駱國防，陸克昀
（國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海200437）
摘 要： 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛疊片拉緊螺桿主要是對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯起拉緊、固定作用，一旦斷裂，會(huì)造成磁軛松動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組穩(wěn)定、安全運(yùn)行。本文在利用超聲波對(duì)其檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)其存在嚴(yán)重裂紋后，對(duì)其進(jìn)行解剖，從而對(duì)裂紋形成原因進(jìn)行深度分析。
關(guān)鍵詞： 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛疊片拉緊螺桿；超聲波檢測(cè)；裂紋；成因分析
0 引言
某廠4號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由主軸、輪幅、磁軛、磁極等組成。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極為凸極式，是產(chǎn)生磁場(chǎng)的主要部件，磁極鐵芯由1.5 mm厚的鋼片沖疊成，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛疊片拉緊螺桿就主要是對(duì)轉(zhuǎn)子鐵芯起拉緊、固定作用。
在查閱了4號(hào)機(jī)組的歷次檢修記錄后，發(fā)現(xiàn)最近一次大修時(shí)間為2004年9月份，并且為增容進(jìn)行了改造性大修，當(dāng)時(shí)很多重要設(shè)備比如發(fā)電機(jī)磁軛疊片拉緊螺桿、頂蓋緊固螺栓等都沒有進(jìn)行過系統(tǒng)、全面的無損檢測(cè)。國家電力監(jiān)管委員會(huì)發(fā)出的安全生產(chǎn)2010.2號(hào)文件，其中第七條明文規(guī)定：“(七)加強(qiáng)設(shè)備技術(shù)監(jiān)督。結(jié)合設(shè)備消缺和檢修對(duì)易產(chǎn)生疲勞損傷的重要設(shè)備部件(如水輪機(jī)頂蓋緊固螺栓等)進(jìn)行無損探傷。對(duì)已存在損傷的設(shè)備部件要加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督，對(duì)已老化不能滿足安全生產(chǎn)要求的設(shè)備部件要及時(shí)進(jìn)行更換”。根據(jù)這一文件精神，結(jié)合該廠一些關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)其4號(hào)機(jī)組的一些重要設(shè)備和部件進(jìn)行了金屬監(jiān)督測(cè)試。在整個(gè)檢驗(yàn)檢測(cè)過程中，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子320只磁軛疊片拉緊螺桿超聲波檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，在#17磁極上靠近#16磁極側(cè)的這1根拉緊螺桿內(nèi)部存在嚴(yán)重裂紋。詳見以下檢測(cè)數(shù)據(jù)和裂紋形成原因分析。
1 試驗(yàn)參數(shù)及邊界條件
本次檢測(cè)所依據(jù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為DL/T 694－1999《高溫緊固螺栓超聲波檢驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則》。檢測(cè)所使用的主要儀器設(shè)備為EPOCH4型超聲波探傷儀。檢測(cè)參數(shù)及邊界條件如表1。
2 現(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)結(jié)果判斷及相關(guān)圖片
經(jīng)超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛疊片拉緊螺栓檢測(cè)范圍內(nèi)，在#17磁極上靠近#16磁極側(cè)的這1根拉緊螺桿內(nèi)部存在嚴(yán)重裂紋，具體檢測(cè)和分析確定此缺陷為裂紋的過程如下。
其中，圖1為在4號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛疊片拉緊螺桿現(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)在#17磁極上靠近#16磁極側(cè)的這1根拉緊螺桿在1 432.4 mm處存在超標(biāo)缺陷時(shí)的視頻截圖。為了對(duì)此缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定性和定量，從螺栓的兩端面分別進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該缺陷的位置、波形、當(dāng)量大小等基本上相同，根據(jù)多年的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和缺陷的超聲波波形分析，判斷此缺陷為裂紋。拆下螺栓后，再根據(jù)超聲波探頭移動(dòng)的位置，還可判斷出該螺桿內(nèi)的裂紋發(fā)展已經(jīng)基本上貫穿了整個(gè)螺桿圓周面，最多不會(huì)超過3 mm就會(huì)裂穿或斷裂。
圖2為現(xiàn)場(chǎng)判廢后的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛疊片拉緊螺桿被運(yùn)回試驗(yàn)室解剖前所拍照片。
圖3為判廢后的拉緊螺桿在其存在超標(biāo)缺陷范圍內(nèi)所截取的試樣。
圖4、圖5為試樣解剖后的裂紋形狀、位置、大小、寬度等。
圖6為圖5裂紋解剖后的端面圖。
根據(jù)圖4、圖5及圖6等最后解剖結(jié)果來看，基本驗(yàn)證了現(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)結(jié)果的判斷。
3 裂紋形成原因分析
從圖3的螺栓外表可看到裂縫所在位置有明顯的縮頸現(xiàn)象，這是螺栓受到拉力產(chǎn)生的，表明螺栓鋼材塑性較好。將螺栓裂縫打開，得到裂縫面（見圖4、圖5）。從裂縫面上可看出，裂源在螺栓中心部位，沿螺栓徑向擴(kuò)展，距外表面約3 mm。
螺栓一般由圓鋼制成。鋼材在澆鑄時(shí)，雜質(zhì)易聚集在鋼錠的中心部位，形成夾雜物。在以后軋制成圓鋼的過程中，夾雜物依然存在于中心部位。
螺栓承受的應(yīng)力主要為拉應(yīng)力，在整個(gè)截面上應(yīng)力基本一致。在螺栓中心有較大夾雜物的部位，夾雜物破壞了金屬的連續(xù)性，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，在拉應(yīng)力的作用下，形成疲勞裂紋，并逐漸向周圍擴(kuò)展。由于螺栓鋼材的塑性較好，并且螺栓在拉應(yīng)力的作用下有所伸長，釋放了部分應(yīng)力，使得裂紋擴(kuò)展比較緩慢，在檢測(cè)出裂紋之前螺栓尚未完全斷裂。
4 建議
為了電廠及電網(wǎng)安全、高效地運(yùn)行，建議電廠加強(qiáng)對(duì)全廠所有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛疊片拉緊螺栓的定期監(jiān)督檢測(cè)。