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水轮发电机立式小挡风板损坏的原因分析 |
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| 水轮发电机立式小挡风板损坏的原因分析 |
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作者：佚名 文章来源：技术论文 点击数： 更新时间：2008-10-13 8:56:59  |
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乌溪江水电厂坝后扩容的水轮发电机组容量为100 MW，在试运行期间曾发现发电机的上部立式小挡风板普遍出现裂缝，并有少量连接螺丝被剪断，断落的螺丝在机组运转时损坏了定子线圈的主绝缘，试运行后立即对机组进行了相应处理。
1 挡风板在通风系统中的位置和作用
该发电机的冷却方式为双路密闭循环通风冷却，转子支架为园盘形，由钢板焊成，本身就是通风系统中的压头元件，与磁轭、磁极等部件一起发挥冷却通风作用。当园盘式转子支架转动时，空气由园盘式转子支架的上部与下部的孔内被吸入，在离心力的作用下，由安装在磁轭上的通风道吹向定子铁心和线圈。磁轭通风道的布置为转子上、下两端各布置一个通风道，高度为60mm；磁轭中部沿高度均匀布置7个通风道，每个通风道的高度为30 mm。
在发电机的定、转子上、下方装有水平挡风板，构成密闭空间，经过定子上、下端部的热风与经过定子铁心和线圈的热风均进入空气冷却器，经过冷却后的空气分别经过上、下通风道再进入到转子的上、下两侧，空气被吸入后形成密闭循环。
立式小挡风板分上、下两排，分别安装在水平挡风板上，与机组转动部分保持60 mm距离。立式小挡风板整体形状为锥形，由多块挡风板组合而成，用螺丝固定在水平挡风板的端部，小挡风板之间也用螺丝连接。每块立式小挡风板上开有4个园孔，可以在挡风的同时通过一小部分气流。
按其布置位置和结构型式可推断立式小挡风板作用应是使通风气流集中冷却定了铁心和线圈，而仅允许从立式小挡风板的通气孔口通过一小部分气流来冷却定子线圈端部和汇流排，并防止使过分强烈的气流在水平通风板的拐角处（指定子机座上、下两端部）形成空气紊流，以提高通风效率。
2 挡风板的损坏形式和处理 机组试运行后，在发电机内部发现上部立式小挡风板普遍产生裂缝，裂缝由边界开始向内发展，均为穿透性裂缝。而下部立式小挡风板基本无损坏。有2只立式小挡风板的固定螺丝被通风气的冲击力剪断，除水平通风板上部还有断裂螺丝的残存部分外，断落的螺丝随气流飞出，碰伤了定子线圈上端部的主绝缘，在机组运行旋转过程中又进入定子与转子之间的空气间隙，最后跌落在下部水平挡风板上。在硬物滚动下落过程中，定子铁芯表面有数处被碰伤和挤压，较为严重的一处有12层定子铁心叠片表面因挤压使绝缘漆脱落，使铁芯表面变形、粘连，检查定子线圈上端部有7根线圈主绝缘损伤，损伤最深的为主绝缘厚度的1／3，其余的线圈主绝缘损伤程度在0．5～1．0 mm之间，转子磁极表面也有损坏。
因定子线圈主绝缘直接受到损伤，试运行后吊出转子，进行定子更换线圈处理。定子铁芯损伤表面用刀片刮干净和清理片间毛刺后重新涂漆，以保持片间绝缘。转子磁极表面脱漆处作补漆处理。制造单位得知此情况后通知拆除全部立式小挡风板，但没有对拆除立式小挡风板后的通风效果作进一步的核算和说明。
3 挡风板损坏原因分析
3．1通风作用力的影响
发电机通风设计利用园盘形转子支架作为压头部件，风路较顺而短，风损小，通风效果明显。相比之下，转子上部比转子下部通风条件较为优越，在上部通风途径中没有障碍物，在下部通风途径中有制动器、下机架推力轴承等部件影响，通风阻力较大，下部通风量要小于上部通风量。
在磁轭上，除磁轭中部有7道30 mm高的通风道外，磁轭两端还有高度为60 mm的通风道各1个，通风道的高度总尺寸为2×60＋7×30＝330mm，磁轭总高度（包括两端磁轭压板、风道和全部磁轭冲片）为2810 mm，通风道的高度占磁轭总高度的15．1％左右，通风道的设计占了转子磁轭的相当部分，通风量和通风作用力大，尤其是磁轭端部的通风量和通风力相对磁轭中部显得更为巨大。
按机组容量比较，乌溪江扩容机组小得多，但风道总高度尺寸和转速较大，通风作用力十分巨大。
3．2挡风板安装位置的影响
立式小挡风板固定在水平挡风板的转角处，正好处于转子端部通风道的出口，是端部通风的第一阻力部件。风量受挡风板限制而集中转向定子铁芯端部，挡风板相应受到最大的冲击力。挡风板系分块结构，小挡风板用2个螺丝连接，每块小挡风板与水平挡风板之间也用螺丝连接，整体性刚度差，块与块之间受力不均衡，因而连接螺丝受力也不均匀，有可能局部螺丝先损坏。
比较水轮发电机的其它典型通风形式，凡有立式挡风板设计的机组，立式挡风板的位置部不在通风道的出口，一般向转动中心线位置靠近，大约在磁轭中部，起到隔离通风区与回风区的作用，并不是真正挡风，也不受风力的直接冲击力。详见图2所示。
在新型的园盘式转子支架的密闭循环通风系统中，不设立式挡风板，水平式挡风板一直伸到定子内径附近，定子线圈端部设挡风圈，控制气流只在定子铁心范围，水平挡风板的上部或下部
仅作为回风道，经过空气冷却器冷却后的气流在回风途中同时冷却了定子线圈端部和汇流排，再被转子园盘支架中部吸入。
3．3挡风板上通气孔的影响
每块立式小挡风板上开有4个通风孔，通风孔通过的一部分风量去冷却定子线圈端部和汇流排，同时也相应减少一些冲击力，但实际效果是这部分风量通过通风孔时、孔前后风压不平衡，产生空气紊流和无规则的强烈振动，振动的结果是上部立式小挡风板产生了严重的裂缝。因转子上部通风量和下部通风量有所差别，在这次检查中，下部立式小挡风板尚没有发现损坏。
据悉，与乌溪江水电厂扩容机组容量和型式相同的另一台水轮发电机已在1995年投运发电，该机组在安装前对立式小挡风板的作用和后果有所异议，当时就没有装设上部立式小挡风板，只安装了下部立式小挡风板。运行1年后检修时，发现了下部立式小挡风板产生裂缝并及时进行拆除。可见，在这样的安装位置布置立式小挡风板，不论其位置是在上部还是在下部，因强烈振动造成损坏是必然要发生的。上部立式小挡风板损坏会造成设备事故扩大，对机组的安全运行威胁更大。
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小结
立式小挡风板的损坏起因于安装位置不当，立式小挡风板在强劲的通风途径上，易产生强烈的振动，加之结构本身薄弱，造成了结构性损坏。
立式小挡风板拆除以后，由于原设计通风量大，同时原水平挡风板设计结构比较合理，虽然水平挡风板离机组转动部分距离较大，通风效率不高，但对机组密闭循环通风系统整体运行没有产生不良影响，各部温度与拆除立式小挡风板之前相比也没有发生变化。由于上部立式小挡风板位于转动部件之上，它的拆除反而增强了运行的可靠性。
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