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国产200MW氢冷发电机转子护环裂纹原因浅析及预防对策 |
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| 国产200MW氢冷发电机转子护环裂纹原因浅析及预防对策 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:22:49  |
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摘要：从材质、运行环境、检修工艺等多个方面对国产200MW氢冷发电机转子护环产生裂纹的原因进行了分析，并据此提出了相应的预防对策，对预防转子护环裂纹的产生和扩大以及提高机组运行的安全可靠性，都具有重要的意义。
关键词：护环 裂纹 分析 防范
1 前言
我厂#5--#8四台200MW汽轮发电机，均为四川东方电机厂生产，分别于一九八五年至一九八七年间投入生产运行。这四台机组都是采用水-氢-氢的冷却方式，即发电机定子线圈采用冷却水冷却，定子铁芯及转子采用氢气进行冷却，工作中的冷却氢气额定运行参数如下：工作氢压为0.3MPa,冷却氢气用量为35m3/s,氢气纯度要求不小于96%，氢气湿度要求在0. 3MPa下不大于10g/ m3,进风温度要求35~40摄氏度，机内充气容积为83 m3。
二零零零年一月，我厂进行八号发电机组大修，在抽出发电机转子，扒下转子两侧大护环进行金属探伤时，发现励侧护环键槽内有细小裂纹五处，其中两处用角磨机打磨掉20mm后，裂纹依然未能磨掉，而护环键槽壁厚仅45mm，只好更换一个新护环。二零零一年四月，我厂进行五号发电机的大修工作时，又一次发现同样的问题，此次在转子励侧大护环上更是发现七处裂纹，其中一处打磨掉25mm后，裂纹依旧清晰可见，再次更换一个新护环。这两次均因临时决定购买，不但影响了检修工期，且多支出检修费用计六十余万元，增加了检修的成本。这些情况都给我们的检修工作带来较大的影响，造成工作被动。因此，探寻发电机转子护环裂纹产生的原因，进而作好预防措施，对我们的安全生产就显得非常必要。那么，护环裂纹的产生主要是由于哪些方面的原因呢？
2 产生裂纹的原因分析
造成护环产生裂纹的原因是多方面的，详细分析起来主要因素有以下几个方面：
2.1 护环材质不好，使其易产生裂纹
发电机转子在运行中处于高速旋转的状态，护环则要承受极大的电磁力及旋转离心力的作用，再加上护环的运行环境是长期处于高温、潮湿，极易造成护环裂纹的产生，因而对护环的机械强度及韧性都要求比较高。我们的机组全部使用的是18Mn5Cr奥氏体钢材质的护环，因为专业知识的限制，我对这种材质的性能并不太了解，但是根据一些资料的介绍来看，这种材质的钢在相对湿度大于50%的潮湿环境中，其抗应力腐蚀性能变差，显然不能完全满足安全生产上的要求，目前这种材质的护环已经处于逐步淘汰的阶段。
2.2 机内氢气湿度太大
氢气湿度太大，对护环造成的影响是很大的。我们的机组，由于存在着密封油向机内渗漏的现象，而油中又含有大量的水份，造成发电机内的湿度很大，护环的运行环境恶劣，对护环的金属性能产生一定的影响，促使了裂纹的产生和扩大。
2.3 套、扒护环时的加热方法不当
目前，我们在进行转子护环的套、扒工作时，一般均采用气焊加热的方法，判断加热温度是否足够，也是利用敲击听声音变化、锡条能否熔化等方法来进行判断，这种方法完全是由人工操作，并且更多的是依靠经验判断，因此，外界的干扰因素也就比较多。加热温度不均匀，长时间的在一点进行加热，操作不熟练，温度控制不当，套、扒护环的专用工具使用方法不当，经验比较欠缺等等，任何一点不利的因素，不仅造成了我们工作难度的增大，而且能使护环原有的裂纹扩大，对护环造成较大的损害。
2.4 对护环的加热次数太多
环状的金属物体，都具有一个共性，就是每一次加热后，在冷却时，其径向都会有微小的收缩。我们每扒、套一次，就要对护环进行两次加热，护环内径比上一次有所收缩，造成护环与转子本体结合应力增大，增加了下次扒的难度，下次就必须加热到比上次更高的温度，如此形成一个恶性的循环，对套、扒护环的加热温度要求会越来越高，对护环造成的损害也是显而易见的。
3 制定相应的防范措施
既然我们已经分析出导致护环产生裂纹的几个因素，我们就可以从这几个方面入手，制定出相应的对策。
3.1 将备用护环更换为新型材质的护环
据有关资料介绍，目前国内外的电机制造厂家已在采用18Mn18Cr材质的护环替代原18Mn5Cr奥氏体钢材质的护环，这种18Mn18Cr材质，不论是在机械强度、硬度还是在韧性方面，都要比18Mn5Cr奥氏体钢材质更适合于作为制造发电机转子护环的材料，也使机组运行的安全可靠性上了一个新台阶。几年来，在装设18Mn18Cr钢护环的发电机中，未曾看到有因应力腐蚀而造成护环裂损的报到。实践证明，这种材质应用于发电机护环上是成功的。
3.2 加装氢气去湿干燥器；进行密封油系统的改造
从一九九八年六月，我厂制氢站分子筛干燥器投入运行，随后在我厂这四台200MW发电机组的大修过程中，陆续给其加装了氢气去湿装置及冷凝式氢气干燥器，使机内氢气湿度由11－12g /m3下降到8.5 g /m3,达到标准要求。另外，在结合发电机组增容改造过程中，对发电机密封油系统进行改造，使空、氢侧密封油压分开控制；对汽轮机密封系统改造，实现了运行中汽封供、泄汽的自动调整，保证汽封母管压力能维持在0.020-0.035MPa（表压），减少了透平油的含水量；加装油水分离机在线运行，减少润滑油中水份含量。所有的这些工作，使我厂的发电机氢气湿度超标治理工作取得了较大的成效，不仅延长了护环的使用寿命，对发电机定子、转子线圈绝缘也非常的有利。
3.3 加强技术培训，采用正确的加热方法
首先，加热过程中必须严格控制加热温度。加热温度不够将增加拆、装的难度，温度过高会影响材质的金属特性。因此，对温度的控制应当尽量准确一些，应尽量使用红外线测温仪对加热温度进行控制。加热温度△t由下面的公式求出：
△t = △d , △d =δmax +△δ
dβ
式中：δmax = 转子本体嵌装面直径 - 护环嵌装面直径
△δ- 热套余量 β- 材料膨胀系数
d - 转子本体嵌装面直径
其次，加热过程中应注意绝对不允许将焊把停留在一点加热，防止护环局部过热变色；加热时尽量利用中火焰加热；在划分烤区时，下部的烤区要大一些，因为热量向上散发；当表面温度接近要求时，火力应迅速集中到嵌装面处；工作场所应尽量减少空气流动，防止停止加热时护环温度下降太快。护环扒下后，应作好保温措施，用石棉布将其裹住，使其自然冷却，防止因热冷不均而使其变形。
另外，加强对职工的技能培训，使职工掌握套、扒护环的正确方法，会熟练使用套、扒护环的专用工具，在工作中做到配合默契，有条不斋，这不但能提高工作效率，还能减小对护环的损伤，并能保证工作人员不被灼伤。
3.4 制定科学的检修计划，尽量减少扒护环的次数。
每次将护环的加热过程，对护环都是一种很大的损伤。因此，我们应制定出科学的检修计划，在检修中完善试验方法，充分依据转子的各项电气试验数据及金属探伤试验报告，做出事实求是的分析，尽量减少扒护环的次数。
4 遗留问题
在分析护环裂纹问题的过程中，我们发现两个有裂纹的护环均是励侧护环，汽侧护环完好无缺，这是一种巧合呢，还是因为发电机结构及电磁力对护环的影响造成裂纹的产生？由于自身知识的局限性，目前尚无法做出定论，希望能得到相关方面专家的进一步指点。
5 结束语
国产200MW氢冷发电机转子护环裂纹产生的原因，是一个非常复杂的问题，牵涉到电气、汽机、化学、金属材料等多个专业，要对其作出全面、细致的分析，并不是一件容易的事情，要做好全面的预防措施，也需要多个专业的密切配合和共同攻关方能奏效。但随着对机组现代化改造的进一步加大，随着高新技术、设备在运行监控和检修过程中的应用，随着检修工艺水平的进一步提高，我们对各个环节的处理会越来越完善，这个问题将得到逐步的解决，机组运行的安全可靠性也将越来越高。
[参考文献]
[1] 赵庶佳 《电机检修及维护判断》
[2] 洪鼎华 《氢冷发电机氢气湿度超标治》
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