浅析水轮发电机组制动器停机制动抖动的原因

浅析水轮发电机组制动器停机制动抖动的原因

李泽江 ,李橙

四川省紫坪铺开发有限责任公司，四川 成都 610091

摘  要：本文主要分析了水轮发电机组制动器在停机制动过程中出现的问题及原因，并根据实际情况对制动闸板试验分析，从中得出结论，解决问题，确保机组稳定安全运行。

关键词：制动器；闸板；管路；抖动

1、概述

紫坪铺水电站，总装机4×190MW的混流式机组，每台水轮发电机组安装12台双活塞油气分开气压复位式制动器。发电机采用机械制动系统，当发电机转速下降到额定转速的20%时，利用制动器闸板和制动环之间的摩擦力而达到制动的目的。制动闸板采用新型非金属材料制成，制动器可兼做作油压顶起装置。

2、制动器作用及闸板的基本参数

水轮发电机制动器俗称风闸，制动器由活塞、弹簧、缸体、挡板、制动闸板等组成。在发电机停机过程中当转速降低到额定转速的（推力轴承金属瓦机组为30～40％、推力轴承塑料瓦机组15～25％）时，投入低压气0.7Mpa左右，对机组转子进行连续制动，以避免推力轴承因长时间低速运行油膜无法建立而烧镜板或推力瓦。

非金属闸板主要由丁腈橡胶（增加抗磨性及韧性）、氧化铁（起中合作用）、酸锌（增加强度）、硅石粉（增加耐磨性及冲击性）、针壮粉（增加抗拉力及抗压性能）等配方组成。闸板表面粗糙相当于Ra12.5um；抗强度大于20Mpa,；冲击强度2.5Mpa；布氏硬度为HB25～HB40；浸水24h的吸水率小于0.09%；浸油24h的吸油率小于0.05%；在0.7Mpa气压下连续制动，线速度为20m/s，温度为300℃时，摩擦系数为0.35～0.4；磨耗系数小于0.04mm/h；在300℃时保温30min，没有烧伤、裂纹及永久变形。

3、制动器停机制动存在的问题

2017年1月22日A修后投运，1月25日，首次出现4#机组3#、6#、12#制动器下腔进气管接头焊缝因出现裂纹而漏气；2月1日， 4#机组10#、11#制动器上腔进气管接头焊缝出现裂纹漏气；2月4日， 4#机组6#制动器下腔进气管接头焊缝出现断裂漏气；2月12日，4#机组6#制动器下腔进气管接头焊缝出现裂纹漏气；3月10日，4#机组12#制动器下腔进气管接头焊缝出现断裂漏气；4月14日，4#机组7#、9#、10#制动器下腔进气管接头焊缝出现裂纹漏气。4月20日 ，对4#机组下机架上的焊缝检查，发现9#制动器下机架支腿加强筋板（板厚20mm）的焊缝开裂（裂纹长度右边150mm，左边180mm），6#、7#、10#、12#制动器下机架支腿加强筋板均有不同长度的裂纹（6#裂纹长度左边20mm，右边20mm ；7#裂纹长度左边90mm，右边100mm ；10#裂纹长度左边90mm，右边30mm；12#裂纹长度左边25mm）。

4、制动器抖动的原因

2016年汛后4#机组A修期间，对制动器闸板全部进行了更换，采用的闸板为供货厂家（东电）。检修结束后，自投运30天，4#机组出现了多次因制动闸进气管路接头产生裂纹或断裂而漏气的缺陷。鉴于平凡出现进气管接头产生裂纹或断裂现象，电厂组织人员对4#机组停机时的制动器投入过程进行现场观察，制动器顶起到n≤1%Ne时间为40s。对其余三台机组制动器投入过程中观察，制动器支墩及管路无明显振动，1#机组制动器顶起到n≤1%Ne时间71s，2#机组制动器顶起到n≤1%Ne时间68s，3#机组制动器顶起到n≤1%Ne时间70s。

对4#机组下机架支腿加强筋板焊缝裂纹补焊完后，第一次进行制动投入制动器试验，观察停机时制动闸投入过程，制动器管路在转速下降到n≤1%Ne时，制动器支墩及管路明显抖动，制动器顶起到n≤1%Ne时间45s；第二次试验，对12块制动器闸板表面喷洒少许透平油，转速下降到n≤1%Ne时，过程中制动器及管路无明显抖动，制动器顶起到n≤1%Ne时间为70s。

由上喷洒透平油试验，可推论制动器支墩及其管路振动大的原因，可能为4#机组制动器闸板与转子制动环之间的摩擦系数大，闸板硬度偏大。生产厂家在制造制动器闸板时，考虑风动内会生产油雾现象，闸板在接触透平油后还必须保持足够大的摩擦系数，以满足发电机制动的要求，由于4#机组检修后风洞内没有油雾产生，闸板与制动环板之间可能存在干摩擦。

5、制动器闸板更换

将4#机组12台制动器的闸板更换原检修前的闸板，原闸板表面附着一层薄油泥。更换后进行制动投入制动器试验，观察停机时制动器投入过程，制动器支墩与管路无明显抖动，制动器顶起到n≤1%Ne时间延长至70s。

6、制动器闸板试验

    东电要求供货商将4#机组闸板送样检测，供货商（哈尔滨动力发电配件厂）委托哈尔滨工业大学机电工程学院试验测试。

6.1、试样：风闸制动块第三代材料，无味，土红色试块，表面粗糙度Ra12.5，盘形，平面接触，直径66mm；

6.2、偶件：盘形A3钢质材料，平面接触，表面粗糙度Ra12.5；

6.3、试验条件：

试验机：MG-200高温摩擦磨损试验机；恒温干燥箱；接触面比压：0.7Mpa；接触温度;300℃；接触面状态：干摩擦；相对运动速度：20m/s；磨损测量间隔：5min。

6.4、原始记录和试验现象

   对四组相同的摩擦副（试样/偶件），在上述相同的条件下，进行摩擦磨损试验。试验开始阶段摩擦系数略小，磨损速率较快（属跑合磨损阶段），随着实验时间的延长，钢盘上出现少量磨宵，摩擦系数逐渐增大，待到运行稳定，摩擦系数和磨损率超于稳定。四组试验结果基本一致，说明材料性能的重复性能较好。

   将四组试样置于恒温干燥箱内，温度设置为300℃，保温30min，试验结束后，观察试验表面没有裂纹、烧伤和永久变形。

试验数据记录

试验结果：

该种磨阻材料钢盘在上述条件下的摩擦系数处于0.348～0.389之间，材料的磨损速度率为0.024～0.030mm/h，偶件钢盘表面在试验结果后无明显磨损。

综上述，紫坪铺水电站4#机组检修后，制动器在停机制动过程中抖动的原因，更换的制动闸板摩擦系数接近上限值0.389（标准：0.35～0.4），由于检修后风洞内设备的密封件全部更换，零油雾产生，制动器的闸板与转子制动环板之间摩擦系数增大，制动时间缩短，使制动器支墩及管路抖动。

7、结束语

通过一年时间的运行，再没出现机组停机制动时，制动器进气管接头产生裂纹或断裂现象，确保机组机架安全稳定运行。为杜绝因风洞内环境，影响机组制动的作用，造成机组不安全的运行，建议制动器闸板生产厂家在生产闸板，根据机组运行实际工况进行设计制造。

参考文献：

［1］张诚、陈国庆，水轮发电机组检修［m］，中国电力出版社2012年4月第一版。

［2］JB/T3334.2-2000，水电设备标准汇编-水轮发电机［s］，机械工业出版社，2004.4第一版。

［3］何振强，水轮发电机机组自动的探索与研究［J］，水电站机电技术，2002年第三期。

【作者简介】

李泽江（1974—），男，四川广元人，工程师，主要从事水轮发电机组检修维护

李 橙（1997—），男 ，四川广元人，技术员，主要从事水轮发电机组安装调试