0 引言

内蒙古京泰发电有限责任公司2台300 MW直接空冷凝汽式汽轮机是由上海汽轮发电机有限公司引进美国西屋技术的水氢冷汽轮发电机，机组在大修启动后，由于低频振动和焊接工艺质量不良等因素，导致定子机座筒体间出现约145 mm长的裂纹，大量氢气泄漏，机组被迫停机。本文对内蒙古京泰发电有限责任公司2号发电机定子机座产生裂纹的原因进行分析，并提出相应的处理措施。

1 设备概况

内蒙古京泰发电有限责任公司2号汽轮发电机组于2010年投入运行。机组型号为QFSN2型，额定容量为350 MW，额定工作氢压为0.31 MPa，额定转速为3000 r/min，发电机机座设计为整体式结构，和2个端罩组成发电机本体。

2 设备故障过程

2015-12-20，2号发电机检修结束，整体气密试验合格后完成氢气置换。2015-12-21T13：25，进行冲车启动试验，启动后发现2号发电机励端振动明显超标，达104 μm，氢压下降速度较快，由308 kPa突降至289 kPa。对2号发电机本体进行漏氢检查，发现2号发电机励磁端左侧底部台板与发电机本体结合部位有较大漏点，外部观察定子励侧机座处有明显裂纹，长度约为145 mm。为了保证2号发电机安全运行，对2号发电机进行停机处理，工期为3 d。2号发电机定子机座裂纹内部和外部位置如图 1所示。

3 故障原因分析

（1）从现场照片及实际缺陷情况看，裂纹起始点为地脚板端部焊缝下端拐角处，裂纹走向是沿着最小受力方向扩展。与该位置其他部件相比，发电机壳体相对薄弱，致使发电机壳体局部产生裂纹，进而穿透壳体^[1]。

（2）观察裂纹位置，发现裂纹位于焊缝附近应力集中区域，同时，发电机励磁端台板支座与筒体连接部分出厂焊接时，焊接熔池存在缺陷，地脚支座与本体焊口、端盖与本体焊口之间存在交叉焊接（见图 2），在振动形成的交变应力作用下，造成疲劳开裂，这是发电机定子机座产生裂纹的内部原因^[2]。

（3）分析外部因素，2号发电机励端裂纹位置振动较大是造成裂纹发生的外部原因之一。2号发电机振动测点分布示意图见图 3，振动测试数据见表 1。由表 1可知，振动值超过50 μm（振动上限值）的分布位置均在励端。同时，现场观察发现，在2号发电机A级检修过程中，为了复查低发联轴器中心，裂纹位置曾是抬升发电机定子的受力点，局部受力是加剧裂纹扩展的另一个外部因素^[3]。

综合上述分析认为，2号发电机励磁端台板支座与筒体连接部分进行出厂焊接时，地脚支座、本体焊口、端盖与本体焊口之间存在交叉焊接，焊接熔池存在缺陷，导致应力集中，在发电机A级检修过程中局部受力，而后在长时间低频振动的作用下，应力通过薄弱环节释放，产生的裂纹延伸至筒体，造成筒体开裂，导致发电机本体氢气泄漏。

4 处理措施 4.1 定子机座裂纹处理

（1）将2号发电机内氢气置换为空气，拆除2号发电机汽侧顶部、励侧底部人孔和发电机底部中间人孔，拆除2号发电机励端左侧氢冷却器。在所拆除的3处人孔处架设轴流风机，通风12 h后，测试发电机内部氢气质量浓度≤4%，对2号发电机励端地脚漏氢位置的定子膛内、膛外部位进行脱漆处理，做磁粉探伤检查以确认裂纹具体位置。因发电机已就位，缺陷修复主要从发电机内部进行^[4]。

（2）发电机外部缺陷位置完成定位后，在发电机内部对应位置打磨机壳板内壁，采用着色探伤查找裂纹走向，对经探伤所确认的裂纹，打磨成V形坡口，并适时检查裂纹走向，依据裂纹走向，延伸打磨区域，修磨出适当的补焊坡口。因发电机外壳板壁厚25 mm，因此清除缺陷时的打磨深度应不超过25 mm。考虑焊缝为非全焊透焊缝，机座内部焊缝打磨最大深度为13 mm。

（3）对于外部存在裂纹的部位（主要是支撑筋部位）进行打磨清除，若裂纹向外罩板与端壁焊缝走向，应进一步打磨外罩板与端壁焊缝，修配焊接坡口最大打磨深度25 mm，备补焊。考虑到筒体外部裂纹长度远大于筒体内部裂纹长度，且裂纹可能存在错位现象，所以在打磨过程中要将所打磨的V形坡口打通打透，并逐步进行着色探伤检查，避免隐蔽裂纹的遗留。

（4）因2号发电机壳体材料为低碳钢钢板，是可焊性较好的材料，可采用碳钢焊接材料进行补焊。在整体打磨完毕后，再次进行无损探伤检查，确认缺陷清除后，进行补焊。焊接方法为手工电弧焊，焊条型号为E5015。

（5）在焊接过程中，考虑到裂纹外部焊接难度较大，要优先从内侧焊接，再从外侧进行补焊，且在焊接后进行保温处理，再次进行探伤检测。

（6）采用E5015焊条进行补焊。补焊前，按说明书对焊条烘干。采用直径3.2 mm的焊条在机壳内部进行打底焊，打底焊时，电流可适当增大，打底焊2层后，在外部进行缺陷修复。对已经打底完成的内部补焊区局部预热，温度约为100 ℃。再采用直径4.0 mm的焊条进行填充焊，层间温度不超过300 ℃。焊后，立即用氧乙炔火焰局部加热补焊区15 min做去氢处理。最后，使用隔热保温毯覆盖补焊处，缓冷至室温。

（7）在焊接过程中，要充分考虑焊机电流回路可能对轴瓦造成电蚀，要将接地点选在离焊接点最近处，确保电流在最小范围内形成回路，避免损伤其他部位。

（8）打磨清理补焊焊缝表面，在满足着色探伤要求后，进行着色探伤检查，检查结果应无缺陷显示。

（9）回装2号发电机励端左侧氢冷却器，恢复拆除的各部人孔，对2号发电机充入0.5 kg氦气后，补压缩空气至额定压力0.31 MPa，进行查漏。确认2号发电机无漏点后，再进行氢气置换工作^[5]。

4.2 振动超标处理

水氢氢型发电机采用端盖式轴承，发电机定子在运行时除了承受铁心的电磁振动外，同时还承受转子不平衡产生的机械振动。如果机座底脚承载状态不理想，则有可能使发电机在运行过程中产生较大的机座振动。为了使机座四角的承载分布均匀合理，在发电机机座底脚和基础台板之间的垫片呈阶梯形排列（见图 4），以确保发电机在运行时机座振动稳定良好。一般来说，按此规范进行安装或大修的机组，基本上都能有效保障机座振动的稳定良好。但仍有个别机组发生机座振动偏大现象，这可能与基础台板的水平度、灌浆质量、基础不均匀沉降等有关。

为解决2号发电机振动问题，对该机组进行发电机机座底脚承载分布调整试验。采用微应变测量技术，现场布置测点，实测底脚应力分布，计算分析测试数据，获取机座底脚各部位的实际承载情况，对发电机机座底脚垫片做出调整，使机座底脚承载分布达到规定的合理范围，从而排除影响发电机机座振动因素。

试验主要步骤如下：

（1）在机座底脚的角撑筋板上，按要求布置测点，打磨需粘贴应变片部位的表面，要求光洁平整。粘贴应变片，连接应变仪，测量系统进行编号、调零。

（2）在基础底脚螺栓的螺母垫圈下，临时加垫5 mm高度的套圈，拧紧螺母以压住基础台板，并保证机座有足够的顶升高度（试验时机座的顶升量一般在2~3 mm）。

（3）用4只200 t千斤顶分别置于定子4个吊耳下（吊耳应事先装上），反复3次顶起和放下发电机，以释放不稳定应力，直至应变仪调零基数基本稳定。

（4）落下机座，测量各测点应变值，计算底脚承载的分布值。

（5）按计算后反映的承载分布情况，有目的地调整底脚下的垫片。

（6）重复（4）、（5）步骤，直至整台机座的底脚承载分布达到试验要求。

（7）复查低发联轴器中心，在发电机底部载荷分配均匀的情况下，联轴器中心在标准范围内，如有偏离要进一步进行调整。

对2号发电机机座底脚承载分布进行调整后，解决了2号发电机振动超标问题，机组振动最大值为43 μm。调整后2号发电机振动测试数据见表 2。

5 结语

汽轮发电机作为火力发电厂主要设备，一旦发生故障将直接影响机组的安全稳定运行。本文通过对内蒙古京泰发电有限责任公司2号发电机组定子机座产生裂纹的原因进行分析，提出了发电机定子机座裂纹缺陷处理方法和工艺要求，并处理了发电机因底部载荷分配不均匀造成的振动超标问题，有效保障了发电机的稳定运行，为发电机同类型故障处理提供了参考。