小型汽輪發(fā)電機飛車故障轉子修理淺談

張東波等

摘要：本文結合我廠實際修理實例，對小型汽輪發(fā)電機組飛車的原因及危害進行了簡要分析，并對損傷的發(fā)電機轉子修理的實用工藝進行了簡單的介紹，最后給出了修理結果。

關鍵詞：小型汽輪發(fā)電機 飛車 轉子修理

0 引言

發(fā)電機非正常停機往往給發(fā)電企業(yè)造成重大經濟損失，發(fā)電機快速、可靠修復可以有效減少企業(yè)損失[1]。汽輪發(fā)電機組飛車故障導致軸系中汽輪發(fā)電機[2]轉子損傷是小型汽輪發(fā)電機典型故障之一。本文結合我廠一臺3MW無刷勵磁汽輪發(fā)電機（QFW-3-2）轉子飛車損傷修理實例，對此類汽輪發(fā)電機轉子故障修理的實用方法進行了簡單分析介紹。

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)電機組發(fā)生飛車，最高轉速達4000r/min，汽輪發(fā)電機勵磁機掃鏜導致發(fā)電機轉子損傷，其中勵磁機掃鏜嚴重，永磁機極靴及磁鋼全部碰撞脫落，極靴把緊螺栓全部折斷，勵磁機定子及永磁機定子破壞嚴重，基本無法修復。發(fā)電機轉子及勵磁系統(tǒng)返我廠修理。

2 故障原因分析

汽輪發(fā)電機機組飛車主要是由于運行中的汽輪發(fā)電機組甩負荷導致轉子系統(tǒng)超速無法控制而造成的。所謂甩負荷是指汽輪發(fā)電機組突然卸掉全部或部分負荷的一種事故現象。甩負荷是造成機組超速的主要因素，超速的結果往往會造成超速保護動作而停機，若超速無法得到有效控制而持續(xù)升速，就會造成汽輪發(fā)電機組發(fā)生飛車，最終毀壞設備。

3 檢修要點分析

3.1 汽輪發(fā)電機轉速升至4000r/min時，離心應力已達到額定轉速下的1.74倍，過盈配合的轉動部件應力松弛而產生松動及離心應力超過材料的允許強度而在轉動部件應力集中區(qū)域產生破壞等問題是檢查處理的重點[3]。因此需重點檢查聯(lián)軸器、護環(huán)、風扇集電環(huán)等零部件是否有松動、變形及裂紋等缺陷產生。另外需重點檢查轉子整體有無明顯彎曲變形。

3.2 重點檢查轉子線圈絕緣狀況，并進行必要修復。

4 主要修理工藝措施

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

4.2 初步檢測：①斷開整流盤，測量轉子絕緣電阻。一般要求不小于50MΩ。②檢查聯(lián)軸器、風扇、護環(huán)及集電環(huán)等是否松動、變形或明顯缺陷。③測量轉子各關鍵臺尺寸：a測量轉子軸承臺及內外蓋臺尺寸、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、數量及沉孔尺寸，止口凸凹、大小、深度等。用于設計轉子動平衡、超速連接工具。

4.3 拆解：將旋轉整流盤、勵磁機電樞、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，無法使用的報廢處理。

4.4 檢查轉子變形：轉子飛車過程中，過高的轉速可能使轉子產生無法修復的變形損傷，因此必須精確地測量轉子的實際變形狀況，并據此制定合適的修理方案。工廠中對轉子變形檢查一般考核轉子各臺外圓相對于軸承臺的圓跳動，需在合適的高精度臥車上進行。因發(fā)電機轉子相對較重，一般采用“一卡一托”的裝夾方式，即卡轉子勵端法蘭外圓（墊銅皮保護），中心架托瓦托轉子汽端軸承臺，以兩軸承臺為基準找正，圓跳動≤0.01mm。找正后用百分表檢查轉子各關鍵臺（包括軸承臺、內外蓋臺，本體校驗槽、護環(huán)校驗槽、集電環(huán)外圓、聯(lián)軸器法蘭外圓及端面）圓跳動，記錄跳動高低點位置。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，必要時用細砂紙砂光。附表1為此臺修理轉子跳動檢測數據，根據數據分析，轉子未發(fā)生明顯變形。

4.5 轉子絕緣修理：根據4.2檢測情況，絕緣電阻僅為5MΩ，需修理。根據現場實物分析，絕緣電阻低的主要原因為轉子線圈內灰塵過多導致，可靠的修理方案是拆卸護環(huán)，對端部線圈進行徹底清理，并進行必要的損傷修復。具體修理措施如下：①為清理轉子線圈絕緣，需將聯(lián)軸器、集電環(huán)及絕緣套筒、風扇、護環(huán)及護環(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。拆卸時需做好對齊和編號標記，便于后續(xù)裝配。②兩端風扇為焊接結構，需檢查飛車超速過程是否對風扇焊縫造成有害損傷，以及有無裂紋產生。我廠一般選用磁粉探傷。經檢查，其中一件有裂紋，更換新風扇。③轉子線圈絕緣修理：a沖水清洗：對轉子線圈絕緣用潔凈的高壓水進行沖洗。b擦洗：用干凈的無紡布蘸無水酒精擦洗轉子鐵心槽口部分，將能擦洗到的部位清理干凈。c烘干：轉子進烘干爐烘干，加熱工藝參數：100℃～120℃，保溫8h～10h。d測量絕緣電阻：轉子烘干后，冷卻至室溫測量轉子絕緣電阻，合格后，由電工車間對轉子線圈絕緣局部損傷處和引線處進行常規(guī)絕緣處理。e半成品試驗：作轉子匝間及對地耐壓試驗。試驗電壓為正常產品的80%。

4.6 轉子重新裝配：復檢絕緣電阻，合格后包護環(huán)絕緣、熱套護環(huán)，裝風扇，裝勵端絕緣套筒、集電環(huán)，裝配用戶聯(lián)軸器等。裝配過程需注意以下兩點：①軸伸雙斜鍵需與用戶聯(lián)軸器、軸伸鍵槽配研接觸面積，合格后進行裝配。②護環(huán)重新套裝后，護環(huán)與風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轉子上合適臥車，采用“一卡一托”的裝夾方式，卡勵端法蘭（墊銅皮保護），中心架托瓦托轉子汽端軸承臺，以兩軸承臺為基準找正，要求圓跳動≤0.01mm。②按最小量光車集電環(huán)外圓，粗糙度達到Ra1.6μm以上。③百分表檢查聯(lián)軸器法蘭外圓及端面跳動，必要時以高點對刀按最小量車修。④百分表檢查轉子本體跳動，必要時以高點對刀按最小量車修。⑤重車護環(huán)校驗槽及本體校驗槽（要求車圓）。⑥車修后，用百分表檢測并記錄以上各臺跳動值。

4.8 主機轉子動平衡、超速試驗：因轉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，因此按照相關標準要求，必須對轉子重新進行動平衡及超速試驗。根據4.2中測量的聯(lián)軸器連接尺寸，設計制造過渡連接盤，在驗站地坑內對接主機轉子及試驗拖動機，按常規(guī)工藝進行轉子動平衡、超速試驗。

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

4.10 對接勵磁機轉子，完善轉子軸系裝配：按常規(guī)工藝對接勵磁機轉子，即裝配導電桿、對接勵磁機轉子、裝配旋轉整流盤、裝配引線槽楔、裝配勵磁引線及接地檢測系統(tǒng)等，完善轉子軸系裝配。

4.11 轉子軸系動平衡、超速試驗：因勵磁機轉子為全新制造，根據相關標準要求，主機轉子與勵磁機轉子對接成整體后，需按常規(guī)工藝進行軸系高速動平衡、超速試驗。

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

5 結束語

本文結合我廠一臺3MW汽輪發(fā)電機轉子飛車故障損傷修理實例，簡單分析了汽輪發(fā)電機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)電機出廠試驗各項指標合格，現已在用戶現場穩(wěn)定運行近兩年時間，設備狀態(tài)良好。

參考文獻：

[1]程本俊，顏海華，吳亞旗，王文均.25MW汽輪發(fā)電機轉子接地故障診斷及修復[J].電機技術，2013（2）：50.

[2]湯蘊謬.電機學[M].北京：機械工業(yè)出版社2011：237.

[3]何強，雷興發(fā).汽輪機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)于長安大學機械設計制造及其自動化專業(yè)，助理工程師，畢業(yè)后長期從事高壓防爆電機產品工藝及研發(fā)工作，現主要從事汽輪發(fā)電機產品工藝及研發(fā)工作。