故障診斷技術(shù)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢修中的應(yīng)用

【摘要】設(shè)備故障診斷是指在設(shè)備運(yùn)行中或在基本不拆卸的情況下，通過各種手段，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判定產(chǎn)生故障的部位和原因，并預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)設(shè)備未來的狀態(tài)，從而找出對(duì)策的一門技術(shù)。本文針對(duì)自己在水電站轉(zhuǎn)子安裝、檢修過程中遇到的一些問題進(jìn)行分析，并提出自己的處理意見。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)子；故障；診斷；維修

轉(zhuǎn)子屬于水輪發(fā)電機(jī)組的核心部件，在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，由于轉(zhuǎn)子的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)發(fā)生局部故障，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并維修，就可能導(dǎo)致整機(jī)燒毀的嚴(yán)重后果。所以，我們必須高度重視轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障，并妥善處理，確保機(jī)組正常運(yùn)行。

1、故障診斷的主要方法

1.1振動(dòng)診斷方法

振動(dòng)診斷是目前所有故障診斷技術(shù)中應(yīng)用最廣泛也是最成功的診斷方法，要求掌握振動(dòng)診斷的時(shí)域分析方法（包括直接觀察法、概率分析法、示性指標(biāo)法、時(shí)域同步平均法及相關(guān)函數(shù)診斷法）；熟知振動(dòng)診斷的頻域分析方法，明確頻域分析的主要內(nèi)容，熟練掌握各種頻率項(xiàng)的計(jì)算或查詢方法；了解振動(dòng)診斷的其他方法如倒頻譜診斷法、軸心軌跡等。

1.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械是指齒輪箱、離心風(fēng)機(jī)、離心泵、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、離心壓縮機(jī)、水輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備，它們廣泛應(yīng)用于電力、石化、冶金、機(jī)械、造紙、船舶、航空以及一些軍事工業(yè)部門。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械正朝著大型、高速和自動(dòng)化方向發(fā)展，這對(duì)提高安全性和可靠性，對(duì)發(fā)展先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，提出了迫切的要求。

1.3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)

是近些年來國內(nèi)外開展廣泛研究，發(fā)展比較成熟的故障診斷技術(shù)，具有一定的代表性，因此本章是此書的重點(diǎn)部分。掌握旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障如轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對(duì)中、共振、機(jī)械松動(dòng)、轉(zhuǎn)子摩擦、滑動(dòng)軸承故障、轉(zhuǎn)軸裂紋、流體動(dòng)力激振、拍頻振動(dòng)等的機(jī)理和特征，熟練掌握滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)、齒輪故障診斷技術(shù)，了解電動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)、皮帶驅(qū)動(dòng)故障診斷技術(shù)，并熟悉利用征兆的故障診斷方法。

1.4設(shè)備振動(dòng)故障診斷實(shí)施方法

熟知實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)診斷的6個(gè)基本步驟；緊緊圍繞三“W”一“H”這幾個(gè)中心問題，深入、細(xì)致掌握振動(dòng)診斷狀態(tài)識(shí)別的基本方法，掌握設(shè)備劣化趨勢(shì)分析的方法與應(yīng)用；了解工廠設(shè)備振動(dòng)診斷方案實(shí)踐。

1.5其它物理診斷方法

聲學(xué)監(jiān)測(cè)方法、溫度監(jiān)測(cè)方法和其它一些無損檢測(cè)技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)中也占有重要的地位。掌握超聲和聲發(fā)射診斷技術(shù)、紅外測(cè)溫技術(shù)、無損探傷法等內(nèi)容，要求了解聲學(xué)監(jiān)測(cè)方法，掌握溫度監(jiān)測(cè)方法，了解無損檢測(cè)技術(shù)。

1.6液壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷

液壓設(shè)備是一種流體驅(qū)動(dòng)的裝置，是機(jī)械設(shè)備中的重要組成部分。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，液壓設(shè)備故障約占整個(gè)設(shè)備總故障的30%左右。除了一般機(jī)械設(shè)備的共同點(diǎn)外，液壓設(shè)備還有其自身的特點(diǎn)，例如油液分析就是液壓設(shè)備中一個(gè)重要而特殊的診斷參數(shù)。要求了解液壓設(shè)備的失效分析，掌握液壓設(shè)備故障診斷方法，熟悉油液污染分析方法，其中要重點(diǎn)掌握鐵譜分析法。

2、不同方法在轉(zhuǎn)子故障診斷中的應(yīng)用

2.1阻尼環(huán)與連接板緊固松動(dòng)，接觸不良的故障檢查

1）現(xiàn)象：運(yùn)行中機(jī)組產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲，且刺耳；在松動(dòng)的連接處有火花，連接板及阻尼環(huán)變色或者燒融。

2）方法：物理診斷方法中的聲學(xué)監(jiān)測(cè)方

3）處理：拆卸原來的連接板，將阻尼環(huán)連接處清理干凈并打磨平整，測(cè)量出阻尼環(huán)的寬度，用0.5～2mm紫銅片作成柔性連接片并鍍銀，再用含銀45%的銀焊料在阻尼環(huán)連接處鍍銀，然后將制作好的連接板與阻尼環(huán)連接并在連接螺栓上鍍銀，檢查并測(cè)量連接后的接觸電阻值。

2.2阻尼環(huán)斷裂故障檢查

1）現(xiàn)象：機(jī)組產(chǎn)生較大振動(dòng)，發(fā)出噪聲。

2）方法：物理診斷方法中的聲學(xué)監(jiān)測(cè)方

3）處理：在斷裂處兩側(cè)打磨出坡口，然后用與母材相近的焊條進(jìn)行補(bǔ)焊。

2.3轉(zhuǎn)子接地故障檢查

轉(zhuǎn)子接地是正常運(yùn)行中最常見的故障之一，通常由以下幾種情況引起；1）轉(zhuǎn)子線圈與鐵芯之間的絕緣受到損壞、老化，造成線圈直接與鐵芯相接觸或局部絕緣電阻降低到一定程度而造成接地。2）轉(zhuǎn)子線圈的引出線至開關(guān)間的絕緣損壞、老化、污穢等造成引出線與其它金屬直接接觸或絕緣電阻降低到一定程度而造成的接地。3）從線圈引出線上接入的儀表，控制回路絕緣損壞而造成的接地。4）可控硅勵(lì)磁電流輸出回路接地或可控硅堆損壞接地等。

2.4轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障的檢修

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由于匝數(shù)較多，在發(fā)生少量幾匝的短路故障時(shí)，盡管造成了磁力不平衡和電流的微小變化，但在運(yùn)行中發(fā)電機(jī)很難發(fā)覺，仍可以帶病運(yùn)行。一般是在檢修試驗(yàn)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)匝間短路故障。當(dāng)在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有匝間短路時(shí)，首先要判斷是哪個(gè)磁極線圈匝間短路，通常是采用壓降法進(jìn)行判斷。將低壓交流電接至轉(zhuǎn)子線圈引出線上，通電后，在每個(gè)磁極線圈的兩端測(cè)量每組線圈的電壓降，如果某個(gè)線圈的電壓降明顯比其他線圈偏小或比上次測(cè)得的電壓降有明顯偏小，就證明該線圈有匝間短路存在，必須進(jìn)行處理。

表面污垢引起的匝間短路，只要用毛刷將其表面的污垢和灰塵清理干凈，匝間短路故障就可消除。

在污垢清理干凈后，短路故障沒有消除，就要查找線圈內(nèi)部是否有匝間短路。先將故障線圈兩端與其他線圈相連接的接頭解開，在此線圈中接入低壓交流電流，時(shí)間在1min以上，用接觸式溫度計(jì)測(cè)量線圈表面溫度，正常情況下，線圈表面溫度是均衡的，溫度值差不多大，如果某一處溫度較高，證明該處有匝間短路。

如果線圈匝間短路發(fā)生在線圈外部，可用層壓板撬開短路部位，然后用云母板墊壓匝與匝之間或墊上薄膜復(fù)合紙，刷上漆就行。

如果在線圈內(nèi)表面，用工具將發(fā)熱處的線匝間的絕緣由外到內(nèi)慢慢清理，并將發(fā)熱點(diǎn)及附近的絕緣全部清理干凈，此時(shí)，再對(duì)發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，如果故障消除，則測(cè)得的線圈表面溫度是均勻的。在故障消除后，用環(huán)氧樹脂涂澆在線圈上，經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的固化后，將其裝復(fù)就可。

2.5轉(zhuǎn)子線圈接頭松動(dòng)或斷開的檢修

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈之間的連接有焊接和螺栓連接兩種。當(dāng)線圈接頭斷開后在運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子電流為0，發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，并入系統(tǒng)的成為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子鐵芯發(fā)熱。轉(zhuǎn)子線圈接頭松動(dòng)或斷開故障，應(yīng)立即停機(jī)檢修，查找故障點(diǎn)。

故障點(diǎn)的查找可以在線圈匝間的出線連接板穿過絕緣打一小孔，將導(dǎo)線一頭連接到接觸電阻的儀器上，另一頭通過插針插入線圈接頭間兩個(gè)不同的線圈出線連接板上，如果接觸電阻明顯變大或?yàn)闊o窮大，就可以判斷接頭松動(dòng)或斷開。故障點(diǎn)后，將接頭處的絕緣清理干凈，焊接接頭用銅焊或銀銅焊接連接點(diǎn)焊接好，用銼刀等工具修平，經(jīng)檢查確認(rèn)無裂紋、氣孔后用同級(jí)絕緣包扎好后，再涂上漆。是螺栓連接的，如果是螺栓松動(dòng)，換上新的螺栓、清理連接板，干凈后，緊固螺栓。是接頭Ω形連接頭斷裂，就需要更換新的Ω形連接頭、清理連接板、緊固螺栓并測(cè)量接觸電阻符合要求時(shí)，用同級(jí)絕緣包扎好后刷上漆。

3、軸頸磨損的修理

在一些小型水輪發(fā)電機(jī)中經(jīng)常出現(xiàn)軸頸磨損，軸頸與軸套之間間隙增大，運(yùn)行中轉(zhuǎn)軸左右擺動(dòng)使得轉(zhuǎn)軸橫向擺動(dòng)增大、振動(dòng)增加、響聲不正常嚴(yán)重影響軸瓦的安全。

3.1軸頸輕微磨損的修理

（1）電鍍法。將軸頸輕微磨損的轉(zhuǎn)軸拆下來，送到專門鍍鋅的工廠，在轉(zhuǎn)軸表面鍍上一層鋅或鉻，再處理至要求的尺寸。

（2）粘接法。采用農(nóng)機(jī)﹟2膠粘劑進(jìn)行加厚修理。首先用清洗劑清洗干凈軸頸的磨損處，然后按廠方提供的配方要求進(jìn)行配膠。要求是現(xiàn)配現(xiàn)用，最后是粘接。在磨損處均勻地涂上調(diào)配好的粘接劑，涂刷至原尺寸厚度，待固化后，處理打磨光滑后可進(jìn)行裝配使用。

3.2軸頸嚴(yán)重磨損的檢修

軸頸嚴(yán)重磨損時(shí)，采用電鍍和粘接都是不能解決問題，另外采用堆焊的方法由于在堆焊的過程中軸的變形和焊后的加工處理難度較大，現(xiàn)在一般不再采用，通常采用鑲套的辦法來處理，工藝要求是將磨損需鑲套的部位根據(jù)實(shí)際情況在車床上車小4～10mm，采用相同材質(zhì)的圓鋼車制一個(gè)套，套的中心孔與車小的軸外徑用過盈配合且符合公差標(biāo)準(zhǔn)，先將套放至機(jī)油中煮熱后套在軸上，在軸與套的坡口結(jié)合處焊一圈后上車床精車至所需尺寸，可進(jìn)行裝配使用。

對(duì)確實(shí)不能修復(fù)的軸頸必須按照廠家提供的技術(shù)說明書和技術(shù)資料重新加工進(jìn)行更換。

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作者簡介

王建利，（1971-）男，籍貫：陜西省商洛市，職稱：高級(jí)工程師，從事水電站機(jī)電設(shè)備制造、安裝及檢修工作。