大盈江水電站2#機轉子磁軛螺栓斷裂分析與處理

徐 力

(四川蜀港水電工程技術有限責任公司，四川 成都 610041)

1 概 述

機組轉子由圓盤式轉子中心體、疊片磁軛、磁極等構成。中心體為整體不分瓣結構，在其外圓側疊裝磁軛，磁 軛 內 徑 為3 890 mm，外 徑 為5 349.2 mm，磁軛高度為2 256 mm，掛裝磁極后直徑為6 012 mm；磁軛沖片厚3.2 mm，錯開一個磁極3片一疊，疊裝完成后，插入鉸制螺桿并緊固使其成為一體。

2 事故過程

在2#機轉子進行過速試驗時，當導葉開度為90%、轉速達到480 r/min時迅速關閉了導葉，轉速下降到20%Ne時投入了制動器。在投入制動風閘時聽到異常的響聲，停機后進入機坑檢查，發現轉子磁軛內徑側一根M36×2 403 mm鉸制銷釘螺栓斷裂，斷裂的位置在制動板內的磁軛拉緊螺母處。多數制動風閘的閘板已經掉落，全部制動閘板固定座和粉塵收集罩不同程度地損壞。為了擴大檢查范圍，再次對轉子螺栓進行仔細檢查后發現，另一根斷裂的螺桿只是沒有掉下來。之后，還發現了磁軛沖片擰緊的螺母與磁軛沖片有些螺栓之間出現了間隙。轉子磁軛壓板和制動器撐塊本來在安裝時是沒有間隙的，過速后，經過檢查均發現其有間隙，其中制動器撐塊的最大間隙為2.2 mm，磁軛壓板的間隙經測量最大為0.85 mm。

3 事故現場情況

發生事故后，設計院、設備廠家、監理、施工等各方均派出人員赴現場，對制動板和斷裂的螺桿及螺母進行檢查測量。事故現場情況如下：

(1)從螺桿和螺母的斷裂面看，螺桿是一次性斷裂，斷裂面均勻細密，可以排除疲勞斷裂，故判定螺母是在投入制動時帶入制動板后撕裂的。

(2)從螺桿斷裂處的螺母痕跡看，螺母與孔之間有嚴重的偏心。經檢查，其它幾處也有一定的偏心，但偏心程度相對較小。

(3)制動板上有部分螺母擋塊焊在內徑側和兩側面，而廠家圖紙要求擋塊應焊在外徑側。

(4)從兩根斷裂的螺桿可以看出，斷裂處均在點焊的螺桿處發生。

太湖流域因長期超采深層承壓水已形成我國南方最大的地下水水位降落漏斗群，地面沉降及其所造成的環境災害已十分嚴重，降低了堤壩、閘站等防洪排澇工程標準，防洪能力明顯降低。長期以來的圍湖墾殖和聯圩并圩，致使湖泊等水面積減少，流域濕地退化，生物多樣性和生態穩定性下降。

(5)從兩根斷裂的螺桿位置看，斷裂的部位均發生在制動板的相同位置。

(6)經拆開制動環板檢查后發現，各磁軛拉緊螺桿的螺母與轉子磁軛片部分有間隙，在對1#機進行轉子檢查時發現，這種間隙在把緊磁軛螺栓時是不存在的，故判定產生的間隙是在安裝制動板后才發生的。

4 原因分析

從情況分析和調查結果看主要出現了兩個方面的現象：一是螺桿斷裂；二是拉緊螺桿的螺母與磁軛沖片有間隙。

(1)螺桿斷裂的原因分析。

由于螺桿和螺母實施的是點焊，會造成螺桿材質發生變化，從而降低螺桿強度。

轉子在轉動過程中，由于離心力的作用，整個轉子磁軛會向上升(設計的是浮動磁軛)，而制動板內圈由于制動板撐塊的作用無法跟隨磁軛上升，從而會造成磁軛內徑側螺桿拉伸受力最大；從這一點出發，也可以解釋事故現場情況斷裂的兩根螺桿均發生在內側。

(2)拉緊螺桿的螺母與磁軛沖片存在間隙的原因分析。

在按廠家提供的力矩及伸長量進行安裝后檢查發現，伸長量及力矩均符合設計要求。在安裝完制動環板后，螺母與磁軛沖片間出現間隙，分析其原因是因螺桿的再次拉伸而出現間隙。其實，在安裝過程中就發現了這一現象，在將磁軛上部的拉緊螺桿用設計力矩把緊后，下部的螺母還是松的。由此可見，廠家在設計時沒有考慮到本轉子磁軛較高(2 256 mm)，只強調了螺桿的伸長量而沒有考慮到磁軛片對螺桿的摩擦力，因此，在保證了螺桿的伸長量后，還未能使螺桿拉緊，故在安裝制動板時，將螺桿再次拉伸時產生了間隙。

還有一種可能：就是由于廠家對轉子的磁軛上、下沒有各設計一個壓板，在把緊螺桿時，由于螺母緊縮沖片，使沖片產生局部的波浪度，當擰緊制動環板時，因制動環板是一個平面，在把磁軛沖片的波浪度壓平時，有一些螺母和沖片會出現間隙。

對于調查結果中所提到的部分制動板螺母擋塊沒有焊在外徑側的問題，從第二根斷裂的螺桿看，并不是此原因造成。至于擋塊因沒有焊在外徑側會產生哪些后果，仍需進一步論證。

5 處理措施

(1)將制動環板全部拆除。

(2)將“A”類拉緊螺桿和螺母的焊點用砂輪機打磨掉(圖1)，打磨時應盡量小心不傷及除螺紋外的螺桿本體，被磨削的部分應圓滑過渡不出現劇變或尖角。點焊部位磨削后對螺桿進行PT探傷檢查，確認無裂紋后進行了以下處理，如PT檢查發現螺桿有裂紋，應進行更換處理。

用千斤頂將“A”類螺桿頂起(圖2)，頂起時可在該螺桿的上端加適當的錘擊等沖擊，使螺母與磁軛之間的間隙為“0”，然后從上側將“A”類螺桿按1 350 N/m擰緊；對“B”類磁軛間無間隙的螺母，其點焊縫可不作處理。

圖1 點焊示意圖

圖2 間隙調整示意圖

如果千斤頂將“A”類螺桿頂起，則將“A”、“B”2類螺桿與螺母的點焊縫全部用打磨機磨削去除，再全部重新擰緊。

擰緊力矩：在螺栓的上端用設計力矩(1 350 N·m)擰緊后，在螺栓的下端先用600 N·m擰一周，再用1 125 N·m擰一周。

磁軛擰緊后，“A”類螺桿不再與螺母點焊將“B”類螺桿與螺母進行點焊。

安裝制動環板。根據磁軛下側的平面度情況，適當在制動環板和磁軛間加調整墊，注意制動環的止口應緊貼磁軛內徑側。制動環板裝配后，相鄰的高差應小于0.3 mm(最大不能超過0.5 mm)，整周的制動環板的高差小于1 mm(最大不能超過2 mm)。

制動環板的安裝螺母按規定力矩把緊后，螺母的止動塊一定要放置在外徑側，先與螺母緊貼，然后再將止動塊和制動環焊接。

6 預防磁軛上升的補強措施

(1)將所有磁極磁軛上端壓板的2-M30螺栓把緊后，將壓板與立筋間焊接；

(2)在制動環板和轉子支架下環板間增設80

mm×80 mm等高塊(高度根據實際情況調整)，等高塊調整就位后與下環板焊接，保證每塊制動板與磁軛底部接觸良好，無間隙。

7 結 語

在按上述方案進行處理后，再次進行了機械過速試驗檢查，一切正常，說明該處理方案是可行的，既縮短了檢修周期，更為重要的是為電廠的安全運行提供了保障，創造了更好的經濟效益。該處理方法可為其他電廠處理類似情況提供參考。