駱國防，陸克昀
?。▏W(wǎng)上海市電力公司電力科學研究院，上海200437）
摘 要： 發(fā)電機轉子磁軛疊片拉緊螺桿主要是對發(fā)電機轉子鐵芯起拉緊、固定作用，一旦斷裂，會造成磁軛松動，嚴重影響機組穩(wěn)定、安全運行。本文在利用超聲波對其檢測過程中發(fā)現(xiàn)其存在嚴重裂紋后，對其進行解剖，從而對裂紋形成原因進行深度分析。
關鍵詞： 發(fā)電機轉子磁軛疊片拉緊螺桿；超聲波檢測；裂紋；成因分析
0 引言
某廠4號機組發(fā)電機轉子由主軸、輪幅、磁軛、磁極等組成。發(fā)電機轉子的磁極為凸極式，是產(chǎn)生磁場的主要部件，磁極鐵芯由1.5 mm厚的鋼片沖疊成，而發(fā)電機轉子磁軛疊片拉緊螺桿就主要是對轉子鐵芯起拉緊、固定作用。
在查閱了4號機組的歷次檢修記錄后，發(fā)現(xiàn)最近一次大修時間為2004年9月份，并且為增容進行了改造性大修，當時很多重要設備比如發(fā)電機磁軛疊片拉緊螺桿、頂蓋緊固螺栓等都沒有進行過系統(tǒng)、全面的無損檢測。國家電力監(jiān)管委員會發(fā)出的安全生產(chǎn)2010.2號文件，其中第七條明文規(guī)定：“(七)加強設備技術監(jiān)督。結合設備消缺和檢修對易產(chǎn)生疲勞損傷的重要設備部件(如水輪機頂蓋緊固螺栓等)進行無損探傷。對已存在損傷的設備部件要加強技術監(jiān)督，對已老化不能滿足安全生產(chǎn)要求的設備部件要及時進行更換”。根據(jù)這一文件精神，結合該廠一些關鍵設備的實際運行情況，對其4號機組的一些重要設備和部件進行了金屬監(jiān)督測試。在整個檢驗檢測過程中，對發(fā)電機轉子320只磁軛疊片拉緊螺桿超聲波檢測中發(fā)現(xiàn)，在#17磁極上靠近#16磁極側的這1根拉緊螺桿內(nèi)部存在嚴重裂紋。詳見以下檢測數(shù)據(jù)和裂紋形成原因分析。
1 試驗參數(shù)及邊界條件
本次檢測所依據(jù)的技術標準為DL/T 694－1999《高溫緊固螺栓超聲波檢驗技術導則》。檢測所使用的主要儀器設備為EPOCH4型超聲波探傷儀。檢測參數(shù)及邊界條件如表1。
2 現(xiàn)場超聲波檢測結果判斷及相關圖片
經(jīng)超聲波檢測，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉子磁軛疊片拉緊螺栓檢測范圍內(nèi)，在#17磁極上靠近#16磁極側的這1根拉緊螺桿內(nèi)部存在嚴重裂紋，具體檢測和分析確定此缺陷為裂紋的過程如下。
其中，圖1為在4號機組發(fā)電機轉子磁軛疊片拉緊螺桿現(xiàn)場超聲波檢測中，發(fā)現(xiàn)在#17磁極上靠近#16磁極側的這1根拉緊螺桿在1 432.4 mm處存在超標缺陷時的視頻截圖。為了對此缺陷進行準確定性和定量，從螺栓的兩端面分別進行檢測，發(fā)現(xiàn)該缺陷的位置、波形、當量大小等基本上相同，根據(jù)多年的現(xiàn)場經(jīng)驗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)基本上貫穿了整個螺桿圓周面，最多不會超過3 mm就會裂穿或斷裂。
圖2為現(xiàn)場判廢后的發(fā)電機轉子磁軛疊片拉緊螺桿被運回試驗室解剖前所拍照片。
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等最后解剖結果來看，基本驗證了現(xiàn)場超聲波檢測結果的判斷。
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，沿螺栓徑向擴展，距外表面約3 mm。
螺栓一般由圓鋼制成。鋼材在澆鑄時，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。
螺栓承受的應力主要為拉應力，在整個截面上應力基本一致。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)生應力集中現(xiàn)象，在拉應力的作用下，形成疲勞裂紋，并逐漸向周圍擴展。由于螺栓鋼材的塑性較好，并且螺栓在拉應力的作用下有所伸長，釋放了部分應力，使得裂紋擴展比較緩慢，在檢測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、高效地運行，建議電廠加強對全廠所有發(fā)電機轉子磁軛疊片拉緊螺栓的定期監(jiān)督檢測。