小型汽轮发电机飞车故障转子修理浅谈

张东波等

摘要：本文结合我厂实际修理实例，对小型汽轮发电机组飞车的原因及危害进行了简要分析，并对损伤的发电机转子修理的实用工艺进行了简单的介绍，最后给出了修理结果。

关键词：小型汽轮发电机 飞车 转子修理

0 引言

发电机非正常停机往往给发电企业造成重大经济损失，发电机快速、可靠修复可以有效减少企业损失[1]。汽轮发电机组飞车故障导致轴系中汽轮发电机[2]转子损伤是小型汽轮发电机典型故障之一。本文结合我厂一台3MW无刷励磁汽轮发电机（QFW-3-2）转子飞车损伤修理实例，对此类汽轮发电机转子故障修理的实用方法进行了简单分析介绍。

1 故障描述

某钢厂高炉煤气余压发电装置（TRT）中汽轮发电机组发生飞车，最高转速达4000r/min，汽轮发电机励磁机扫镗导致发电机转子损伤，其中励磁机扫镗严重，永磁机极靴及磁钢全部碰撞脱落，极靴把紧螺栓全部折断，励磁机定子及永磁机定子破坏严重，基本无法修复。发电机转子及励磁系统返我厂修理。

2 故障原因分析

汽轮发电机机组飞车主要是由于运行中的汽轮发电机组甩负荷导致转子系统超速无法控制而造成的。所谓甩负荷是指汽轮发电机组突然卸掉全部或部分负荷的一种事故现象。甩负荷是造成机组超速的主要因素，超速的结果往往会造成超速保护动作而停机，若超速无法得到有效控制而持续升速，就会造成汽轮发电机组发生飞车，最终毁坏设备。

3 检修要点分析

3.1 汽轮发电机转速升至4000r/min时，离心应力已达到额定转速下的1.74倍，过盈配合的转动部件应力松弛而产生松动及离心应力超过材料的允许强度而在转动部件应力集中区域产生破坏等问题是检查处理的重点[3]。因此需重点检查联轴器、护环、风扇集电环等零部件是否有松动、变形及裂纹等缺陷产生。另外需重点检查转子整体有无明显弯曲变形。

3.2 重点检查转子线圈绝缘状况，并进行必要修复。

4 主要修理工艺措施

4.1 清理：转子返厂时整个表面都是灰尘，在检修前须进行彻底清理，包括转子本体、转子轴各台及各主要零部件（联轴器、风扇、护环、集电环等）表面等。主要使用干净无纺布进行擦拭，对于个别有油污的地方，可蘸无水酒精进行擦洗。

4.2 初步检测：①断开整流盘，测量转子绝缘电阻。一般要求不小于50MΩ。②检查联轴器、风扇、护环及集电环等是否松动、变形或明显缺陷。③测量转子各关键台尺寸：a测量转子轴承台及内外盖台尺寸、圆度，确定是否有显著变形以及能否继续使用。b测量联轴器连接尺寸，包括法兰外径、厚度，联接孔节圆、大小、数量及沉孔尺寸，止口凸凹、大小、深度等。用于设计转子动平衡、超速连接工具。

4.3 拆解：将旋转整流盘、励磁机电枢、集电环等拆除，检查损坏情况，将可以继续使用的清理干净并保存，无法使用的报废处理。

4.4 检查转子变形：转子飞车过程中，过高的转速可能使转子产生无法修复的变形损伤，因此必须精确地测量转子的实际变形状况，并据此制定合适的修理方案。工厂中对转子变形检查一般考核转子各台外圆相对于轴承台的圆跳动，需在合适的高精度卧车上进行。因发电机转子相对较重，一般采用“一卡一托”的装夹方式，即卡转子励端法兰外圆（垫铜皮保护），中心架托瓦托转子汽端轴承台，以两轴承台为基准找正，圆跳动≤0.01mm。找正后用百分表检查转子各关键台（包括轴承台、内外盖台，本体校验槽、护环校验槽、集电环外圆、联轴器法兰外圆及端面）圆跳动，记录跳动高低点位置。为保证检测精度，轴承台及被检测台在支撑及检测前需清理干净，必要时用细砂纸砂光。附表1为此台修理转子跳动检测数据，根据数据分析，转子未发生明显变形。

4.5 转子绝缘修理：根据4.2检测情况，绝缘电阻仅为5MΩ，需修理。根据现场实物分析，绝缘电阻低的主要原因为转子线圈内灰尘过多导致，可靠的修理方案是拆卸护环，对端部线圈进行彻底清理，并进行必要的损伤修复。具体修理措施如下：①为清理转子线圈绝缘，需将联轴器、集电环及绝缘套筒、风扇、护环及护环绝缘全部拆除，并将拆下的零部件油污、灰尘清理干净后保存待用。拆卸时需做好对齐和编号标记，便于后续装配。②两端风扇为焊接结构，需检查飞车超速过程是否对风扇焊缝造成有害损伤，以及有无裂纹产生。我厂一般选用磁粉探伤。经检查，其中一件有裂纹，更换新风扇。③转子线圈绝缘修理：a冲水清洗：对转子线圈绝缘用洁净的高压水进行冲洗。b擦洗：用干净的无纺布蘸无水酒精擦洗转子铁心槽口部分，将能擦洗到的部位清理干净。c烘干：转子进烘干炉烘干，加热工艺参数：100℃～120℃，保温8h～10h。d测量绝缘电阻：转子烘干后，冷却至室温测量转子绝缘电阻，合格后，由电工车间对转子线圈绝缘局部损伤处和引线处进行常规绝缘处理。e半成品试验：作转子匝间及对地耐压试验。试验电压为正常产品的80%。

4.6 转子重新装配：复检绝缘电阻，合格后包护环绝缘、热套护环，装风扇，装励端绝缘套筒、集电环，装配用户联轴器等。装配过程需注意以下两点：①轴伸双斜键需与用户联轴器、轴伸键槽配研接触面积，合格后进行装配。②护环重新套装后，护环与风扇配合端面需车加工，只车端面，不车止口，车平即可。

4.7 车修：①转子上合适卧车，采用“一卡一托”的装夹方式，卡励端法兰（垫铜皮保护），中心架托瓦托转子汽端轴承台，以两轴承台为基准找正，要求圆跳动≤0.01mm。②按最小量光车集电环外圆，粗糙度达到Ra1.6μm以上。③百分表检查联轴器法兰外圆及端面跳动，必要时以高点对刀按最小量车修。④百分表检查转子本体跳动，必要时以高点对刀按最小量车修。⑤重车护环校验槽及本体校验槽（要求车圆）。⑥车修后，用百分表检测并记录以上各台跳动值。

4.8 主机转子动平衡、超速试验：因转子除线圈外各其他主要零部件均被拆卸并重新装配，部分零部件还更换成新的，因此按照相关标准要求，必须对转子重新进行动平衡及超速试验。根据4.2中测量的联轴器连接尺寸，设计制造过渡连接盘，在验站地坑内对接主机转子及试验拖动机，按常规工艺进行转子动平衡、超速试验。

4.9 超速后检查：转子超速后需对转子进行机械及电气检查，看有无损坏及变形情况。其中转子变形情况仍考核各关键台相对于轴承台的圆跳动情况，具体工艺同4.4要求。考虑到修理周期紧张，且转子相对不大、重量较轻，可不拆卸转子，将试验轴承通入高压油，手动盘车转动转子，转动稳定后，用百分表检查转子各台圆跳动。记录数据，查看是否过大，并与超速前数据（4.7测量）进行对比。

4.10 对接励磁机转子，完善转子轴系装配：按常规工艺对接励磁机转子，即装配导电杆、对接励磁机转子、装配旋转整流盘、装配引线槽楔、装配励磁引线及接地检测系统等，完善转子轴系装配。

4.11 转子轴系动平衡、超速试验：因励磁机转子为全新制造，根据相关标准要求，主机转子与励磁机转子对接成整体后，需按常规工艺进行轴系高速动平衡、超速试验。

4.12 出厂试验：①转子绕组对地绝缘电阻检测。②耐压试验，试验电压为正常产品出厂试验电压的80%。③其它常规试验。

5 结束语

本文结合我厂一台3MW汽轮发电机转子飞车故障损伤修理实例，简单分析了汽轮发电机组飞车故障的主要原因及危害，并对具体修理工艺做了简单介绍。修理好的发电机出厂试验各项指标合格，现已在用户现场稳定运行近两年时间，设备状态良好。

参考文献：

[1]程本俊，颜海华，吴亚旗，王文均.25MW汽轮发电机转子接地故障诊断及修复[J].电机技术，2013（2）：50.

[2]汤蕴谬.电机学[M].北京：机械工业出版社2011：237.

[3]何强，雷兴发.汽轮机飞车事故原因分析及对策[J].湖北电力，2001（3）：41.

作者简介：张东波（1984-），男，辽宁鞍山人，2007年毕业于长安大学机械设计制造及其自动化专业，助理工程师，毕业后长期从事高压防爆电机产品工艺及研发工作，现主要从事汽轮发电机产品工艺及研发工作。