国产200MW 氢冷发电机转子护环裂纹原因浅析及预防对策

      作者：薛丰

      摘要：从材质、运行环境、检修工艺等多个方面对国产200MW 氢冷发电机
转子护环产生裂纹的原因进行了分析，并据此提出了相应的预防对策，对预防转
子护环裂纹的产生和扩大以及提高机组运行的安全可靠性，都具有重要的意义。

      关键词：护环　裂纹　分析　防范1 　前言我厂#5——#8四台200MW 汽轮
发电机，均为四川东方电机厂生产，分别于一九八五年至一九八七年间投入生产
运行。这四台机组都是采用水- 氢- 氢的冷却方式，即发电机定子线圈采用冷却
水冷却，定子铁芯及转子采用氢气进行冷却，工作中的冷却氢气额定运行参数如
下：工作氢压为0.3MPa，冷却氢气用量为35m3/s，氢气纯度要求不小于96% ，氢
气湿度要求在0. 3MPa 下不大于10g/ m3 ，进风温度要求35~40 摄氏度，机内充
气容积为83 m3.二零零零年一月，我厂进行八号发电机组大修，在抽出发电机转
子，扒下转子两侧大护环进行金属探伤时，发现励侧护环键槽内有细小裂纹五处，
其中两处用角磨机打磨掉20mm后，裂纹依然未能磨掉，而护环键槽壁厚仅45mm，
只好更换一个新护环。二零零一年四月，我厂进行五号发电机的大修工作时，又
一次发现同样的问题，此次在转子励侧大护环上更是发现七处裂纹，其中一处打
磨掉25mm后，裂纹依旧清晰可见，再次更换一个新护环。这两次均因临时决定购
买，不但影响了检修工期，且多支出检修费用计六十余万元，增加了检修的成本。
这些情况都给我们的检修工作带来较大的影响，造成工作被动。因此，探寻发电
机转子护环裂纹产生的原因，进而作好预防措施，对我们的安全生产就显得非常
必要。那么，护环裂纹的产生主要是由于哪些方面的原因呢？

      2 　产生裂纹的原因分析造成护环产生裂纹的原因是多方面的，详细分析
起来主要因素有以下几个方面：2.1 　护环材质不好，使其易产生裂纹发电机转
子在运行中处于高速旋转的状态，护环则要承受极大的电磁力及旋转离心力的作
用，再加上护环的运行环境是长期处于高温、潮湿，极易造成护环裂纹的产生，
因而对护环的机械强度及韧性都要求比较高。我们的机组全部使用的是18Mn5Cr
奥氏体钢材质的护环，因为专业知识的限制，我对这种材质的性能并不太了解，
但是根据一些资料的介绍来看，这种材质的钢在相对湿度大于50% 的潮湿环境中，
其抗应力腐蚀性能变差，显然不能完全满足安全生产上的要求，目前这种材质的
护环已经处于逐步淘汰的阶段。

      2.2 　机内氢气湿度太大氢气湿度太大，对护环造成的影响是很大的。我
们的机组，由于存在着密封油向机内渗漏的现象，而油中又含有大量的水份，造
成发电机内的湿度很大，护环的运行环境恶劣，对护环的金属性能产生一定的影
响，促使了裂纹的产生和扩大。

      2.3 　套、扒护环时的加热方法不当目前，我们在进行转子护环的套、扒
工作时，一般均采用气焊加热的方法，判断加热温度是否足够，也是利用敲击听
声音变化、锡条能否熔化等方法来进行判断，这种方法完全是由人工操作，并且
更多的是依靠经验判断，因此，外界的干扰因素也就比较多。加热温度不均匀，
长时间的在一点进行加热，操作不熟练，温度控制不当，套、扒护环的专用工具
使用方法不当，经验比较欠缺等等，任何一点不利的因素，不仅造成了我们工作
难度的增大，而且能使护环原有的裂纹扩大，对护环造成较大的损害。

      2.4 　对护环的加热次数太多环状的金属物体，都具有一个共性，就是每
一次加热后，在冷却时，其径向都会有微小的收缩。我们每扒、套一次，就要对
护环进行两次加热，护环内径比上一次有所收缩，造成护环与转子本体结合应力
增大，增加了下次扒的难度，下次就必须加热到比上次更高的温度，如此形成一
个恶性的循环，对套、扒护环的加热温度要求会越来越高，对护环造成的损害也
是显而易见的。

      3 　制定相应的防范措施既然我们已经分析出导致护环产生裂纹的几个因
素，我们就可以从这几个方面入手，制定出相应的对策。

      3.1 　将备用护环更换为新型材质的护环据有关资料介绍，目前国内外的
电机制造厂家已在采用18Mn18Cr材质的护环替代原18Mn5Cr 奥氏体钢材质的护环，
这种18Mn18Cr材质，不论是在机械强度、硬度还是在韧性方面，都要比18Mn5Cr
奥氏体钢材质更适合于作为制造发电机转子护环的材料，也使机组运行的安全可
靠性上了一个新台阶。几年来，在装设18Mn18Cr钢护环的发电机中，未曾看到有
因应力腐蚀而造成护环裂损的报到。实践证明，这种材质应用于发电机护环上是
成功的。

      3.2 　加装氢气去湿干燥器；进行密封油系统的改造从一九九八年六月，
我厂制氢站分子筛干燥器投入运行，随后在我厂这四台200MW 发电机组的大修过
程中，陆续给其加装了氢气去湿装置及冷凝式氢气干燥器，使机内氢气湿度由11
－12g /m3 下降到8.5 g /m3 ，达到标准要求。另外，在结合发电机组增容改造
过程中，对发电机密封油系统进行改造，使空、氢侧密封油压分开控制；对汽轮
机密封系统改造，实现了运行中汽封供、泄汽的自动调整，保证汽封母管压力能
维持在0.020-0.035MPa（表压），减少了透平油的含水量；加装油水分离机在线
运行，减少润滑油中水份含量。所有的这些工作，使我厂的发电机氢气湿度超标
治理工作取得了较大的成效，不仅延长了护环的使用寿命，对发电机定子、转子
线圈绝缘也非常的有利。

      3.3 　加强技术培训，采用正确的加热方法首先，加热过程中必须严格控
制加热温度。加热温度不够将增加拆、装的难度，温度过高会影响材质的金属特
性。因此，对温度的控制应当尽量准确一些，应尽量使用红外线测温仪对加热温
度进行控制。加热温度△t 由下面的公式求出：△t = △d ，△d = δmax + △
δd β式中：δmax = 转子本体嵌装面直径 -护环嵌装面直径△δ- 热套余量β
- 材料膨胀系数d - 转子本体嵌装面直径其次，加热过程中应注意绝对不允许将
焊把停留在一点加热，防止护环局部过热变色；加热时尽量利用中火焰加热；在
划分烤区时，下部的烤区要大一些，因为热量向上散发；当表面温度接近要求时，
火力应迅速集中到嵌装面处；工作场所应尽量减少空气流动，防止停止加热时护
环温度下降太快。护环扒下后，应作好保温措施，用石棉布将其裹住，使其自然
冷却，防止因热冷不均而使其变形。

      另外，加强对职工的技能培训，使职工掌握套、扒护环的正确方法，会熟
练使用套、扒护环的专用工具，在工作中做到配合默契，有条不斋，这不但能提
高工作效率，还能减小对护环的损伤，并能保证工作人员不被灼伤。

      3.4 　制定科学的检修计划，尽量减少扒护环的次数。

      每次将护环的加热过程，对护环都是一种很大的损伤。因此，我们应制定
出科学的检修计划，在检修中完善试验方法，充分依据转子的各项电气试验数据
及金属探伤试验报告，做出事实求是的分析，尽量减少扒护环的次数。

      4 　遗留问题在分析护环裂纹问题的过程中，我们发现两个有裂纹的护环
均是励侧护环，汽侧护环完好无缺，这是一种巧合呢，还是因为发电机结构及电
磁力对护环的影响造成裂纹的产生？由于自身知识的局限性，目前尚无法做出定
论，希望能得到相关方面专家的进一步指点。

      5 　结束语国产200MW 氢冷发电机转子护环裂纹产生的原因，是一个非常
复杂的问题，牵涉到电气、汽机、化学、金属材料等多个专业，要对其作出全面、
细致的分析，并不是一件容易的事情，要做好全面的预防措施，也需要多个专业
的密切配合和共同攻关方能奏效。但随着对机组现代化改造的进一步加大，随着
高新技术、设备在运行监控和检修过程中的应用，随着检修工艺水平的进一步提
高，我们对各个环节的处理会越来越完善，这个问题将得到逐步的解决，机组运
行的安全可靠性也将越来越高。

      [ 参考文献] [1] 赵庶佳《电机检修及维护判断》[2] 洪鼎华《氢冷发电
机氢气湿度超标治》