石塘电站 3号机转子磁极拉紧装置缺陷分析处理

石塘电站 3号机转子磁极拉紧装置缺陷分析处理

王宁

国网浙江省电力有限公司紧水滩水力发电厂 浙江省丽水市 323000

摘　要：本文主要阐述石塘电站3号机改造时检查转子磁极发现拉紧装置螺帽焊缝开裂，介绍了对拉紧螺杆进行预紧力检查，扭矩计算后处理情况以及后期运行检查结果。

关键词：转子 磁极 拉紧装置 焊缝

1 概述

石塘电站3号机发电机转子是由杭州发电设备厂制造，总重138.5t，转子磁极共40只，投运时间1988年，至今以运行29年。

石塘电站3号机投运以来共进行了3次A级检修，此次A级检修于2016年12月20日开始，由于水轮机叶片存在汽蚀，故更换水轮机及相关部件。转子按计划于2016年12月27日下午解体吊出，吊出后，根据检修要求，对转子的磁极、轮毂、轮辐等处进行了检查，并重点检查了相关焊缝；对组合螺栓、磁轭键、磁极键等检查。检查发现拉紧装置螺杆螺帽与磁轭压板处焊缝存在开裂，针对裂纹进行了着色探伤，探伤结果为焊缝疲劳裂纹，为了查明裂纹对拉紧螺杆扭矩及其它部件是否有影响，针对性的对轮毂、轮辐、制动环进行超声波探伤，未见其他异常，拉紧螺杆扭矩未发生变化。

2 转子检查

发现裂纹后，针对转子进行了全面的检查，用扭矩扳手检查拉紧螺杆无松动，拉紧螺杆无损检测未发现螺杆断裂等问题。转子支臂焊缝无开裂，磁极键无松动、下沉等。制动环无损检测发现有龟裂，龟裂范围不大，深度不影响制动环安全运行。

3 拉紧装置紧固螺帽锁定焊缝开裂检查

（1）外观检查，检查时针对焊缝开裂情况，通过肉眼对螺帽焊缝进行了第一遍检查，检查时做标记，第二遍针对检查结果，为了防止遗漏，对未检查出裂纹的焊缝进行了仔细观察，并对疑似开裂的焊缝打磨油漆检查。对一些难以发现的部位和螺帽焊缝进行了重点检查，检查完毕后对石塘3号机转子拉紧螺杆螺帽焊缝开裂情况有了初步的判断，共检查出37个螺帽焊缝存在开裂，且都为单边开裂。

初步检查完后，对存在焊缝开裂情况的螺帽进行统计，见附图。

（2）敲击检查，检查时用榔头敲击螺帽、螺杆未发现有螺帽和螺杆松动，螺帽未发现有转动。

（3）无损检测（PT检查）为了对焊缝的开裂严重程度，及裂纹的深度、走向等进行分析，委托金属检测人员进行了探伤，首先选取了5只螺帽（其中1只为没有焊缝开裂，以进行对比），其中4只为检查出单边开裂，1只为正常螺帽。位置分别为11号磁极左中、12号磁极左下、15号磁极左中、20号磁极右下、39号磁极左中（以人站在转子上为基准），将焊缝表面油漆通过打磨等方式去除，进行焊缝检查，接着用角磨机对焊缝打磨一半深度，进行探伤，如图1所示。

图1 探伤

（4）力矩检查

渗透探伤后，发现焊缝裂纹都为贯穿性裂纹，考虑锁定焊缝贯穿后将可能导致螺帽松动、螺杆转动，从而影响到拉紧螺杆螺帽预紧力，因此，对拉紧螺杆预紧力矩进行了检查。

根据拧紧力矩计算公式 T=KFd（N.mm） K拧紧力矩系数，取1.8，d螺纹公称直径，F预紧力。预紧力按照螺纹底径处的应力达到1145kg/cm2（即按每颗螺杆的轴向力9020kg）考虑，螺帽为M36，计算拧紧力矩如下

T=KFd（N.mm）=9020*9.8*0.18*36（N.mm）=572806（N.mm）=572.8（N.m）

计算出拧紧力矩后，将螺帽两侧焊缝全部磨掉，对打磨出的螺帽进行拧紧力矩检查。1月20日首先打磨出20号磁极右下、39号磁极左中（为正常无开裂螺帽）螺帽，根据计算出的拧紧力矩572.8N.m，先从400N.m开始，以25N.m为一档，逐步加大拧紧力矩，加大到500N.m时，两只螺帽都出现了转动，角度大概为30°左右，再逐渐加大力矩，螺帽无转动，最终加大到600N.m螺帽无转动。

1月22日上午，根据要求，对剩余的11号磁极中、12号磁极左下、15号磁极左中螺帽处焊缝进行打磨，打磨掉焊缝后，用扭矩扳手检查拧紧情况，从450N.m开始25N.m一档逐渐加大力矩，其中11号磁极左中螺帽、15号磁极左中螺帽在500N.m时出现了轻微转动，角度很小无法估计，可见螺帽底部油漆印记，继续加大力矩无转动，最终力矩到575N.m无转动。12号磁极左下螺帽始终无转动。

结论：

根据检查结果分析，拉紧螺杆螺帽与磁轭压板焊缝开裂并没有造成螺帽松动，预紧力矩变小等情况

根据焊缝开裂情况和焊缝开裂打磨后观察，应为螺帽焊缝内应力释放导致裂纹。检查上轮大修总结，未发现有记录拉紧装置焊缝开裂现象，考虑到每次A级检修针对转子都会进行清扫喷漆，即便有裂纹也会被喷漆覆盖。内应力释放导致的裂纹从时间看应为近十年产生，喷漆后漆膜从裂纹处断开，待漆膜完全干透，裂纹能通过肉眼发现。

拉紧装置螺帽焊缝都为单边开裂，因此未导致扭矩变化，分析原因应为焊工施工时工艺未严格按照焊接工艺指导施工所致。

4 拉紧装置紧固螺帽锁定焊缝开裂的处理

根据上述详细检查过程，拉紧螺杆螺帽虽有裂纹，但并未松动，扭矩也没有发生变化，拉紧螺杆无异常。焊缝开裂为应力释放。处理拉紧螺杆焊缝，首先对转子采取防护措施，用防火垫对需要打磨的焊缝周边进行覆盖，防止打磨或者焊接的金属碎屑进入转子内部造成短路。再用角向磨光机把焊缝打磨清根，打磨到漏出螺帽和盖板母材，将焊材打磨干净无焊接材料残留。再将焊机电流等调整至合适参数，焊条等焊接材料事先干燥充分。对打磨出的位置堆焊三次，保证焊接质量，补焊完成后对补焊焊缝进行了外观检查和着色探伤，未见异常。全部焊接完毕后针对转子进行彻底清扫，并用大功率吸尘器对焊接部位进行清扫，保证无焊渣残留。

5 拉紧装置紧固螺帽处理后检查

3号机改造完毕后转子吊回机坑，吊回后首先对拉紧装置进行外观检查，无异常后对补焊焊缝标记。3号机修后试验包括机组变转速试验、过速试验、变负荷试验、甩负荷试验。起重过速试验和甩负荷试验可能对转子造成影响，按照试验要求甩负荷试验后应进行内部检查。机组甩负荷试验后技术人员进入发电机内部检查转子拉紧装置焊缝未见裂纹，制动块固定牢固，磁极键无松动，磁极固定牢固。

6 总结

本文介绍了石塘电站3号机转子拉紧装置缺陷分析及处理过程，主要介绍了对拉紧螺杆螺帽焊缝的探伤检查和扭矩计算验证，经过对缺陷的处理，3号机在运行半年后对转子进行检查未发现拉紧装置缺陷。通过此次检查发现的问题，针对石塘电站另外两台机组在下次检修时应着重检查转子拉紧装置是否有类似缺陷，避免转子拉紧装置出现更大安全隐患。

参考文献：

[1]赵政.发电电动机的安全稳定运行[J].大电机技术,2011(03):13-16.

[2]刘公直.大型发电电动机国产化的战略部署[J].大电机技术,2005(03):1-4.