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300MW汽轮发电机组联轴器鼓风挡板螺栓断裂原因分析及处理

2020-12-16

何冬辉　叶振起　赵奕州

（辽宁东科电力有限公司，辽宁沈阳　110006；国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳　110006）

摘　要：汽轮发电机组联轴器鼓风挡板的作用是防止联轴器联接螺栓在转子高速运转时产生鼓风甩油。基于联轴器及其鼓风挡板的结构和工作原理，结合某汽轮发电机组鼓风挡板联接螺栓断裂、扭曲变形等现象，剖析其产生的原因，并提出联轴器鼓风挡板在安装过程中应注意事项及鼓风挡板设计制造的改进措施。

汽轮发电机组盘车齿轮与发电机联轴器联接螺栓在高速运转时产生鼓风效应，使得联轴器内靠近齿轮箱侧气压远高于发电机侧，导致在联轴器护罩内产生从齿轮箱侧流向发电机侧的气流，这个高速窜动气流如同在齿轮箱轴承油挡处安装了1个气流喷嘴，把大量的润滑油从齿轮箱轴承处吸出来，再顺着气流方向甩出去。因此，为防止联轴器螺栓鼓风效应，在联轴器螺栓端面设有螺栓防鼓风挡板(联轴器盖板)，但由于制造、材质、安装等方面原因，经常发生鼓风挡板脱落事故[1]。

1　机组设备概况

汽轮机是哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的N300-16.7/537/537型亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、冷凝式汽轮机。高中压转子与低压转子的连接以及低压转子与发电机转子的连接均为刚性连接。刚性联轴器结构简单，工作可靠，可以传递很大的扭矩。联轴器、中间垫片或盘车齿轮各端面均有凹凸配合，起着定中心的作用。为减小高速转动时的鼓风损失，联轴器各联接螺栓都埋在深坑中，并装有鼓风挡板。鼓风挡板由上、下两半组成，其设计厚度为5 mm，由12个10 mm×25 mm的螺栓固定在联轴器螺栓上，安装要求鼓风挡板外边凸出联轴器端面不大于0.30 mm[2]。每个鼓风挡板螺栓装配特制止动垫片，使垫片上弯成直角的凸起正好嵌在事先钻好的孔中，当螺钉被拧紧，将垫片的两处弯成翅状与螺钉头两平面相贴合，以防止螺钉松开，由此形成一个光滑平面避免鼓风。低压转子与发电机转子的联轴器结构如图1所示。

图1 低压转子与发电机转子的联轴器结构

2　过程及现象

机组首次启动由于推力瓦温度高停机，检修盘车期间，用听针倾听发现4、5瓦轴承箱有异音，待缸温下降后，揭开轴承座进行检查，发现如下现象。

a.联轴器鼓风挡板紧固六角螺栓有3个已经断裂，其断裂的螺栓头落在盘车对轮护罩里，其余9个螺栓已扭曲变形。

b.盘车对轮护罩多处被断裂的螺栓头高速飞出击出深坑如图2所示。

c.鼓风挡板的螺栓孔与螺栓有错位现象，其螺栓孔有向旋转方向扩大趋势，且鼓风挡板右侧轻微变形。

d.12个鼓风挡板螺栓止动垫片全部断裂。

图2 联轴器护罩深坑

3　原因分析

从螺栓断裂、扭曲变形和鼓风挡板螺栓孔错位等现象可以初步推断，转子高速旋转时，鼓风挡板由于离心力的作用发生了移动错位，从而导致鼓风挡板的紧固螺栓剪断、扭曲变形等现象。经研究分析，其可能原因如下。

a.螺栓材质不合格。厂家给出的出厂硬度检测结果在300 HB左右，符合强度要求，但由于现场无法对材质进行光谱和硬度分析，尚不能确定是否为该原因。

b.挡板安装端面不符合规定。图纸规定，要求鼓风挡板外边凸出联轴器端面不大于0.30 mm。如果鼓风挡板凸出联轴器端，在转子高速旋转时，由于鼓风气流作用使联接螺栓额外受力，导致螺栓超出极限强度而断裂、扭曲变形[3]。

c.联轴器螺栓端面不在同一平面上[4]。当个别联轴器螺栓突出螺母端面时，鼓风挡板与螺栓端面没有完全贴合，鼓风挡板可能发生倾斜，导致鼓风挡板联接螺栓受力不均，局部受力大的螺栓容易断裂。

d.挡板安装间隙不符合规定。现场测量发现，鼓风挡板外圆与对轮内径的间隙在1.0 mm左右，上、下鼓风挡板中分面内径间隙约13.0 mm，外径间隙约15.0 mm。但厂家图纸并没有对这2个间隙做任何安装要求。如果挡板与联轴器内径及上、下挡板中分面间隙过大，将导致空气和润滑油在转子高速旋转时吸入，致使挡板联接螺栓在额外剪切力的作用下断裂或扭曲变形。

4　改进措施

a.对联轴器螺栓进行打磨加工，重新调整联接螺栓的安装位置，使所有联轴器螺栓端面在同一平面并低于螺母端面1.0～1.5 mm，?上、下挡板安装处于同一平面，平面度不超过0.02 mm。

b.尽可能调整使鼓风挡板外圆与对轮内径间隙均衡，确保挡板螺栓孔和12个紧固螺栓孔径同心，如存在偏心现象，则重新修磨挡板螺栓孔。

c.修磨鼓风挡板外径，使鼓风挡板外圆与对轮内径间隙小于0.5 mm，安装时尽量使挡板外缘紧贴对轮内径。

d.调整上、下鼓风挡板中分面间隙为0～1.0 mm，对不符合要求处进行点焊修磨。

e.尽量使鼓风挡板平面凹于联轴器端面，不允许有凸出部分，防止额外受力脱落[5]。

鼓风挡板装配如图3所示，按照安装要求，将鼓风挡板重新安装调整，经机组多次启停后，检查挡板螺栓没有松动扭曲迹象，保证机组安全可靠运行。