Повреждение вала ротора. Повреждения частей вала, например посадочных мест под бандажи, шеек вала, бочки ротора, могут быть вызваны механическими, электрическими причинами или их совокупностью.
При бандаже, имеющем две жесткие посадки, чаще всего повреждаются зубцы бочки ротора в местах посадки носика бандажа повреждение зубцов часто заканчивается полным сколом части зубца (характер излома усталостный).
Недостаточно качественная обработка посадочной поверхности зубцов создает дополнительные концентрации напряжений и также снижает их усталостную прочность. Треснувший зубец бочки ротора выключается из работы, что увеличивает нагрузку на оставшиеся здоровые зубцы. Чаще других первыми повреждаются большие зубцы бочки (полюса) и прилегающие к ним малые. Одной из причин может быть влияние различного распределения массы лобовых частей обмотки и появление овальности носика бандажа.
При нарушении неподвижного металлического контакта в местах жестких посадок бандажа поверхностные токи бочки ротора создают ожоги посадочных мест. В местах ожогов появляются трещины; известны случаи приварки носика бандажа к зубцам.
К чисто механическим повреждениям вала относятся довольно редкие случаи поломки ротора в поперечном сечении и недопустимые прогибы вала.
Прогибы вала могут быть вызваны рядом причин: длительное трение вала о неподвижную деталь, например уплотнение; вращение вала при сверхугонной скорости; прекращение подачи масла в подшипники; разрушение других деталей ротора - разрушение бандажного кольца и заклинивание его в расточке статора.
К повреждениям, вызванным чисто электрическими причинами, относятся повреждения шеек вала ротора подшипниковыми токами. Возможными причинами являются: несимметрия магнитного потока, особенно ощутимая при разъемных статорах; образование МДС вокруг вала соединениями лобовых частей обмотки статора; одновременное замыкание цепи возбудителя и обмотки ротора на корпус.
Наиболее опасной является несимметрия магнитного потока, при этом чаще всего повреждаются шейка вала генератора, баббитовая заливка вкладышей и червячная пара ротора турбины.
Для предотвращения образования замкнутой цепи токов через валы агрегата необходимо искусственно разорвать цепь тока, т.е. надежно изолировать один конец вала от фундаментной плиты. Обычно изоляция устанавливается под стояком подшипника со стороны возбудителя.
В генераторах с водородным охлаждением должна быть обеспечена изоляция масляного уплотнения вала.
Повреждение обмотки ротора. Наиболее распространенные повреждения в обмотках ротора: замыкание обмотки на корпус («землю») в результате повреждения корпусной изоляции, изоляции от бандажа; витковые замыкания вследствие повреждения изоляции витков. Необходимо отметить также повреждения из-за деформации витков катушек, которые приводят к витковым и между катушечным замыканиям.
Практически все обмотки возбуждения с поверхностным охлаждением роторов мощностью 25 Вт и выше при 3000 об/мин с течением времени подвержены деформации витков, укорочение витков в направлении паза достигает 30-40 мм. Деформация меди накапливается в период пуска и остановок генератора.
Надежность обмоток возбуждения отечественных ТГ можно повысить, создавая более совершенные условия вентиляции обмотки и улучшая механические свойства применяемой меди за счет присадки серебра.
Замыкание обмотки на корпус в одной точке не приводит к развитию дефекта. Однако второе замыкание на землю (в обмотке или во внешней цепи) может вызвать большие токи, что приведет к повреждению вала, шейки вала и вкладышей, неизолированных подшипников и червячной пары, через которые будет проходить часть тока ротора.
Витковые замыкания имеют место как в пазовой, так и в лобовой части обмотки ротора. Большая часть витковых замыканий приходится на обмотку ротора с изоляцией витков в виде прокладок в генераторах с воздушным охлаждением. В существующих системах вентиляции с поверхностным охлаждением обмоток ротора температура лобовых частей значительно превышает температуру пазовых частей и всегда выше значения средней температуры обмотки. Переменные тепловые режимы ротора неблагоприятно сказываются на работе обмотки, вызывая деформацию витков и смещение их, особенно в лобовых частях на углах катушек. Поэтому наиболее часто повреждается витковая изоляция лобовых частей обмотки ротора. Характерным является быстрое разрушение изоляции верхних витков катушек, что связано с действием высоких механических усилий и частично с дополнительным нагревом поверхности бочки ротора при несимметричных режимах работы генератора.
В роторах с непосредственным охлаждением витков газом встречаются случаи смещения прокладок между витками изоляции, что приводит к местным перекрытиям отверстий для прохождения газа, а следовательно, к повышенному нагреву части обмотки с последующим повреждением изоляции. Кроме того, возможны нарушения изоляции обмоток по отношению к корпусу из-зa попадания влаги внутрь ротора при перевозке или хранении, ржавления стали с последующим заносом ржавчины на обмотку.
В обмотках с внутренним охлаждением меди дистиллятом имели место течи, связанные с разуплотнением соединений и с некачественной пайкой элементов обмотки.
Витковая изоляция в пазовых частях находится в более благоприятных условиях с точки зрения выветривания и загрязнения изоляции, так как она полностью защищена. В пазовой части витковые замыкания могут быть вызваны, длительной работой при температуре, превышающей допустимую для данного класса изоляции; деформацией меди витков (сокращение витков); низким качеством подготовки меди и изолировочных работ; укладкой катушек; естественным старением.
К решению вопроса о допустимости эксплуатации ТГ с витковыми замыканиями обмотки ротора необходимо подходить индивидуально, с учетом имеющегося опыта эксплуатации, вида и характера повреждения, условий обнаружения. Единого правила для принятия решения в таких случаях нет. Ориентировочно известно, что если измерениями установлено наличие замыканий между двумя- тремя и более витками, то необходимо принимать меры по быстрой остановке генератора для выемки ротора и выяснения места замыкания и причины. При замыкании одной или нескольких катушек требуется немедленное устранение дефекта.
Полная замена изоляции обмотки ротора может быть вызвана следующими причинами: старением витковой и корпусной изоляции, в результате чего прогрессируют витковые замыкания или замыкания на бочку ротора; большим процентом витковых замыканий, вызывающих увеличение тока возбуждения при номинальном режиме работы, повышенный нагрев ротора и повышенную вибрацию; разрушением корпусной изоляции и повторяющимися замыканиями на бочку ротора; большой деформацией витков в лобовой части, вызывающей повреждение клиньев и распорок; реконструктивными работами, например с целью улучшения вентиляции, повышения мощности ротора.
В случаях местного повреждения изоляции можно ограничиться частичной выемкой катушек с пере изолировкой витков и заменой их корпусной изоляции (гильз).
Повреждение бандажного узла. К характерным видам повреждений бандажных узлов могут быть отнесены: трещины и сколы посадочных мест, коррозионное растрескивание бандажных колец, усталостные разрушения бандажных колец и упругих элементов центрирующих колец, оплавления посадочных мест бандажа и бочки ротора вихревыми токами, протекающими в некоторых режимах работы генератора.
Повреждение тыльной части бандажного кольца - явление редкое. Известны случаи, когда из-за недостаточного натяга бандажного кольца на центрирующее кольцо на посадочном месте появлялись трещины как следствие коррозии, трения и наклепа. Повышенная вибрация ротора способствует дальнейшему развитию трещин.
В практике эксплуатации имеет место коррозионное растрескивание на внутренней поверхности бандажных колец. Большое количество трещин небольшой длины располагается вдоль образующей бандажа вне закрытых обмоткой или клиньями местах. Растрескивание появляется и интенсивно развивается в условиях высокой влажности при температуре, близкой к рабочей на бандажном кольце; ряд аварий с бандажами был вызван именно этой причиной.
Поэтому большое внимание уделяется складированию готовых бандажных колец в надлежащих условиях, покрытию всей поверхности кольца специальными лаками.
Повреждение массивных центрирующих колец в практике эксплуатации сравнительно редкое явление. Нарушение нормальной посадки бандажа из-за ослабления натяга в месте посадки на вал вызывает наклёп на посадочном месте центрирующего кольца и вала и иногда требует замены центрирующих колец. Известны случаи образования в центрирующем кольце трещин, идущих от дна шпоночной канавки.
Вопрос о необходимости покрытия бандажных колец, находящихся в эксплуатаций, решается в процессе осмотра ТГ. В случае обнаружения при осмотре признаков коррозионного растрескивания удаляются дефекты и наносится защитное покрытие
Для уменьшения опасности возникновения коррозионного растрескивания бандажных колец до покрытия их защитной пленкой необходимо установить строгий контроль за работой уплотнительных узлов, газоохладителей и влажностью водорода в корпусе генератора, не допуская попадания влаги в среду охлаждающего газа.
Вовремя капитальных ремонтов с выемкой ротора независимо от типа ТГ следует производить профилактический осмотр снятых бандажных колец. Целью осмотра является установление дефектов, возникающих в процессе эксплуатации. К ним относятся трещины на посадочных поверхностях, коррозионные трещины и язвины, подгары и другие виды дефектов, расположенных преимущественно на внутренней поверхности бандажного кольца. Посадочные места тщательно зачищают мелкозернистой шлиф-шкуркой и протирают чистыми салфетками, смоченными в авиационном бензине. Остальные подозрительные места дополнительно шлифуют и травят специальными реактивами. Затем поверхность исследуется на наличие трещин.
Повреждение щеточно-контактного аппарата. Характер искрения под щетками является важным показателем работы скользящего контакта. При нормальной регулировке нажатия щеток и хорошем состоянии поверхности колец под щетками наблюдается незначительное голубовато-белое искрение. Изменение характера и величины искрения может быть вызвано либо причиной механического характера (неровная поверхность колец или их бой, неравномерное нажатие щеткодержателей на щетки, вибрация щеток), либо нарушением политуры на поверхности колец и как следствие этого изменением значения переходных напряжений в скользящем контакте, что приводит к неравномерной загрузке щеток током и нарушению нормальной работы скользящего контакта. Разрушение политуры является следствием повышенного нагрева контактного слоя, повышенной запыленности или влажности, сильной загазованности помещения, а также установки новых щеток с другими характеристиками.
Вид и характер механических повреждений щеток весьма разнообразны. Они проявляются в виде разрушения тела щетки, износа боковых граней, нарушения целостности арматуры. Наиболее опасными являются разрушения заделки токоведущего провода. Это может произойти из-за значительных токовых перегрузок отдельных электрощеток, что приводит к нагреву места заделки с последующим разрушением. Причиной возникновения этого повреждения, как и механического разрушения тела щеток, может быть вибрация. Поэтому перед установкой щеток необходимо проверять качество контакта в месте заделки токоподвода.
Причиной вибрации щеток является вибрация контактного кольца или неудовлетворительные вибрационные свойства самих щеток. Вибрация Контактных колец вызывается как неравномерным их срабатыванием, так и неуравновешенностью вала ротора,
Для нормальной эксплуатации после ремонта или монтажа траверса щеточного аппарата должна выставляться в осевом направлении с учетом возможного теплового удлинения ротора с тем, чтобы при всех допустимых режимах работы генератора щетки не свисали с контактных колец. Радиальные зазоры между щеткодержателями и контактным кольцом должны устанавливаться в допустимых пределах, а внутренняя поверхность щеткодержателей должна быть чистой, без забоии и заусенцев, и не иметь подгаров. Щетки в щеткодержателях должны перемещаться свободно.
Контактные поверхности вновь устанавливаемых щеток необходимо притереть к рабочей поверхности контактного кольца. После этого щеточный аппарат надо тщательно продуть сжатым воздухом.
Если в период работы генератора вибрация контактных колец превышает 300 мкм, следует принять меры по ее устранению проверить статическое биение колец как в горячем, так и в холодном состоянии; уменьшить вибрацию вала ротора. Большое значение для хорошей работы щеточного узла имеют поддержание оптимальной температуры колец и щетки, удаление угольной пыли. Поэтому необходимо уделять внимание установке траверсы и наладке ее вентиляции с целью ликвидации перетоков горячего воздуха, попадания пыли и масла на контактный слой.
