立式水輪發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)上蓋板是水輪發(fā)電機(jī)的主要部件之一，它裝配機(jī)組上機(jī)架上，位于發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子上方，起保護(hù)機(jī)組和人員安全、隔絕機(jī)組運行噪音的作用，是機(jī)組的外殼[1]。如果發(fā)電機(jī)上蓋板零部件在機(jī)組運行時發(fā)生脫落，輕則造成機(jī)組定、轉(zhuǎn)子絕緣損壞，重則可造成機(jī)組發(fā)電機(jī)掃鏜的嚴(yán)重事故，給發(fā)電公司帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。

本文分析了三板溪水電廠發(fā)電機(jī)上蓋板隔音棉支撐網(wǎng)架扁鋼脫落的原因及危害，結(jié)合相關(guān)理論，發(fā)現(xiàn)對工藝流程進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，進(jìn)行質(zhì)量控制可以有效改善缺陷[5-8]。

目前，國內(nèi)外對于發(fā)電機(jī)上蓋板的具體研究較少，對其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行詳細(xì)介紹，及對缺陷部位進(jìn)行具體討論，都可以為探求解決方法提供有效理論基礎(chǔ)，為水輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運行具有深遠(yuǎn)意義。

2 發(fā)電機(jī)上蓋板結(jié)構(gòu)形式

三板溪水電廠發(fā)電機(jī)上蓋板安裝直徑為7200 mm，由24塊類似于多邊形的箱體結(jié)構(gòu)拼接而成。單件尺寸較大，單塊重量約290～700 kg。單塊蓋板結(jié)構(gòu)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(nèi)嵌于矩形鋼管框架內(nèi)，隔音棉由鋼絲網(wǎng)和20 mm×6 mm扁鋼網(wǎng)架進(jìn)行支撐。

圖1 上蓋板結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 上蓋板照片

3 缺陷現(xiàn)象

2014年10月19日，三板溪水電廠檢查發(fā)現(xiàn)，1號機(jī)組發(fā)電機(jī)上蓋板隔音棉支撐網(wǎng)架-Y方向1處扁鋼由于兩側(cè)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(jī)組發(fā)電機(jī)上蓋板隔音棉支撐網(wǎng)架缺陷扁鋼脫落部位

圖4 支撐網(wǎng)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(jī)組進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)均存在支撐網(wǎng)架扁鋼焊縫開焊的現(xiàn)象，其中2號機(jī)組1處、3號機(jī)組2處、4號機(jī)組6處，且支撐網(wǎng)架扁鋼焊縫普遍存在虛焊情況。另外發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)上蓋板隔音棉支撐鋼絲網(wǎng)鋼絲直徑過小，經(jīng)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(jī)組發(fā)電機(jī)上蓋板由鋼板焊接在矩形鋼管框架上，隔音棉內(nèi)嵌于矩形鋼管框架內(nèi)，并由鋼絲網(wǎng)和扁鋼網(wǎng)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(shè)隔音棉、鋼絲網(wǎng)，最后焊接扁鋼支撐網(wǎng)架。在扁鋼支撐網(wǎng)架焊接過程中，施工單位為保護(hù)之前安裝的隔音棉和鋼絲網(wǎng)不因焊接高溫而損壞，只能使用小電流焊接扁鋼支撐網(wǎng)架，造成扁鋼焊縫不能完全熔合，存在虛焊缺陷，在機(jī)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(jī)組發(fā)電機(jī)上蓋板隔音棉支撐網(wǎng)架已出現(xiàn)扁鋼焊縫開焊脫落現(xiàn)象。扁鋼脫落到運行機(jī)組轉(zhuǎn)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(fā)電機(jī)空冷器外側(cè)地面上。如扁鋼脫落到發(fā)電機(jī)空氣間隙內(nèi)，將造成機(jī)組發(fā)電機(jī)掃鏜的特大事故。

6 處理思路

此缺陷發(fā)現(xiàn)后，電廠試圖在現(xiàn)場進(jìn)行修復(fù)處理。但由于隔音棉內(nèi)嵌于矩形鋼管框架內(nèi)，在焊接過程中因焊接高溫會造成隔音棉熔縮、鋼絲網(wǎng)斷裂、焊渣飛濺到隔音棉內(nèi)無法清除等問題，且支撐鋼絲網(wǎng)無法進(jìn)行更換。

因現(xiàn)場修復(fù)困難，無法滿足機(jī)組安全可靠運行要求，電廠計劃將機(jī)組發(fā)電機(jī)上蓋板送至專業(yè)機(jī)械廠進(jìn)行全面修理。鑒于發(fā)電機(jī)上蓋板原組裝程序易造成扁鋼支撐網(wǎng)架焊縫虛焊缺陷，修理時將采用以下程序?qū)嵤┙M裝：首先在矩形鋼管框架上焊接角鋼支撐網(wǎng)架替代原扁鋼支撐網(wǎng)架，以增加支撐網(wǎng)架剛度及焊接面積；在支撐網(wǎng)架上鋪設(shè)沖孔鋼板替代鋼絲網(wǎng)，再鋪設(shè)隔音防火材料；最后在矩形鋼管框架上鋪設(shè)面板進(jìn)行焊接。組裝程序?qū)Ρ仁疽馊鐖D7，修理前后對比示意如圖8。

圖7 組裝程序?qū)Ρ仁疽鈭D

圖8 修理前后對比示意圖

7 上蓋板制造質(zhì)量控制

7.1 下料質(zhì)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(wǎng)必須拼料。為了保證拼焊縫間隙及切割邊的質(zhì)量、下料后板面不變形，鋼板下料應(yīng)選用激光切割下料。

所有用料必須符合圖樣及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)標(biāo)識，檢查材料外觀質(zhì)量；下料后的首件必須檢查合格后，方可進(jìn)行后續(xù)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(guī)定以內(nèi)。

各種材料下料后清理掛渣、毛刺，按規(guī)定要求修補(bǔ)打磨下料產(chǎn)生的缺陷。

7.2 裝焊質(zhì)量控制

焊工需取得相應(yīng)職業(yè)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(guī)定。引弧必須有引弧板，不得在產(chǎn)品上直接引弧。

焊前清理干凈焊縫兩側(cè)雜質(zhì)及污漬；焊接環(huán)境溫度應(yīng)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(yán)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(guī)定。單塊蓋板的尺寸公差、平面度公差嚴(yán)格按工藝規(guī)定執(zhí)行。

裝焊后的首件必須檢查，合格后才能進(jìn)行其他件的生產(chǎn)。

7.3 噴砂及涂底漆質(zhì)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(wǎng)），清理干凈后按規(guī)范涂刷防銹底漆。

7.4 預(yù)裝質(zhì)量控制

預(yù)裝必須是在單件蓋板合格后才能進(jìn)行。預(yù)裝間隙公差嚴(yán)格按工藝規(guī)定；每塊蓋板之間接縫對齊，接縫錯口不大于工藝規(guī)定要求；單塊蓋板的尺寸公差、平面度嚴(yán)格按工藝規(guī)定執(zhí)行。

預(yù)裝合格后，完成其他零件的裝配及面漆的涂裝。

8 結(jié)語

三板溪電廠機(jī)組發(fā)電機(jī)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(jī)組發(fā)電機(jī)上蓋板隔音棉支撐網(wǎng)架一處扁鋼焊縫開焊脫落，導(dǎo)致定子匯流排絕緣層損傷。檢查其他機(jī)組也存在扁鋼焊縫開焊的現(xiàn)象，且扁鋼焊縫普遍存在虛焊問題。另外發(fā)現(xiàn)，上蓋板隔音棉支撐鋼絲網(wǎng)鋼絲直徑過小，經(jīng)過長時間運行已有少量斷裂，存在鋼絲小段脫落的風(fēng)險。如果扁鋼或鋼絲脫落到發(fā)電機(jī)空氣間隙內(nèi)，將造成機(jī)組發(fā)電機(jī)掃鏜的特大事故。

因現(xiàn)場修復(fù)無法滿足機(jī)組安全可靠運行要求，電廠對機(jī)組發(fā)電機(jī)上蓋板進(jìn)行全面修理，糾正發(fā)電機(jī)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(wǎng)脫落導(dǎo)致設(shè)備損壞的重大安全隱患。