dòng)、變形及裂紋等缺陷產(chǎn)生。另外需重點(diǎn)檢查轉(zhuǎn)子整體有無明顯彎曲變形。

3.2 重點(diǎn)檢查轉(zhuǎn)子線圈絕緣狀況，并進(jìn)行必要修復(fù)。

4 主要修理工藝措施

4.1 清理：轉(zhuǎn)子返廠時(shí)整個(gè)表面都是灰塵，在檢修前須進(jìn)行徹底清理，包括轉(zhuǎn)子本體、轉(zhuǎn)子軸各臺及各主要零部件（聯(lián)軸器、風(fēng)扇、護(hù)環(huán)、集電環(huán)等）表面等。主要使用干凈無紡布進(jìn)行擦拭，對于個(gè)別有油污的地方，可蘸無水酒精進(jìn)行擦洗。

4.2 初步檢測：①斷開整流盤，測量轉(zhuǎn)子絕緣電阻。一般要求不小于50MΩ。②檢查聯(lián)軸器、風(fēng)扇、護(hù)環(huán)及集電環(huán)等是否松動(dòng)、變形或明顯缺陷。③測量轉(zhuǎn)子各關(guān)鍵臺尺寸：a測量轉(zhuǎn)子軸承臺及內(nèi)外蓋臺尺寸、圓度，確定是否有顯著變形以及能否繼續(xù)使用。b測量聯(lián)軸器連接尺寸，包括法蘭外徑、厚度，聯(lián)接孔節(jié)圓、大小、數(shù)量及沉孔尺寸，止口凸凹、大小、深度等。用于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、超速連接工具。

4.3 拆解：將旋轉(zhuǎn)整流盤、勵(lì)磁機(jī)電樞、集電環(huán)等拆除，檢查損壞情況，將可以繼續(xù)使用的清理干凈并保存，無法使用的報(bào)廢處理。

4.4 檢查轉(zhuǎn)子變形：轉(zhuǎn)子飛車過程中，過高的轉(zhuǎn)速可能使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生無法修復(fù)的變形損傷，因此必須精確地測量轉(zhuǎn)子的實(shí)際變形狀況，并據(jù)此制定合適的修理方案。工廠中對轉(zhuǎn)子變形檢查一般考核轉(zhuǎn)子各臺外圓相對于軸承臺的圓跳動(dòng)，需在合適的高精度臥車上進(jìn)行。因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對較重，一般采用“一卡一托”的裝夾方式，即卡轉(zhuǎn)子勵(lì)端法蘭外圓（墊銅皮保護(hù)），中心架托瓦托轉(zhuǎn)子汽端軸承臺，以兩軸承臺為基準(zhǔn)找正，圓跳動(dòng)≤0.01mm。找正后用百分表檢查轉(zhuǎn)子各關(guān)鍵臺（包括軸承臺、內(nèi)外蓋臺，本體校驗(yàn)槽、護(hù)環(huán)校驗(yàn)槽、集電環(huán)外圓、聯(lián)軸器法蘭外圓及端面）圓跳動(dòng)，記錄跳動(dòng)高低點(diǎn)位置。為保證檢測精度，軸承臺及被檢測臺在支撐及檢測前需清理干凈，必要時(shí)用細(xì)砂紙砂光。附表1為此臺修理轉(zhuǎn)子跳動(dòng)檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，轉(zhuǎn)子未發(fā)生明顯變形。

4.5 轉(zhuǎn)子絕緣修理：根據(jù)4.2檢測情況，絕緣電阻僅為5MΩ，需修理。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)物分析，絕緣電阻低的主要原因?yàn)檗D(zhuǎn)子線圈內(nèi)灰塵過多導(dǎo)致，可靠的修理方案是拆卸護(hù)環(huán)，對端部線圈進(jìn)行徹底清理，并進(jìn)行必要的損傷修復(fù)。具體修理措施如下：①為清理轉(zhuǎn)子線圈絕緣，需將聯(lián)軸器、集電環(huán)及絕緣套筒、風(fēng)扇、護(hù)環(huán)及護(hù)環(huán)絕緣全部拆除，并將拆下的零部件油污、灰塵清理干凈后保存待用。拆卸時(shí)需做好對齊和編號標(biāo)記，便于后續(xù)裝配。②兩端風(fēng)扇為焊接結(jié)構(gòu)，需檢查飛車超速過程是否對風(fēng)扇焊縫造成有害損傷，以及有無裂紋產(chǎn)生。我廠一般選用磁粉探傷。經(jīng)檢查，其中一件有裂紋，更換新風(fēng)扇。③轉(zhuǎn)子線圈絕緣修理：a沖水清洗：對轉(zhuǎn)子線圈絕緣用潔凈的高壓水進(jìn)行沖洗。b擦洗：用干凈的無紡布蘸無水酒精擦洗轉(zhuǎn)子鐵心槽口部分，將能擦洗到的部位清理干凈。c烘干：轉(zhuǎn)子進(jìn)烘干爐烘干，加熱工藝參數(shù)：100℃～120℃，保溫8h～10h。d測量絕緣電阻：轉(zhuǎn)子烘干后，冷卻至室溫測量轉(zhuǎn)子絕緣電阻，合格后，由電工車間對轉(zhuǎn)子線圈絕緣局部損傷處和引線處進(jìn)行常規(guī)絕緣處理。e半成品試驗(yàn)：作轉(zhuǎn)子匝間及對地耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)電壓為正常產(chǎn)品的80%。

4.6 轉(zhuǎn)子重新裝配：復(fù)檢絕緣電阻，合格后包護(hù)環(huán)絕緣、熱套護(hù)環(huán)，裝風(fēng)扇，裝勵(lì)端絕緣套筒、集電環(huán)，裝配用戶聯(lián)軸器等。裝配過程需注意以下兩點(diǎn)：①軸伸雙斜鍵需與用戶聯(lián)軸器、軸伸鍵槽配研接觸面積，合格后進(jìn)行裝配。②護(hù)環(huán)重新套裝后，護(hù)環(huán)與風(fēng)扇配合端面需車加工，只車端面，不車止口，車平即可。

4.7 車修：①轉(zhuǎn)子上合適臥車，采用“一卡一托”的裝夾方式，卡勵(lì)端法蘭（墊銅皮保護(hù)），中心架托瓦托轉(zhuǎn)子汽端軸承臺，以兩軸承臺為基準(zhǔn)找正，要求圓跳動(dòng)≤0.01mm。②按最小量光車集電環(huán)外圓，粗糙度達(dá)到Ra1.6μm以上。③百分表檢查聯(lián)軸器法蘭外圓及端面跳動(dòng)，必要時(shí)以高點(diǎn)對刀按最小量車修。④百分表檢查轉(zhuǎn)子本體跳動(dòng)，必要時(shí)以高點(diǎn)對刀按最小量車修。⑤重車護(hù)環(huán)校驗(yàn)槽及本體校驗(yàn)槽（要求車圓）。⑥車修后，用百分表檢測并記錄以上各臺跳動(dòng)值。

4.8 主機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、超速試驗(yàn)：因轉(zhuǎn)子除線圈外各其他主要零部件均被拆卸并重新裝配，部分零部件還更換成新的，因此按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，必須對轉(zhuǎn)子重新進(jìn)行動(dòng)平衡及超速試驗(yàn)。根據(jù)4.2中測量的聯(lián)軸器連接尺寸，設(shè)計(jì)制造過渡連接盤，在驗(yàn)站地坑內(nèi)對接主機(jī)轉(zhuǎn)子及試驗(yàn)拖動(dòng)機(jī)，按常規(guī)工藝進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、超速試驗(yàn)。

4.9 超速后檢查：轉(zhuǎn)子超速后需對轉(zhuǎn)子進(jìn)行機(jī)械及電氣檢查，看有無損壞及變形情況。其中轉(zhuǎn)子變形情況仍考核各關(guān)鍵臺相對于軸承臺的圓跳動(dòng)情況，具體工藝同4.4要求。考慮到修理周期緊張，且轉(zhuǎn)子相對不大、重量較輕，可不拆卸轉(zhuǎn)子，將試驗(yàn)軸承通入高壓油，手動(dòng)盤車轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后，用百分表檢查轉(zhuǎn)子各臺圓跳動(dòng)。記錄數(shù)據(jù)，查看是否過大，并與超速前數(shù)據(jù)（4.7測量）進(jìn)行對比。

4.10 對接勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子，完善轉(zhuǎn)子軸系裝配：按常規(guī)工藝對接勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子，即裝配導(dǎo)電桿、對接勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子、裝配旋轉(zhuǎn)整流盤、裝配引線槽楔、裝配勵(lì)磁引線及接地檢測系統(tǒng)等，完善轉(zhuǎn)子軸系裝配。

4.11 轉(zhuǎn)子軸系動(dòng)平衡、超速試驗(yàn)：因勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子為全新制造，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，主機(jī)轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子對接成整體后，需按常規(guī)工藝進(jìn)行軸系高速動(dòng)平衡、超速試驗(yàn)。

4.12 出廠試驗(yàn)：①轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣電阻檢測。②耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓為正常產(chǎn)品出廠試驗(yàn)電壓的80%。③其它常規(guī)試驗(yàn)。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合我廠一臺3MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子飛車故障損傷修理實(shí)例，簡單分析了汽輪發(fā)電機(jī)組飛車故障的主要原因及危害，并對具體修理工藝做了簡單介紹。修理好的發(fā)電機(jī)出廠試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)合格，現(xiàn)已在用戶現(xiàn)場穩(wěn)定運(yùn)行近兩年時(shí)間，設(shè)備狀態(tài)良好。

參考文獻(xiàn)：

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[3]何強(qiáng)，雷興發(fā).汽輪機(jī)飛車事故原因分析及對策[J].湖北電力，2001（3）：41.

作者簡介：張東波（1984-），男，遼寧鞍山人，2007年畢業(yè)于長安大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，畢業(yè)后長期從事高壓防爆電機(jī)產(chǎn)品工藝及研發(fā)工作，現(xiàn)主要從事汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品工藝及研發(fā)工作。