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大机组调速器联轴器螺栓断裂原因分析及对策(合成氨厂)

2004-10-27   来源:安全文化网    热度:   收藏   发表评论 0

    1  概述
    我厂共有六台大型机组,其中五台由蒸汽轮机驱动。蒸汽轮机为Ⅳ型积木式结构,其调速系统采用WOODWARD调速器,与阵之间通过减速箱用小联轴器联接。总的来看,这种调速系统和超速保护系统比较成熟可靠。但蒸汽轮机先后发生了三次调速器传动机构联轴器螺栓断裂事故,直接影响到设备的长周期运行。现对其断裂事故,直接影响到设备的长周期运行。现对其断裂原因进行简单的分析。
    2故障经过
    1992年6月13日,正在运行中的发电机组85MT01蒸汽调节阀突然全开。事后查明,故障原因是由于调速器传动机构的联轴器螺栓断裂,调速器停止转动,导致调节阀全开,造成机组耗汽量骤增。
    对损坏的联轴器进行修复、动平衡后,又更换了新的弹簧片和联轴器螺栓,10月份机组重新投入运行。1992年12月3日,该机组在运行四十多天后,再次发生同样故障。
    1992牛12,月9 日,合成气压缩机组蒸汽轮机07MT01也因同样故障,造成中压蒸汽管网大幅度波动。由于操作调整及时,机组当时并未停车。在机组转速无指示、不能调节的情况下,坚持运行数日后计划停机检修。
    3  联轴器螺栓断裂原因分析
    连续三次发生同样事故,不能不引起高度重视。第三次故障发生后,对联轴器螺栓断裂的原因进行了认真的分析。检查联轴器螺栓的断口情况,发现主要有两种断口:一种是疲劳断裂断口,断裂部位均在螺栓螺纹的尾部;另一种是45度角断口,部位无规律,从断口形状来看,这种断口明显是被强行扭断的。
    参照联轴器的结构,分析确认故障的起因在于疲劳断裂。这是由于在交变应力的不断作用下,螺纹尾部的刀痕起到裂纹萌生的作用;或是加工过程中由于选材不当或处理工艺存在问题,在螺纹尾部应力集中处产生有微裂纹。随着裂纹在交变应力作用下的不断扩展,有效面积不断减小,当达到某一临界尺寸时,突然发生断裂。而45度断口形状的破坏,是在某个联轴器螺栓发生疲劳断裂之后,被强行扭断的。   
    根据联轴器的结构,初步判断联轴器螺栓断裂主要与以下几个因素有关:①联轴器对中情况不良;②联轴器螺栓螺纹尾部应力集中;③加工过程中选材不当或热处理工艺存在问题,造成联轴器螺栓螺纹尾部微裂纹,④联轴器螺栓强度不足或联轴器负载过重;⑤联轴器螺栓紧固力矩不当。紧固力矩过小使螺栓受力情况恶化,而且在运行过程中有脱落的危险;而过大的紧固力矩则会造成螺栓损伤。
    针对以上因素,复查了联轴器两端的对中情况,发现对中确实有   一定问题。当转子转动时,对中不良将会在联轴器螺栓外缘上产生一个相当于转动速度的交变应力,有可能在应力集中处(或已存在微裂纹处)造成疲劳破坏。
    关于联轴器螺栓螺纹尾部应力集中,几乎是不可避免的,但可以设法减小其影响。
    经测量螺栓表面硬度,并对断口进行金相分析,发现热处理状态确实存在一定问题,应进行改进。
    而旋转高速器传动轴,发现转动灵活,无卡涩,证明联轴器负载不大;核算螺栓剪切应力,发现联轴器螺栓直径并不偏小。
    至于联轴器螺栓紧固力矩不当,可在检修中设法避免。
    4  解决方法和预防措施
    (1)联轴器两端重新找正,消除对中不良影响。
    (2)临时使用优质35CrMo螺栓改进联轴器螺栓,在加工时注意螺栓螺纹尾部形状,尽量减小螺纹尾部应力集中的影响;同时将螺栓光杆部分直径稍微加大,由ø6mm增加到ø6.5mm,并将联轴器、弹簧片上的配合孔用绞孔方法加大。
    (3)在检修时,严格控制联轴器螺栓的拧紧力矩,消除该因素的不利影响。
    (4)订制新的弹簧片(因为螺栓孔尺寸已改变)和新的联轴器螺险。新的螺栓除了将光杆部分直径增加到ø6.5mm外,还对螺纹尾部状及材料、热处理工艺提出了严格的要求,防止螺纹尾部在制造过匿中产生裂纹。
    采取以上措施后,五台机组的调速系统传动机构均再未发生过类似事故,证明分析处理是正确有效的。