立式水輪發電機上蓋板零部件脫落原因分析及處理

張志勇，陳中一，張西蘭

（五凌電力三板溪水電廠，貴州 錦屏556500）

1 引言

發電機上蓋板是水輪發電機的主要部件之一，它裝配機組上機架上，位于發電機定、轉子上方，起保護機組和人員安全、隔絕機組運行噪音的作用，是機組的外殼[1]。如果發電機上蓋板零部件在機組運行時發生脫落，輕則造成機組定、轉子絕緣損壞，重則可造成機組發電機掃鏜的嚴重事故，給發電公司帶來巨大經濟損失。

本文分析了三板溪水電廠發電機上蓋板隔音棉支撐網架扁鋼脫落的原因及危害，結合相關理論，發現對工藝流程進行適當優化，進行質量控制可以有效改善缺陷[5-8]。

目前，國內外對于發電機上蓋板的具體研究較少，對其結構形式進行詳細介紹，及對缺陷部位進行具體討論，都可以為探求解決方法提供有效理論基礎，為水輪發電機的穩定運行具有深遠意義。

2 發電機上蓋板結構形式

三板溪水電廠發電機上蓋板安裝直徑為7200 mm，由24塊類似于多邊形的箱體結構拼接而成。單件尺寸較大，單塊重量約290～700 kg。單塊蓋板結構如圖1、圖2所示，由6 mm鋼板焊接在70 mm×50 mm×5 mm矩形鋼管框架上，玻璃纖維隔音棉內嵌于矩形鋼管框架內，隔音棉由鋼絲網和20 mm×6 mm扁鋼網架進行支撐。

圖1 上蓋板結構示意圖

圖2 上蓋板照片

3 缺陷現象

2014年10月19日，三板溪水電廠檢查發現，1號機組發電機上蓋板隔音棉支撐網架-Y方向1處扁鋼由于兩側焊縫開焊脫落（圖3、圖4），造成定子-Y至-X方向匯流排絕緣層4處損傷，損傷最深處約 1 mm（圖 5、圖 6）。

圖3 1號機組發電機上蓋板隔音棉支撐網架缺陷扁鋼脫落部位

圖4 支撐網架缺陷扁鋼脫落后情況

圖5 定子匯流排絕緣層損傷情況

圖6 定子匯流排絕緣層損傷情況

針對此問題，電廠對其他機組進行檢查，發現均存在支撐網架扁鋼焊縫開焊的現象，其中2號機組1處、3號機組2處、4號機組6處，且支撐網架扁鋼焊縫普遍存在虛焊情況。另外發現，發電機上蓋板隔音棉支撐鋼絲網鋼絲直徑過小，經過長時間運行已有少量斷裂，存在鋼絲小段脫落的危險。

4 缺陷原因分析

三板溪水電廠機組發電機上蓋板由鋼板焊接在矩形鋼管框架上，隔音棉內嵌于矩形鋼管框架內，并由鋼絲網和扁鋼網架支撐。由于施工單位在蓋板制造過程中組裝程序為：先由鋼板、矩形鋼管形成框架后鋪設隔音棉、鋼絲網，最后焊接扁鋼支撐網架。在扁鋼支撐網架焊接過程中，施工單位為保護之前安裝的隔音棉和鋼絲網不因焊接高溫而損壞，只能使用小電流焊接扁鋼支撐網架，造成扁鋼焊縫不能完全熔合，存在虛焊缺陷，在機組運行中因低頻振動造成扁鋼焊縫疲勞開焊。

5 缺陷危害

1號機組發電機上蓋板隔音棉支撐網架已出現扁鋼焊縫開焊脫落現象。扁鋼脫落到運行機組轉子上，甩到定子線棒，造成定子匯流排絕緣層損傷，最后甩落到發電機空冷器外側地面上。如扁鋼脫落到發電機空氣間隙內，將造成機組發電機掃鏜的特大事故。

6 處理思路

此缺陷發現后，電廠試圖在現場進行修復處理。但由于隔音棉內嵌于矩形鋼管框架內，在焊接過程中因焊接高溫會造成隔音棉熔縮、鋼絲網斷裂、焊渣飛濺到隔音棉內無法清除等問題，且支撐鋼絲網無法進行更換。

因現場修復困難，無法滿足機組安全可靠運行要求，電廠計劃將機組發電機上蓋板送至專業機械廠進行全面修理。鑒于發電機上蓋板原組裝程序易造成扁鋼支撐網架焊縫虛焊缺陷，修理時將采用以下程序實施組裝：首先在矩形鋼管框架上焊接角鋼支撐網架替代原扁鋼支撐網架，以增加支撐網架剛度及焊接面積；在支撐網架上鋪設沖孔鋼板替代鋼絲網，再鋪設隔音防火材料；最后在矩形鋼管框架上鋪設面板進行焊接。組裝程序對比示意如圖7，修理前后對比示意如圖8。

圖7 組裝程序對比示意圖

圖8 修理前后對比示意圖

7 上蓋板制造質量控制

7.1 下料質量控制

由于單塊蓋板尺寸較大，且形狀為多邊形，故鋼板、鋼板網必須拼料。為了保證拼焊縫間隙及切割邊的質量、下料后板面不變形，鋼板下料應選用激光切割下料。

所有用料必須符合圖樣及相關標準要求，在運輸和制造中要采取措施，防止磕碰、劃傷和變形。下料前核對材質標識，檢查材料外觀質量；下料后的首件必須檢查合格后，方可進行后續下料。

鋼板用料必須平整，全臺都采用同爐同批次的材料。激光切割下料，下料尺寸公差控制在工藝規定以內。

各種材料下料后清理掛渣、毛刺，按規定要求修補打磨下料產生的缺陷。

7.2 裝焊質量控制

焊工需取得相應職業資格證，手工焊時，焊接材料必須選用低氫型焊條，焊條直徑不大于工藝規定。引弧必須有引弧板，不得在產品上直接引弧。

焊前清理干凈焊縫兩側雜質及污漬；焊接環境溫度應不低于10℃；烘焙好的焊條裝在保溫筒中，隨用隨取。

裝配過程及矯正過程中嚴禁直接錘擊零件表面，錘擊點處必須墊上軟墊。

鋼板的拼焊縫間隙理論為零，局部不大于工藝規定。單塊蓋板的尺寸公差、平面度公差嚴格按工藝規定執行。

裝焊后的首件必須檢查，合格后才能進行其他件的生產。

7.3 噴砂及涂底漆質量控制

裝焊好后的蓋板清理焊接飛濺物、焊渣。

噴石英砂除去氧化皮及銹蝕（包括鋼板網），清理干凈后按規范涂刷防銹底漆。

7.4 預裝質量控制

預裝必須是在單件蓋板合格后才能進行。預裝間隙公差嚴格按工藝規定；每塊蓋板之間接縫對齊，接縫錯口不大于工藝規定要求；單塊蓋板的尺寸公差、平面度嚴格按工藝規定執行。

預裝合格后，完成其他零件的裝配及面漆的涂裝。

8 結語

三板溪電廠機組發電機上蓋板由于施工單位在制造過程中組裝程序錯誤，造成1號機組發電機上蓋板隔音棉支撐網架一處扁鋼焊縫開焊脫落，導致定子匯流排絕緣層損傷。檢查其他機組也存在扁鋼焊縫開焊的現象，且扁鋼焊縫普遍存在虛焊問題。另外發現，上蓋板隔音棉支撐鋼絲網鋼絲直徑過小，經過長時間運行已有少量斷裂，存在鋼絲小段脫落的風險。如果扁鋼或鋼絲脫落到發電機空氣間隙內，將造成機組發電機掃鏜的特大事故。

因現場修復無法滿足機組安全可靠運行要求，電廠對機組發電機上蓋板進行全面修理，糾正發電機上蓋板原組裝程序的錯誤，并將隔音棉支撐鋼絲更換為沖孔鋼板。徹底消除扁鋼、鋼絲網脫落導致設備損壞的重大安全隱患。