云岡熱電二期空冷風機U型螺栓頻繁斷裂原因分析和解決對策

薄井亮

（山西大唐國際云岡熱電有限責任公司，山西 大同 037039）

1 3，4號機組空冷風機運行現(xiàn)狀及風葉U型螺栓斷裂的危害

1.1 現(xiàn)狀

云岡熱電公司300 MW機組，采用東方汽輪機廠制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽直接空冷、供熱凝汽式汽輪機，空冷風機由中航工業(yè)保定惠陽航空螺旋槳制造廠生產(chǎn)制造。兩臺300 MW機組自2009年年初開始投入運行，在2010年6月份，#441空冷風機由于U型螺栓斷裂造成風葉飛出將風筒及風葉損壞，造成設(shè)備損壞事故。自此，開始空冷風機U型螺栓頻繁發(fā)生斷裂，嚴重影響機組的安全運行。

U型螺栓位置示意圖如圖1所示。

圖1 U型螺栓位置示意圖

1.2 危害

空冷U型螺栓斷裂的危害主要有以下幾個方面。

1.2.1 影響機組安全穩(wěn)定運行

每片風葉由2條U型螺栓固定，根據(jù)每次檢查的經(jīng)驗，螺栓的斷裂都是從最外側(cè)開始。若外側(cè)螺栓斷裂，風機的振動將增大，同一風機上的其他U型螺栓受到的交變應力將增大，加劇螺栓損壞的速度，葉片還有飛出的可能，進而擴大了設(shè)備的損壞程度，影響機組安全穩(wěn)定運行。

1.2.2 降低機組的發(fā)電效率，增加煤耗

根據(jù)檢查記錄發(fā)現(xiàn)，空冷風機U型螺栓頻繁發(fā)生斷裂時間基本發(fā)生在夏季。云岡熱電夏季負荷高，在不影響機組出力的情況下，必須保持機組高真空運行。若空冷風機發(fā)生問題而停運，將影響機組的真空，根據(jù)經(jīng)驗值，真空每下降1 000 Pa，發(fā)電煤耗將增加2 g/kW·h。

1.2.3 影響行人的安全

風機U型螺栓發(fā)生斷裂，斷裂的部分將在慣性力的作用下飛出，可能將風葉損壞（風葉的材質(zhì)為玻璃鋼），也可能從網(wǎng)格板的網(wǎng)口飛出，砸到路過的行人，嚴重威脅行人的安全。

2 空冷風機U型螺栓斷裂原因分析

2.1 疲勞斷裂

電站空冷風機U型螺栓主要承受葉片的揮舞方向的氣動力以及葉片自身的重力及葉片離心力，U型螺栓通過達到一定的擰緊力矩將葉片夾緊，來克服以上的作用力，其自身只承受正拉應力。在葉片正常夾緊的狀態(tài)下，夾緊系統(tǒng)為剛性體，U型螺栓是不會產(chǎn)生疲勞斷裂的。

通過對故障部件的檢查發(fā)現(xiàn)，U型螺栓螺紋側(cè)面和輪轂螺栓過孔側(cè)面都存在明顯的摩擦痕跡，如圖2所示。

圖2 U型螺栓螺紋和轂螺栓過孔側(cè)面存在的明顯摩擦痕跡示意圖

2.2 安裝不到位

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，卡箍壓塊與U型螺栓接觸痕跡明顯偏離中心位置，葉片的根部有明顯的塑性壓痕，如圖3所示。

圖3 葉片根部存在的塑性壓痕

正確的安裝方法，如圖4所示。

圖4 正確安裝示意圖

2.3 擰緊力矩比規(guī)定數(shù)值小

根據(jù)廠家提供的實驗數(shù)據(jù)，在規(guī)定的安裝條件下，用U型螺栓夾緊葉片的槳根，將U型螺栓的擰緊力矩控制在450 N·m。7 d后我們對擰緊力矩進行了復測，發(fā)現(xiàn)擰緊力矩只達到了400 N·m左右，力矩下降了10%左右。根據(jù)廠家長期生產(chǎn)玻璃鋼葉片的經(jīng)驗和相關(guān)資料的論述，此現(xiàn)象應為玻璃鋼材料的蠕變現(xiàn)象——葉片剛剛生產(chǎn)出來后，復合材料本身存在一定的殘余固化現(xiàn)象。在受力的狀態(tài)下，即玻璃鋼體在恒載的情況下，初期出現(xiàn)塑性變形，從而造成葉片根部夾緊力下降，擰緊力矩松弛，但蠕變現(xiàn)象隨著時間的延長會逐漸減少消失。

對其他未斷裂部件檢查發(fā)現(xiàn)，擰緊力矩出現(xiàn)比規(guī)定數(shù)值明顯減少現(xiàn)象。個別夾緊狀態(tài)有松動趨勢，松開U型螺栓檢查，個別的螺栓螺紋處出現(xiàn)了疲勞裂紋和磨損。對其他安裝到位的部件檢查，力矩值偏差較小，夾緊狀態(tài)未改變，未出現(xiàn)疲勞裂紋和磨損。

3 空冷風機U型螺栓斷裂解決方案

通過以上分析可知，造成二期空冷風機U型螺栓斷裂的主要原因。為此，針對該原因，提出了具體的解決方法如下：①加強用戶現(xiàn)場安裝維護人員的前期培訓工作，特別是U型螺栓和壓塊的正確安裝要求的培訓工作，保證部件最終的安裝正確。②加強使用維護檢查，這也是最有效、最可靠的措施。檢查發(fā)現(xiàn)空冷風機U型螺栓斷裂后，更換新的U型螺栓，安裝時將夾緊力矩緊固到規(guī)定的數(shù)值，在安裝運行7 d后再進行擰緊力矩的復緊，運行3個月后再進行第三次夾緊力矩的復緊。這將有效避免擰緊力矩的減小，保證U型螺栓的可靠使用。③利用機組檢修機會，將#3機空冷風機U型螺栓全部更換，并將卡箍壓塊制造成一個整體，增加輪轂壓塊與葉片的接觸面積，減小單位面積上的壓力，降低蠕變變形的程度，減少對夾緊力的影響。

具體改造和安裝方法如下。

壓板改造后結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

安裝葉片時，將壓板放正，用U型螺栓通過壓板與下卡箍加緊葉根圓柱斷，使葉片被固定在輪轂上。夾緊葉片的同時，向外拉葉片，使葉片根部內(nèi)端面靠緊卡箍。

葉片安裝完畢后，一次調(diào)整葉片的安裝角度。安裝角的測量工具為一把角度尺和一把平直尺。先將角度尺調(diào)整到17°，再把平尺防止距葉尖85 mm處，然后把角度尺放在平直尺上，轉(zhuǎn)動葉片，使角度尺上的氣泡在中間位置即可。葉片安裝角調(diào)整時，可用橡皮錘打葉片根部，但不可用力過猛，以免損傷葉片。

用力矩扳手擰緊U型螺栓，每個葉片的兩個U型螺栓應逐步擰緊。在擰緊的過程中，葉片必須保持水平，最后達到400～450 N·m擰緊力矩。

圖5 壓板改造后的結(jié)構(gòu)圖

注意：安裝葉片時，請嚴格按規(guī)定的擰緊力矩緊定U型螺栓：如果小于規(guī)定擰緊力矩，將造成風機葉片擰緊力不夠，有可能造成風機運行時葉片松動，最終造成風機的損壞；如果大于規(guī)定的力矩值，將可能導致葉片槳根的被夾損壞現(xiàn)象。風機安裝完成后5～7 d和3個月（或累計運行2 160 h）時，務必重新緊定聯(lián)軸器與支板連接的螺栓和U型螺栓，使其達到規(guī)定的擰緊力矩值并鎖緊，否則會導致風機事故發(fā)生。

重新檢查葉片安裝角度，葉片安裝角的允許誤差為±30′，如超出范圍，則重新調(diào)整。

選風筒上的一點作為基準點，轉(zhuǎn)動葉輪，檢查風機葉尖高度差，要求其最大高度差不超過20 mm。如不符合要求，可松開螺栓，重新修正葉片的高度，然后用力矩扳手擰緊螺栓，重新檢查葉片的高度差和葉片的安裝角。

葉片葉尖與風筒的間隙為33～43 mm。如超出了要求，可移動減速器、風筒的位置進行調(diào)整。

葉片安裝好后，經(jīng)復查復核第5，6，7條后鎖緊止動墊片。

4 結(jié)束語

二期空冷風機U型螺栓安裝位置和擰緊力矩不合格，是造成風葉U型螺栓頻繁斷裂的主要原因，#3機空冷在檢修期間更換了全部風機的U型螺栓。更換后，U型螺栓斷裂的頻率明顯降低，保證了空冷設(shè)備安全穩(wěn)定地運行。