空气预热器主轴联轴器上端盖螺栓断裂分析

空气预热器主轴联轴器上端盖螺栓断裂分析

欧国鑫

（韶关发电厂广东省韶关市512132）

摘要：针对某电厂容克式空气预热器主轴联轴器上端盖螺栓全部断裂导致空预器停转故障，根据现场实际检查情况，分析减速机输出轴与空预器主轴径向位移超标是导致螺栓断裂的直接原因，膨胀受阻导致转子移位变形是螺栓断裂的根本原因，采取了针对性的措施彻底解决了这个问题。

关键词：空气预热器；联轴器；螺栓断裂；径向位移；膨胀受阻

1、引言

容克式空气预热器是大型火力发电机组的重要辅机，空预器运行中出现的各种问题，会造成机组降负荷，甚至造成被迫停机，直接影响电厂的安全生产。

2、故障经过

韶关发电厂2号炉有2台东方锅炉厂生产的容克式空气预热器，型号LAP14948/2400，转子直径φ14948毫米，蓄热元件高度自上而下分别为350、1000和1050毫米，冷段1050毫米蓄热元件为搪瓷传热元件，热段蓄热元件为碳钢，每台预热器金属重量约904吨，其中转动重量约689吨；空预器减速机为SEW生产的5PKC560NE型减速机。2015年12月26日凌晨5：23分，#2炉A侧空预器转子停转报警，现场检查发现主轴联轴器上端盖24个螺栓全部断裂（如图所示）、联轴器外罩脱落，并砸坏了部分油管；空预器单边停运，机组降负荷。当时进行了抢修恢复，在2016年1月机组临修期间进行了全面检查分析，采取了针对性的措施，彻底解决了这一问题。

3、原因分析

3.1联轴器结构的影响

（1）空预器主轴联轴器选用的是I型WGC22垂直安装鼓形联轴器，I型联轴器密封端为分离型，齿间距较大，可以允许较大的径向位移，可与Y、J1、Z1型轴伸联接；Ⅱ型联轴器密封端为整体型，齿间距小，相对允许径向位移小，结构紧凑，转动惯量小。而空预器主轴长度长、转子重量重、冷态和工作状态的差异大、热膨胀后的变形量大，因此选择公称转矩最大、允许径向位移大的I型WGC22垂直安装鼓形联轴器是正确的。

（2）空预器主轴联轴器上端盖螺栓为24个M16×70的8.8级高强度螺栓，主要起承受联轴器外罩重力的作用，并非周向剪切力的主要受力点。由于JB/T7002-2007标准仅规定WGC1-WGC14的基本参数和主要尺寸，超大尺寸的垂直安装鼓形联轴器为厂家自有标准，其I型WGC22的许用径向补偿量与WG22的一样均为16.5mm。在冷态测量A空预器联轴器中心相关数据，两半联轴器之间间隙为40mm，轴向张口偏差0.2mm合格；而两半联轴器径向错位8mm，中心径向偏差超标。故障抢修恢复时重新校正了中心，但是在2016年1月机组临修期间再次复查时，中心径向偏差仍超标严重。分析中心径向偏差超标不是中心校正不达标的问题，而是空预器热态运转时，有其它因素导致转子移位变形。

进行受力强度校核：空预器主联轴器的传动扭矩计算（电机功率P=22KW、转子转速n=1.23rpm、传动效率η=0.79、工作情况系数k=2），T=k×9550×P×η&pide;n=2×9550×22×0.79&pide;1.23=269.9KN.m＜WGC22公称转矩1000KN.m；正常运行时，联轴器联轴螺栓主要承受剪切力，剪切强度计算（螺栓与主轴轴线距离r=0.425m，8.8级螺栓许用剪切强度[τ]=0.2σs=128MPa），F剪=T&pide;24r=269.9&pide;24&pide;0.425=26.46KN，τ=4F/πd2=4×26460&pide;242π=58.52MPa＜[τ]；当联轴器径向位移超过许用径向补偿量时，由上端盖螺栓主要承受剪切力，剪切强度计算（螺栓与主轴轴线距离r1=0.4m），F上=T&pide;24r1=269.9&pide;24&pide;0.4=28.11KN，τ1=4F/πd12=4×28110&pide;162π=139.89MPa＞[τ]。因此当径向位移大于联轴器许用径向补偿量16.5mm时，上端盖螺栓受到的剪切力超出允许值，最终导致上端盖24个螺栓全部断裂。由此可知空预器热态运转时减速机输出轴与空预器主轴径向位移超标是导致螺栓断裂的直接原因，联轴器设计螺栓结构强度没有问题。

3.2转子变形的影响

通过临修时进行A空预器内部检查，发现A空预器旁路密封片损坏严重烟气侧有12片段损坏，判定是转子过度变形，转动过程中拉扯挂弯直至扯变形到挂坏；检查径向密封最外补片角均被折断、扇形板中间段磨损严重，且有间隙突变现象发生，判断与转子变形有关；检查内侧主梁两扇形板与密封片间隙较大，判定原因主要为小梁扇形板变形，内侧与密封片磨损所致；检查梁与壳体间隙不均匀间隙，判定梁有可能微变形；检查冷端烟气与二次风扇形板中段和内侧磨损严重，一次与二次风扇形板内侧磨损严重；轴向密封片上下处，尤其是下部有明显折弯现象而非磨损造成，判断为转子变形过度或者转子倾斜导致；热端径向密封片少许螺栓松动掉落，旁路密封正常磨损，中心筒密封圈焊缝拉裂，间接证明转子有微变形；检查主轴垂直度超标，主轴压板螺栓未拧紧，且未焊接止动挡块。除主轴压板螺栓未焊接止动挡块是安装问题外，梁、壳体、转子、扇形板的变形以及中心筒拉裂均是运行过程中产生的问题，这些问题会导致空预器主轴联轴器径向位移超标的发生，却不是根本原因。

3.3空预器膨胀受阻的影响

进行追本溯源，对空预器进行整体全面检查，检查发现2号炉2台空预器主壳体板和副壳体板的膨胀支座均被混凝土完全固定覆盖，导致空预器壳体自由膨胀受阻。空预器主壳体板和副壳体板的立柱下面设有膨胀支座，膨胀支座放置有膨胀块，以适应预热器壳体径向膨胀；膨胀块的滑动垫表面层为聚四氟乙烯，它与底垫构成滑动面，通过调整垫板的数量，使得同一预热器8个膨胀块上平面都位于同一标高，空预器安装时通过调整膨胀支座的垫片，使得扇形板大头处横向和纵向的水平度公差分别达到0.5mm和1.5mm；仅有主、副壳体膨胀块的底座垫的长边两端100mm范围与锅炉构架焊接，膨胀块其它部件均不得有阻碍物。

空预器壳体自由膨胀受阻，导致转子热态变形不可控，会引起梁与壳体变形、转子变形、扇形板变形、密封动静部分摩擦、中心筒密封圈拉裂等一系列问题。与临修时空预器内部检查发现的现象相符，因此膨胀受阻导致转子移位变形是主联轴器上端盖螺栓断裂的根本原因。

4、处理措施

4.1膨胀受阻的解决

将覆盖在主壳体板和副壳体板的膨胀支座上的混凝土全部拆除。

4.2转子变形缺陷的消除

通过更换磨损变形严重的扇形板，校正主轴垂直度，打紧主轴压板螺栓并焊接止动挡块，更换损坏密封片，重新调整密封间隙，修复拉裂变形的中心筒密封圈，重新校正主轴联轴器中心，从而消除因膨胀受阻导致的转子变形缺陷。

5、结束语

综上，针对空预器主轴联轴器上端盖螺栓全部断裂导致空预器停转故障，分析得出减速机输出轴与空预器主轴径向位移超标是导致螺栓断裂的直接原因，膨胀受阻导致转子移位变形是螺栓断裂的根本原因，采取了针对性的处理措施彻底解决了这个问题，处理后一年来设备运行正常。

参考文献：

[1]沈鸿等.机械工程手册.北京：机械工业出版社，1982.

[2]成大先.机械设计手册（第四版）.北京：化学工业出版社，2001，1.

[3]回转式空气预热器安装说明及技术要求.东方锅炉股份有限公司.

作者简介：

欧国鑫（1982-），男，福建省龙岩市人，工程师，从事电站锅炉检修技术工作。