何超
大唐湘潭发电有限责任公司,湖南省 湘潭市 411100
摘要:定子铁心松动是水轮发电机在运行过程中较为常见的一类故障。在故障处理时,需要提前查明导致定子铁心松动的具体原因。对于材料本身存在质量缺陷的,或是因为使用年限增加材料老化的,通过更换新的材料可以解决;如果是安装不合格、运行环境差导致的,需要重新进行安装并优化运行流程。在有效解决定子铁心松动问题的基础上,还要尝试运用新技术、新工艺和新材料,预防此类问题的发生,确保水轮发电机始终保持高效、稳定的运行。
关键词:水轮发电机;定子铁芯松动;故障分析
1定子铁心松动的原因分析
1.1材料方面的原因
材料质量不合格,或是不符合使用要求,是造成定子铁心松动的常见原因。早期的水轮发电机定子铁心是以硅钢片为材料经过叠压形成。这些硅钢片的尺寸存在较大的误差,还有就是硅钢片随着使用年限的增加,平整度变差,导致硅钢片之间的间隙增加,难以被压紧,从而造成了定子铁心松动。
1.2设计方面的原因
零件设计不科学,按照设计方案加工制造出来的产品,也会出现各种问题。在定子铁心设计中,可能导致松动的原因有:铁心齿压条的设计强度偏小,在实际运行后,齿压条受到了远超其设计强度的作用力,导致齿压条变形,出现了松动;设计人员没有考虑到拉紧螺栓在实际运行中,会因为受到高温环境影响而发生一定幅度的膨胀。在拉紧螺栓反复多次胀缩之后,也会造成定子铁心松动;定子铁心齿压板的设计不当,齿压板越大,铁心的轴向刚度越强。如果设计的齿压板偏小,也会因为轴向刚度不足而引起铁心松动。
1.3制造方面的原因
定子铁心对精密度有极高的要求,在加工制作时,若生产工艺不过关,很容易留下质量瑕疵,在投入使用后有较大概率发生铁心松动故障。例如,硅钢片在冲剪之后,省略了毛刺去除工艺,导致硅钢片边缘部位存在毛刺,也会影响叠压效果;通风槽钢采用焊接方式固定,焊接质量差,存在焊瘤、焊渣,或是焊接热变形等;定子冲片喷涂绝缘漆时,漆的厚度不一致,或是喷涂工艺差,导致漆膜收缩率不一致等。这些生产制造中出现的问题,都会在不同程度上影响定子铁心质量,增加出现松动故障的概率。
1.4安装方面的原因
水电站现场安装水轮发电机时,由于安装过程中管控不到位,留下的质量问题导致定子铁心松动。例如铁心叠片时,冲片之间存在较大的间隙,无法将其压紧。后期运行一段时间后,这些间隙的存在会导致定子铁心发生松动。还有就是对于误差的控制不够严格,包括齿压板之间实际高度差超出允许范围,以及定位肋板之间的弦距偏差过大等,也是在安装环节导致定子铁心发生松动的一方面原因。
1.5运行方面的原因
水轮发电机投入运行后,如果长时间处于不良环境下运行,也会加速定子铁心发生松动的概率。常见的不良环境有:高负荷运行导致定子铁心的温度升高,且持续时间较长。久而久之,因为发生热疲劳会导致铁心松动;水电站因为调频、调峰的需要,导致发电机频繁启停,定子提心的温度在短时间内反复的升高、降低,多次热胀冷缩之后也会加速出现松动故障。
近年来,随着用电需求增加,水电站的水轮发电机也经常处于超负荷运行状态,这种情况下定子铁心也有更高的概率发生包括松动在内的多种故障。
2定子铁心松动的处理方法
2.1局部松动的处理
对于发生局部、轻微松动的定子铁心,可以尝试定子铁心取出,然后在松动部位滴加适量的汽油,然后使用干净抹布,或是砂纸,将该部位积累的油垢和存在的锈迹全部擦除。随后再换用干净的纱布,将剩余的油渍清理干净。用工具将冲片撬开,观察冲片是否存在防锈漆剥落等情况。如果有,需要重新涂刷防锈漆。根据松动情况,嵌入几片云母片,使用环氧树脂漆进行粘接,最后重新固定,可以解决局部松动问题。如果是定子铁心的两端发生了松动,选择一片一定厚度的钢板,通过打磨或裁切的方式,将其制作成楔子形,放置在压指与铁心的中间部位,用工具轻轻敲打,使其嵌入内部,检查松动问题解决后,采用焊接的方式进行固定。定子局部松动问题,可以通过常规的养护、检修及时发现,进而采取相应的处理措施加以解决,通常不会对发电机的正常运行造成影响。
2.2整体松动的处理
定子铁心整体松动对发电机的运行安全有严重影响,要引起重视。检修人员可以逐一检查拉紧螺栓是否拧紧,对于未拧紧的,需要全部重新拧紧。拉紧螺栓是压紧铁心的关键,全部紧固之后可以有效解决定子铁心整体松动的问题。需要注意的是,由于铁心是采用叠压方式组成,而多个冲片叠加后,其波浪度误差会有叠加放大的情况。因此,应当在铁心冲片压紧之后,统一测量波浪度的误差,控制在标准值的10mm以内。如果采取了上述措施,定子铁心整体松动的情况没有明显改观,可以全部拆除并重新叠装。重装时分别检测冲片的表面平整度,如果有不符合要求的,需要替换成新的标准冲片。重装完成并压紧之后,定子铁心松动问题可以得到有效解决。
3水轮发电机定子铁心松动的预防措施
为了不影响水电站的正常运营和经济效益,除了要在问题发生后及时分析原因、采取有效措施加以解决外,还是要做到预防为主,尽量降低发生铁心松动问题的概率。在生产制造过程中,可以紧跟行业、技术的发展,选择新工艺、新技术和新材料。例如,可以使用新型碟形弹簧来防止铁心松动。根据上文分析可知,铁心长期处于高温环境下,是诱发铁心松动的重要原因。而定子铁心碟形弹簧压紧结构,在拉紧螺栓的下游侧放置蝶形弹簧,使用螺母将碟形弹簧、上下齿压板、铁心扇形片压紧,在实际应用中取得了良好的紧固效果。除此之外,像创新铁心叠片方法、应用新的固定工艺、选择更高强度的拉紧螺杆等,都是预防定子铁心出现松动的有效方法。以定子铁心叠片方式为例,传统工艺中,将冲片分别叠加之后,再统一进行压紧;在经过工艺改良之后,采用机械全自动叠压。每叠加一个冲片,进行一次误差测量,确保所有冲片全部叠压完成后,最大误差仍然能够控制在允许范围之内。通过坚持创新,革新工艺,切实保障水轮发电机的稳定、高效运行。
结语
随着使用年限的增加,水轮发电机容易因为定子铁心松动而影响其正常运行。导致定子铁心松动的原因是多方面的,除了设计方面、制造方面的原因外,运行环境、安装不当等,也都会导致这一问题的出现。技术人员需要首先判定问题原因,然后制定针对性的处理方案,在完成处理后还要通过试运行观察问题是否得到处理,确保水轮发电机的稳定和安全运行。
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