薄井亮

（山西大唐國際云岡熱電有限責(zé)任公司，山西 大同 037039）

1 3，4號機(jī)組空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀及風(fēng)葉U型螺栓斷裂的危害

1.1 現(xiàn)狀

云岡熱電公司300 MW機(jī)組，采用東方汽輪機(jī)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(jī)，空冷風(fēng)機(jī)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(jī)組自2009年年初開始投入運(yùn)行，在2010年6月份，#441空冷風(fēng)機(jī)由于U型螺栓斷裂造成風(fēng)葉飛出將風(fēng)筒及風(fēng)葉損壞，造成設(shè)備損壞事故。自此，開始空冷風(fēng)機(jī)U型螺栓頻繁發(fā)生斷裂，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)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(gè)方面。

1.2.1 影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行

每片風(fēng)葉由2條U型螺栓固定，根據(jù)每次檢查的經(jīng)驗(yàn)，螺栓的斷裂都是從最外側(cè)開始。若外側(cè)螺栓斷裂，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)將增大，同一風(fēng)機(jī)上的其他U型螺栓受到的交變應(yīng)力將增大，加劇螺栓損壞的速度，葉片還有飛出的可能，進(jìn)而擴(kuò)大了設(shè)備的損壞程度，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2.2 降低機(jī)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(fēng)機(jī)U型螺栓頻繁發(fā)生斷裂時(shí)間基本發(fā)生在夏季。云岡熱電夏季負(fù)荷高，在不影響機(jī)組出力的情況下，必須保持機(jī)組高真空運(yùn)行。若空冷風(fēng)機(jī)發(fā)生問題而停運(yùn)，將影響機(jī)組的真空，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(fēng)機(jī)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(fēng)葉損壞（風(fēng)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(yán)重威脅行人的安全。

2 空冷風(fēng)機(jī)U型螺栓斷裂原因分析

2.1 疲勞斷裂

電站空冷風(fēng)機(jī)U型螺栓主要承受葉片的揮舞方向的氣動(dòng)力以及葉片自身的重力及葉片離心力，U型螺栓通過達(dá)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(yīng)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行了復(fù)測，發(fā)現(xiàn)擰緊力矩只達(dá)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(yàn)和相關(guān)資料的論述，此現(xiàn)象應(yīng)為玻璃鋼材料的蠕變現(xiàn)象——葉片剛剛生產(chǎn)出來后，復(fù)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(shí)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(gè)別夾緊狀態(tài)有松動(dòng)趨勢，松開U型螺栓檢查，個(gè)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(qiáng)用戶現(xiàn)場安裝維護(hù)人員的前期培訓(xùn)工作，特別是U型螺栓和壓塊的正確安裝要求的培訓(xùn)工作，保證部件最終的安裝正確。②加強(qiáng)使用維護(hù)檢查，這也是最有效、最可靠的措施。檢查發(fā)現(xiàn)空冷風(fēng)機(jī)U型螺栓斷裂后，更換新的U型螺栓，安裝時(shí)將夾緊力矩緊固到規(guī)定的數(shù)值，在安裝運(yùn)行7 d后再進(jìn)行擰緊力矩的復(fù)緊，運(yùn)行3個(gè)月后再進(jìn)行第三次夾緊力矩的復(fù)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(jī)組檢修機(jī)會，將#3機(jī)空冷風(fēng)機(jī)U型螺栓全部更換，并將卡箍壓塊制造成一個(gè)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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)，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?jǐn)Q緊U型螺栓，每個(gè)葉片的兩個(gè)U型螺栓應(yīng)逐步擰緊。在擰緊的過程中，葉片必須保持水平，最后達(dá)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(shí)，請嚴(yán)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(fēng)機(jī)葉片擰緊力不夠，有可能造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)葉片松動(dòng)，最終造成風(fēng)機(jī)的損壞；如果大于規(guī)定的力矩值，將可能導(dǎo)致葉片槳根的被夾損壞現(xiàn)象。風(fēng)機(jī)安裝完成后5～7 d和3個(gè)月（或累計(jì)運(yùn)行2 160 h）時(shí)，務(wù)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(dá)到規(guī)定的擰緊力矩值并鎖緊，否則會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)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(fēng)筒上的一點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪，檢查風(fēng)機(jī)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?jǐn)Q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(fēng)筒的間隙為33～43 mm。如超出了要求，可移動(dòng)減速器、風(fēng)筒的位置進(jìn)行調(diào)整。

葉片安裝好后，經(jīng)復(fù)查復(fù)核第5，6，7條后鎖緊止動(dòng)墊片。

4 結(jié)束語

二期空冷風(fēng)機(jī)U型螺栓安裝位置和擰緊力矩不合格，是造成風(fēng)葉U型螺栓頻繁斷裂的主要原因，#3機(jī)空冷在檢修期間更換了全部風(fēng)機(jī)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(yùn)行。