水电厂机组转轮制动环变形的原因分析及处理

施前伟徐贤海

摘要：本文从珊溪水电厂机组制动环变形事故处理实践出发，详细分析事故发现经过、原因探查、事故处理等，并着重介绍了Q235钢材受热变形的技术参数，为该类钢材使用运行提供一定的经验和借鉴。

关键词：水电厂 水轮机组 制动系统 制动环 事故Q235钢材

Abstract ：This article from the Shanxi power unit brake ring deformation accident treatment practice, a detailed analysis of accident reason, found after exploration, incident handling, and emphatically introduces the technology parameters of thermal deformation of Q235steel, the steel used to provide certain experience and lessons.

Key Words：Hydropower plant; Turbine generator set; Braking system; Brake ring; Accident; Q235steel.

中图分类号:TV74 文献标识码：A 文章编号：

引言

珊溪水力发电厂的机组为常规混流式，发电机型号为SF-J50-24/6200的机组，机组的额定转速为250r/min，飞逸转速为505r/min，额定运行时推力负荷为4370KN，飞逸时推力负荷为4870KN，发电机GD2为2860t.m2（含水轮机转动部分），机械制动气压为0.65Mpa。制动系统采用电气制动跟机械制动相结合的方式，由于少油开关动作不可靠，因此机组投运至今只采用单一的机械制动方式制动，电气制动在运行过程中一直未投入使用。电厂机组机械制动系统由制动环、风闸组成。制动环的组成形式为八块制动块以螺栓连接的方式固定在转子上，8只风闸以螺栓连接的方式固定在下机架上。

1 制动环变形事故发现经过及危害

运行发现机组制动时震动明显加剧并伴随声音加大等直接影响，组织常规机组小修时发现机组制动环制动块两边存在变形下垂现象，经测量，8块制动块的两边下垂量均在4-4.5mm之间，拆卸后实际下垂变形达10mm左右，从而造成制动块拼接处异常磨损（制动环变形情况见图1）。

制动系统是发电机的重要组成部分，根据我厂制动系统的构造分析，如果制动块在运行过程中变形再次加剧或折断，制动块倒角过度将无法发挥作用，导致制动块跟制动板两边直接接触。在强大惯性力的作用下有可能会造成以下情况：①风闸直接错位或制动块错位，严重时甚至有可能被击飞；②机组大轴产生扭曲变形；③直接边角接触时产生剧烈晃动发生碰撞导致转子线圈及钉子线板损坏；④上、下导轴瓦抗重螺栓承受不了巨大的推力而损坏等。

（图1）。

图1 上、下导轴瓦抗重螺栓

2事故原因分析

经过研究分析后认为，造成制动块产生严重变形的原因有以下几点。

（1）设计的影响。是否是制动块安装螺栓的分布存在问题？这种可能性暂时不能排除，根据（图2）所示的安装螺栓分布情况看制动块两端产生下垂变化的可能是有的；但是在相关部件设计交付制造前都经过严密的计算与讨论，从理论上来说，这种可能性比较小。

（图2）。

图2 安装螺栓分布情况

（2）制造的影响。由于制动环采用的是60板钢Q235精加工而成，由于目前该工艺与技术相当成熟，因制造工艺造成制动块变形的可能性基本可以排除。

（3）运行的影响。由于该厂机组属于调峰机组，因此开停次数频繁。启停次数最多的机组一年高达12000多次；这种情况到2007年才得以好转。频繁的启停是对制动块的危害很大，且该机组的加闸转速设定为50转/分钟，较低的加闸转速对制动块损害有限。

（4）误操作的影响。由于该机组在2005年发生过误加闸操作情况，这种情况的发生对制动块将造成致命的伤害。加闸时由于剧烈的摩擦而产生了高温，根据固体的热胀冷缩原理，制动环接触面过热会引起制动环上供变。由于支撑螺丝强大的拉力的作用下上供应力难以消除，从而造成制动环在冷却收缩与过热应力的综合影响下产生两头下垂的变形。

根据Q235钢材的相关专题研究发现：经历700℃高温的钢材，其表面颜色为红褐色略带蓝色；经历1000～1100℃高温的钢材，其表面颜色为蓝色，且温度越高，表面碳化越严重，至1100℃时已严重碳化，无法测定有关强度。从我厂制动板烧毁的现状分析，呈现镙柱周围一圈和制动板搭接处变蓝发黑，这两处为高温受热最严重区域，其余部分较为正常，受热影响不大。（如图3）。

图3呈现镙柱周围一圈和制动板搭接处变蓝发黑

由于上述设计、运行环境及误操作的综合因素影响，导致了机组实际运行中发生了严重的制动环制动块两边下垂的事件，这是制动块发生强烈变形事故的根本原因。

3设备消缺处理过程

机组转子制动块共有8块，环状均匀分布在转子底部，每块制动块采用6颗8.8级M24螺栓固定，机组制动环下部设置8只制动器。根据现场情况分析转子制动块可以在不吊出转子的情况下进行更换。具体处理方案如下：

（1）准备工作

1）顶转子一次，并彻底将油管内的油放空。

2）将制动板逐块吊出并过磅，将固定制动板的M24每6颗为一组逐一过磅，并记录分析每块制动板的重量和螺栓的重量。

3）清洗制动板表面的黄油，并检查孔距、孔径等尺寸无误。

4）拆除两只下游侧制动器，并采用岛链将拆除的制动器放置在地面上，并拆除部分制动气管。

5）利用电站提供的枕木和木板，在下机架下游侧支腿砼至定子下游侧冷却器底部砼之间搭建一个小平台，可供制动板平移用。

6）将制动板边缘的位置采用记号笔画出位置记号，并标注编号，以利安装后的检查及制动板重量的匹配。

7）记录下最后一次停机时的各项制动参数，以备更换制动板后的参数对比。

8）由电站人员完成转子定子的更换制动板前的绝缘测试，以备更换制动板后的参数对比。

（2）制动板吊装方案

吊装方案1（优先选择的方案）：打开2#发电机层进人孔盖板及定子顶部外圈进人孔盖板，利用厂房桥机将制动板吊入定子基础板砼地面，并将制动板移至已经搭建好的平台，将制动板拖到位。

吊装方案2：打开水车室顶部进人孔盖板，利用桥机将制动板吊至水轮机层，再将制动板拖入水车室内，利用下机架处设立的岛链，将制动板提升到安装位置进行安装。

（3）制动板拆除和安装方案

拆除方案：

1）采用钢内磨，结合手枪钻等设备，对制动板固定螺栓的点焊焊缝进行削磨，在削磨之前，要求对削磨时可能飞溅到的定子线棒、转子磁极等部分采用浸湿白棉布隔离保护。

2）待焊缝磨光后，采用电动扳手或者套筒扳手将制动板中间的两只螺栓先行拆除，更换为两根M24*1000mm加工好的丝杆旋入中间两个螺孔，并用螺母平垫将制动板锁定。

3）再拆除制动板外侧斜对角的两颗螺栓，同样更换为两根M24*1000mm加工好的丝杆旋入斜对角的两个螺孔，并将螺母平垫旋入但不将制动板锁紧，以作为拆除制动板时防止掉下来的保护。

4）拆除剩余的两只螺栓。

5）松动制动板中间丝杆的两颗螺母，使制动板慢慢落下，并及时检查调整斜对角的两根丝杆的螺母位置始终处于制动板位置下部30MM位置作为保护。

6）将制动板落在搭建好的枕木木板平台上，下垫钢筋作为滚杆，拆除4跟丝杆，将制动板平移至定子外侧，采用尼龙吊带捆好，利用桥机将制动板吊出。

（4）安装方案

1）旧的制动板拆下后，将新的制动板吊入放置好后平移入转子底部，在中间两个螺孔位置穿入两根丝杆，戴紧螺母，并穿入斜对角两个丝杆，戴上螺母。

2）逐步紧固中间两颗螺母，将制动板慢慢提升，并及时检查调整斜对角的两根丝杆的螺母位置始终处于制动板位置下部位置（可以旋紧，螺母与制动板之间可以没有间隙）作为保护。

3）待制动板贴紧转子底部时，根据原记号调整好制动板的相对位置，装上没有穿丝杆的两颗螺栓，并适当打紧，然后拆除中间丝杆，并装好中间两颗螺栓，最后再将剩余的两根丝杆拆除后装好螺栓。

4）全部螺栓上好后，采用扭力扳手对照力矩要求打紧6颗螺栓。

5）复查相关尺寸至合格。

（5）转子盘车方案

所有8块制动板拆除和安装工作全部放在下游侧面一个位置进行，并且采用拆除一块安装一块的方式。因此，当一块制动板安装好后，需要对转子进行盘车。转子盘车采用两只5吨岛链180度对称牵引的方式，岛链利用钢丝绳固定在下机架基腿上，吊点设立在转子底部中心体的轮臂上，使下一块的制动板转到固有安装位置。

（6）安装后的检查

所有8块制动板拆除安装好后，根据水电站机组安装规范要求，对制动板的安装质量进行检查，符合要求后，对固定螺栓进行点焊加固，点焊时需要在焊接处地板上铺垫石棉布，周边适当位置采用石棉布进行隔离火源。焊接好后，撤出所有施工器具，采用低压风源对转子底部、定子底部进行吹扫。

4启动试运行

1）启动前，由电站专业人员对转子定子绝缘进行重新检查，并比对原始绝缘的数据。

2）绝缘符合要求后，由电站运行人员申请采用自动方式开机，工况为“停止—空转”。

3）运行若干分钟无异常后，工况改为“空转—停止”。

4）20%额定转速下加闸，并检查风闸加闸后的各项参数情况，对比原始数据。

5）若期间无大变化，这可重复开停机三次。

6）若期间有其他变化，则视实际现场情况采取相应措施。

5安全措施

除了上述已经采取的各项安全措施之外，还需做到。

（1）特殊工种人员需持有效期内的上岗证作业。

（2）对现场施工人员做好安全交底工作。

（3）严格按照电站的安全管理条例要求文明作业。

（4）施工安全严格执行《建筑安规》。

6机组移交

制动板安装好后，机组经过三次开停机制动正常后，经电站人员确认，机组可以移交电站进行常规的日常运行。各项工作结束，安装人员及工器具材料全部撤离厂房。