大盈江水電站2#機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛螺栓斷裂分析與處理

徐 力

(四川蜀港水電工程技術(shù)有限責(zé)任公司，四川 成都 610041)

1 概 述

機(jī)組轉(zhuǎn)子由圓盤(pán)式轉(zhuǎn)子中心體、疊片磁軛、磁極等構(gòu)成。中心體為整體不分瓣結(jié)構(gòu)，在其外圓側(cè)疊裝磁軛，磁 軛 內(nèi) 徑 為3 890 mm，外 徑 為5 349.2 mm，磁軛高度為2 256 mm，掛裝磁極后直徑為6 012 mm；磁軛沖片厚3.2 mm，錯(cuò)開(kāi)一個(gè)磁極3片一疊，疊裝完成后，插入鉸制螺桿并緊固使其成為一體。

2 事故過(guò)程

在2#機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行過(guò)速試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度為90%、轉(zhuǎn)速達(dá)到480 r/min時(shí)迅速關(guān)閉了導(dǎo)葉，轉(zhuǎn)速下降到20%Ne時(shí)投入了制動(dòng)器。在投入制動(dòng)風(fēng)閘時(shí)聽(tīng)到異常的響聲，停機(jī)后進(jìn)入機(jī)坑檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)徑側(cè)一根M36×2 403 mm鉸制銷(xiāo)釘螺栓斷裂，斷裂的位置在制動(dòng)板內(nèi)的磁軛拉緊螺母處。多數(shù)制動(dòng)風(fēng)閘的閘板已經(jīng)掉落，全部制動(dòng)閘板固定座和粉塵收集罩不同程度地?fù)p壞。為了擴(kuò)大檢查范圍，再次對(duì)轉(zhuǎn)子螺栓進(jìn)行仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，另一根斷裂的螺桿只是沒(méi)有掉下來(lái)。之后，還發(fā)現(xiàn)了磁軛沖片擰緊的螺母與磁軛沖片有些螺栓之間出現(xiàn)了間隙。轉(zhuǎn)子磁軛壓板和制動(dòng)器撐塊本來(lái)在安裝時(shí)是沒(méi)有間隙的，過(guò)速后，經(jīng)過(guò)檢查均發(fā)現(xiàn)其有間隙，其中制動(dòng)器撐塊的最大間隙為2.2 mm，磁軛壓板的間隙經(jīng)測(cè)量最大為0.85 mm。

3 事故現(xiàn)場(chǎng)情況

發(fā)生事故后，設(shè)計(jì)院、設(shè)備廠家、監(jiān)理、施工等各方均派出人員赴現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)制動(dòng)板和斷裂的螺桿及螺母進(jìn)行檢查測(cè)量。事故現(xiàn)場(chǎng)情況如下：

(1)從螺桿和螺母的斷裂面看，螺桿是一次性斷裂，斷裂面均勻細(xì)密，可以排除疲勞斷裂，故判定螺母是在投入制動(dòng)時(shí)帶入制動(dòng)板后撕裂的。

(2)從螺桿斷裂處的螺母痕跡看，螺母與孔之間有嚴(yán)重的偏心。經(jīng)檢查，其它幾處也有一定的偏心，但偏心程度相對(duì)較小。

(3)制動(dòng)板上有部分螺母擋塊焊在內(nèi)徑側(cè)和兩側(cè)面，而廠家圖紙要求擋塊應(yīng)焊在外徑側(cè)。

(4)從兩根斷裂的螺桿可以看出，斷裂處均在點(diǎn)焊的螺桿處發(fā)生。

太湖流域因長(zhǎng)期超采深層承壓水已形成我國(guó)南方最大的地下水水位降落漏斗群，地面沉降及其所造成的環(huán)境災(zāi)害已十分嚴(yán)重，降低了堤壩、閘站等防洪排澇工程標(biāo)準(zhǔn)，防洪能力明顯降低。長(zhǎng)期以來(lái)的圍湖墾殖和聯(lián)圩并圩，致使湖泊等水面積減少，流域濕地退化，生物多樣性和生態(tài)穩(wěn)定性下降。

(5)從兩根斷裂的螺桿位置看，斷裂的部位均發(fā)生在制動(dòng)板的相同位置。

(6)經(jīng)拆開(kāi)制動(dòng)環(huán)板檢查后發(fā)現(xiàn)，各磁軛拉緊螺桿的螺母與轉(zhuǎn)子磁軛片部分有間隙，在對(duì)1#機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種間隙在把緊磁軛螺栓時(shí)是不存在的，故判定產(chǎn)生的間隙是在安裝制動(dòng)板后才發(fā)生的。

4 原因分析

從情況分析和調(diào)查結(jié)果看主要出現(xiàn)了兩個(gè)方面的現(xiàn)象：一是螺桿斷裂；二是拉緊螺桿的螺母與磁軛沖片有間隙。

(1)螺桿斷裂的原因分析。

由于螺桿和螺母實(shí)施的是點(diǎn)焊，會(huì)造成螺桿材質(zhì)發(fā)生變化，從而降低螺桿強(qiáng)度。

轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于離心力的作用，整個(gè)轉(zhuǎn)子磁軛會(huì)向上升(設(shè)計(jì)的是浮動(dòng)磁軛)，而制動(dòng)板內(nèi)圈由于制動(dòng)板撐塊的作用無(wú)法跟隨磁軛上升，從而會(huì)造成磁軛內(nèi)徑側(cè)螺桿拉伸受力最大；從這一點(diǎn)出發(fā)，也可以解釋事故現(xiàn)場(chǎng)情況斷裂的兩根螺桿均發(fā)生在內(nèi)側(cè)。

(2)拉緊螺桿的螺母與磁軛沖片存在間隙的原因分析。

在按廠家提供的力矩及伸長(zhǎng)量進(jìn)行安裝后檢查發(fā)現(xiàn)，伸長(zhǎng)量及力矩均符合設(shè)計(jì)要求。在安裝完制動(dòng)環(huán)板后，螺母與磁軛沖片間出現(xiàn)間隙，分析其原因是因螺桿的再次拉伸而出現(xiàn)間隙。其實(shí)，在安裝過(guò)程中就發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，在將磁軛上部的拉緊螺桿用設(shè)計(jì)力矩把緊后，下部的螺母還是松的。由此可見(jiàn)，廠家在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到本轉(zhuǎn)子磁軛較高(2 256 mm)，只強(qiáng)調(diào)了螺桿的伸長(zhǎng)量而沒(méi)有考慮到磁軛片對(duì)螺桿的摩擦力，因此，在保證了螺桿的伸長(zhǎng)量后，還未能使螺桿拉緊，故在安裝制動(dòng)板時(shí)，將螺桿再次拉伸時(shí)產(chǎn)生了間隙。

還有一種可能：就是由于廠家對(duì)轉(zhuǎn)子的磁軛上、下沒(méi)有各設(shè)計(jì)一個(gè)壓板，在把緊螺桿時(shí)，由于螺母緊縮沖片，使沖片產(chǎn)生局部的波浪度，當(dāng)擰緊制動(dòng)環(huán)板時(shí)，因制動(dòng)環(huán)板是一個(gè)平面，在把磁軛沖片的波浪度壓平時(shí)，有一些螺母和沖片會(huì)出現(xiàn)間隙。

對(duì)于調(diào)查結(jié)果中所提到的部分制動(dòng)板螺母擋塊沒(méi)有焊在外徑側(cè)的問(wèn)題，從第二根斷裂的螺桿看，并不是此原因造成。至于擋塊因沒(méi)有焊在外徑側(cè)會(huì)產(chǎn)生哪些后果，仍需進(jìn)一步論證。

5 處理措施

(1)將制動(dòng)環(huán)板全部拆除。

(2)將“A”類(lèi)拉緊螺桿和螺母的焊點(diǎn)用砂輪機(jī)打磨掉(圖1)，打磨時(shí)應(yīng)盡量小心不傷及除螺紋外的螺桿本體，被磨削的部分應(yīng)圓滑過(guò)渡不出現(xiàn)劇變或尖角。點(diǎn)焊部位磨削后對(duì)螺桿進(jìn)行PT探傷檢查，確認(rèn)無(wú)裂紋后進(jìn)行了以下處理，如PT檢查發(fā)現(xiàn)螺桿有裂紋，應(yīng)進(jìn)行更換處理。

用千斤頂將“A”類(lèi)螺桿頂起(圖2)，頂起時(shí)可在該螺桿的上端加適當(dāng)?shù)腻N擊等沖擊，使螺母與磁軛之間的間隙為“0”，然后從上側(cè)將“A”類(lèi)螺桿按1 350 N/m擰緊；對(duì)“B”類(lèi)磁軛間無(wú)間隙的螺母，其點(diǎn)焊縫可不作處理。

圖1 點(diǎn)焊示意圖

圖2 間隙調(diào)整示意圖

如果千斤頂將“A”類(lèi)螺桿頂起，則將“A”、“B”2類(lèi)螺桿與螺母的點(diǎn)焊縫全部用打磨機(jī)磨削去除，再全部重新擰緊。

擰緊力矩：在螺栓的上端用設(shè)計(jì)力矩(1 350 N·m)擰緊后，在螺栓的下端先用600 N·m擰一周，再用1 125 N·m擰一周。

磁軛擰緊后，“A”類(lèi)螺桿不再與螺母點(diǎn)焊將“B”類(lèi)螺桿與螺母進(jìn)行點(diǎn)焊。

安裝制動(dòng)環(huán)板。根據(jù)磁軛下側(cè)的平面度情況，適當(dāng)在制動(dòng)環(huán)板和磁軛間加調(diào)整墊，注意制動(dòng)環(huán)的止口應(yīng)緊貼磁軛內(nèi)徑側(cè)。制動(dòng)環(huán)板裝配后，相鄰的高差應(yīng)小于0.3 mm(最大不能超過(guò)0.5 mm)，整周的制動(dòng)環(huán)板的高差小于1 mm(最大不能超過(guò)2 mm)。

制動(dòng)環(huán)板的安裝螺母按規(guī)定力矩把緊后，螺母的止動(dòng)塊一定要放置在外徑側(cè)，先與螺母緊貼，然后再將止動(dòng)塊和制動(dòng)環(huán)焊接。

6 預(yù)防磁軛上升的補(bǔ)強(qiáng)措施

(1)將所有磁極磁軛上端壓板的2-M30螺栓把緊后，將壓板與立筋間焊接；

(2)在制動(dòng)環(huán)板和轉(zhuǎn)子支架下環(huán)板間增設(shè)80

mm×80 mm等高塊(高度根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整)，等高塊調(diào)整就位后與下環(huán)板焊接，保證每塊制動(dòng)板與磁軛底部接觸良好，無(wú)間隙。

7 結(jié) 語(yǔ)

在按上述方案進(jìn)行處理后，再次進(jìn)行了機(jī)械過(guò)速試驗(yàn)檢查，一切正常，說(shuō)明該處理方案是可行的，既縮短了檢修周期，更為重要的是為電廠的安全運(yùn)行提供了保障，創(chuàng)造了更好的經(jīng)濟(jì)效益。該處理方法可為其他電廠處理類(lèi)似情況提供參考。