论文部分内容阅读
【摘 要】结合AN轴流风机安全运行的条件，分析AN系列轴流通风机风轮压盖螺栓松动、断裂的原因及并提出改善方法。
【关键词】AN系列轴流通风机；风轮压盖螺栓松动；断裂；原因；改善方法
AN Series axial flow fan rotor gland bolts loosening, fracture Failure Analysis and improvement
Guo Quan-hong
(Shanxi Province No.4 electric power construction corporation Taiyuan Shanxi 030012)
【Abstract】AN axial fan with the conditions of safe operation, analysis AN Series axial flow fan rotor gland bolts loosening, fracture, and the reasons and recommend improvements.
【Key words】AN series axial fan;Wind round gland bolts loose;Fracture;Reason;Improvement
1. 引言：
某电厂在168运行时，1#引风机突然因振动增大而停机，停机后拆开联轴器发现风轮压板螺栓发生部分断裂、脱落，通过对设备的质量、安装情况、运行情况进行分析，提出预防AN系列轴流通风机风轮压盖螺栓松动、断裂的措施及改善方法。
2. AN系列轴流风机的结构及工作原理
目前大型发电厂引风机一般均采用AN系列轴流通风机，其主要由进气箱、大小集流器、进口导叶、机壳装配、转动组（传扭中间轴、联轴器、叶轮、主轴承装配）、扩压器、冷风管路和润滑管路等组成。风机工作时，气流由风道进入风机进气箱，经过收敛和预旋后，叶轮对气流作功，后导叶将气流的螺旋运动转化为轴向运动，并在扩压器内将气体的大部分动能转化成系统所需的静压能，从而完成风机的工作过程。
3. 风机安全运行的条件
由风机的结构原理可以看出，风机能否安全运行，必须满足以下三个条件。
3.1 风机的制造质量符合设备技术文件及规范要求。
3.2 风机安装的质量符合设备技术文件及规范要求。
3.3 风机必须在规定的空气动力运行条件下运行。
轴流通风机的运行范围是受失速线的限制。如果超过此极限，首先就必然使叶片处的气流出现局部分离。当风机内存在一定涡流时，就可能产生'喘振'。由此可见风机必须在相应的压力、流量范围内的工况点运行，否则就会对风机造成损伤。风机具体的空气动力运行条件如下：
3.3.1 通风机运行区域。
通风机运行区域是指风机能在不损坏风机的前提下连续稳定运行，且自身可以通过调节进口导叶满足现场要求。如在该范围以外运行，尤其是如果持续运行时间较长，则会造成损坏：如进口流量太小，会产生旋转失速，会出现出力下降过快或振动突然加剧，尤其是在失速下运行将会增加某些部件的负荷，特别是叶片，喘振可使叶轮压盘螺栓被震断或震松。
3.3.2 通风机投运对系统的要求。
每台通风机的出入口烟道必须安装挡板门，且出入口挡板必须开关灵活。风机启动时入口烟道挡板闭合，进口导叶闭合，出口挡板全部打开，且通风机在达到额定转速以后10秒内，入口烟道挡板最迟在1分钟内全部全开，然后可将进口导叶打开到所要求的范围，如入口挡板不能及时打开会导致风机进入失速区运行，同样风机启动前风机出口挡板必须全部打开，否则会使风机内存在一定涡流，就可能产生喘振，因此执行过程最好是自动的。
4. 某电厂引风机风轮压盘螺栓松动断裂故障原因分析
下面我们结合AN轴流风机安全运行的条件，对引风机风轮压盘螺栓松动断裂故障进行了分析总结。
4.1 故障经过及处理过程。
**年*月*日晚1点40分某电厂1#引风机因振动大停机，停机后拆开联轴器发现风轮压板螺栓1条固定，1条断裂，4条脱落，风轮与轴明显有间隙，压板及与风轮接触的地方有不同程度的磨损，随后根据业主和厂家的要求对风轮和轴进行拆除，风轮和轴拆出后我们会同业主和监理一起对风轮内径和轴外径进行了测量，测的风轮内径290.50mm. 轴外径为289.63 mm.轴与轮间隙为87丝,而图纸要求的轮轴配合为2900H7/J16（-1.5-6.8丝）相差较大，需要返厂处理，经讨论研究轴返厂，风轮轴孔现场堆焊然后机加工处理。
4.2 故障原因分析。
4.2.1 可能存在的风机制造质量问题。
风机的风轮安装为悬臂结构，首先风轮按照轮轴配合为2900H7/J16（-1.5-6.8丝）间隙将风轮安装在轴上，然后用法兰压盖将六条M30的8.8级高强螺栓用1200MN的力矩固定在轴端，并将止动片折弯止动。由其结构可见，风轮、轴、风轮压盘及六条M30的8.8级高强螺栓是此故障的关键部件，有一件质量不符合要求都可能导致故障发生，即风轮的内径及轴的外径必须按2900H7/J16（-1.5-6.8丝）配合间隙制造，六条M30的8.8级高强螺栓必须符合技术要求，风轮压板法兰材质及加工尺寸必须符合技术文件的要求。因机壳与风轮组装为整体发运的风机，即风轮与轴已组装到一起，现场已检查不到风轮与轴的间隙，因此没有原始记录。故障发生后检查风轮与轴间隙为87丝, 与图纸要求的轮轴配合为2900H7/J16（-1.5-6.8丝）相差较大，有可能风轮与轴原装配间隙就较大。另外六条M30的8.8级高强螺栓及风轮压板法兰出厂前已安装到位，且厂家没有附带风轮压板法兰及六条M30的8.8级高强螺栓具体图纸，即现场无法检查风轮压板法兰和六条M30螺栓的尺寸及材质。
4.2.2 风机安装过程：
故障发生后我们对风机的安装过程依据原始施工记录及验收记录进行了逐步的追述，按照厂家说明书首先安装机壳，因机壳与风轮组为整体发运的风机，即后导叶组件、叶轮、轴承座已安装到一起，现场我们将风轮上壳体与到货的风轮组件用螺栓连接到一起，吊到预定位置以轴承座为基准找正其垂直度和水平度，粗找正后进行浇灌，水泥强度达到规定后，复查其垂直度、水平度并紧固地脚螺栓。因机壳与风轮组装为整体发运的风机，按照说明书要求现场安装只检查叶轮连接螺栓是否按1200NM的力矩拧紧，止动垫片是否折弯止动就可以，我们除按要求用1200NM的力矩拧紧叶轮连接螺栓，将止动垫片折弯止动，而且还考虑到长途运输路上颠簸会造成轮毂与后导叶芯筒间的轴向间隙会发生变化，所以按以往的安装程序我们对轮毂与后导叶芯筒间的轴向间隙分八点进行了复查，复查值为14.80～15.50mm符合技术文件13～19mm要求，接着安装风轮侧联轴器、中间轴、电机侧联轴器、电机，按照厂家要求找正电机，电机找正要求电机轴线高于风机轴线，电机侧上张口0.20mm,叶轮侧下张0.20mm,电机找正后经监理验收符合厂家说明书要求，具体为电机侧上张0.20mm, 叶轮侧下张0.19mm，经复查风机的整个安装过程均符合设备技术文件的要求。
4.2.3 风机运行情况。
1#引风机八小时试运转时，电机振动、风机振动均未超标，均在2丝左右，如风轮轮毂与后导叶芯筒的轴向间隙不均，或联轴器找正不符合要求，风机在空转时就会产生振动。风机从空转完到配合做各项试验几个月来一直转动正常，振动均在2丝左右，*月*日晚风机振动增大，随后停机检查烟风道出入口挡板及风机本体，*月*日晚12：50再次启动1#引风机开始风机振动不大，后来振动逐渐增大报警1：40停机。从整个运转过程看风机可能进入喘振区导致风机振动增大，最后导致叶轮压盘螺栓被震松或震断。
综合以上分析：我们认为由于风轮与轴原装配间隙就较大，电机在变频情况下运行，会引起入口气流不均，导致风轮振动增大，使叶轮压盘螺栓松动，叶轮与轴产生相对运动，对风轮压盘螺栓施加外力，再加可能进入喘振区运行，最后导致叶轮压盘螺栓震松或震断。
5. 预防措施及改善方法
5.1 通过监制和现场复查的办法改善风机的质量。
风轮、轴、风轮压盘及六条M30的8.8级高强螺栓是此故障的关键的部件，有一件质量不符合要求都可能导致故障发生，厂家和现场必须严格控制这些部件的质量。厂家制造时，风轮的内径、轴的外径、风轮压盘法兰、螺栓必须按图纸要求制造，且材质、规格及风轮的飘偏，轴的弯曲度必须符合图纸及规范要求，设备制造完以后，业主配合厂家对风机进行预组装及试转，通过预组装及试转及时发现问题及时修整。另外由于长途运输，可能会造成设备的某些部件松动或损坏，因此现场安装时，施工单位必须配合厂家、业主、监理对所有设备进行详细的检查（包括各部分间隙），以便及时发现问题及时处理，避免将受损的、不合格的设备安装到位，影响设备的运转质量。
5.2 提高风机的安装质量。
5.2.1 施工前必须进行详细的交底。
技术人员必须根据厂家图纸及规范要求对现场施工人员进行详细的交底，施工人员多和技术人员沟通对不确定的东西必须弄清楚才能安装。
5.2.2 加强风机安装中的验收把关。
加强质量体系的运行控制，建立严密的质量验收制度。从设备检查、基础划线、设备安装、设备运行的每个细节都必须做到精益求精，认真严谨，以便保证风机安装中的每一条螺栓、每个间隙都能查出施工人，检查人，使的风机时时处处都处于受控状态，从而提高风机的安装质量。
5.2.3 加强与厂家的沟通。
厂家对整体发运的风机，必须特别说明那些部位间隙还需解体检修，因许多厂家要求对厂里已组装的设备不让解体检查，最好厂家现场指导安装，减少由于沟通不到位，引起的安装质量问题。
5.3 提高与风机配套的出入口挡板的安装质量，保证出入口挡板开关灵活，开度与指示一致。
5.4 保证风机在规定的空气动力运行条件下运行。
5.4.1 轴流风机一般情况下建议前导叶开度在20%以上运行，禁止在失速区运行，即出入口挡板必须开关灵活，风机启动时入口烟道挡板闭合，进口导叶闭合，且通风机在达到额定转速以后10秒内，入口烟道挡板必须在最迟1分钟内全部打开，尤其电机采用变频调节的必须保证转速和流量的一致性。
5.4.2 绝对不允许在出入口挡板关闭的情况下运行，会造成风机“喘振” 导致风机振动增大，最后导致叶轮压盘螺栓被震松或震断。
参考文献
［1］ 《成都风机厂轴流风机安装说明书》.
［2］ 《彰山电力责任有限公司一期2×600MW机组建设工程施工图设计》机务部分.
［文章编号］1006-7619（2011）05-08-468
［作者简介］ 郭全红（1967-），女，籍贯：山西平遥人， 职称：工程师，工作单位：山西省电建四公司，毕业于太原电力专科学校电厂热能动力专业。
【关键词】AN系列轴流通风机；风轮压盖螺栓松动；断裂；原因；改善方法
AN Series axial flow fan rotor gland bolts loosening, fracture Failure Analysis and improvement
Guo Quan-hong
(Shanxi Province No.4 electric power construction corporation Taiyuan Shanxi 030012)
【Abstract】AN axial fan with the conditions of safe operation, analysis AN Series axial flow fan rotor gland bolts loosening, fracture, and the reasons and recommend improvements.
【Key words】AN series axial fan;Wind round gland bolts loose;Fracture;Reason;Improvement
1. 引言：
某电厂在168运行时，1#引风机突然因振动增大而停机，停机后拆开联轴器发现风轮压板螺栓发生部分断裂、脱落，通过对设备的质量、安装情况、运行情况进行分析，提出预防AN系列轴流通风机风轮压盖螺栓松动、断裂的措施及改善方法。
2. AN系列轴流风机的结构及工作原理
目前大型发电厂引风机一般均采用AN系列轴流通风机，其主要由进气箱、大小集流器、进口导叶、机壳装配、转动组（传扭中间轴、联轴器、叶轮、主轴承装配）、扩压器、冷风管路和润滑管路等组成。风机工作时，气流由风道进入风机进气箱，经过收敛和预旋后，叶轮对气流作功，后导叶将气流的螺旋运动转化为轴向运动，并在扩压器内将气体的大部分动能转化成系统所需的静压能，从而完成风机的工作过程。
3. 风机安全运行的条件
由风机的结构原理可以看出，风机能否安全运行，必须满足以下三个条件。
3.1 风机的制造质量符合设备技术文件及规范要求。
3.2 风机安装的质量符合设备技术文件及规范要求。
3.3 风机必须在规定的空气动力运行条件下运行。
轴流通风机的运行范围是受失速线的限制。如果超过此极限，首先就必然使叶片处的气流出现局部分离。当风机内存在一定涡流时，就可能产生'喘振'。由此可见风机必须在相应的压力、流量范围内的工况点运行，否则就会对风机造成损伤。风机具体的空气动力运行条件如下：
3.3.1 通风机运行区域。
通风机运行区域是指风机能在不损坏风机的前提下连续稳定运行，且自身可以通过调节进口导叶满足现场要求。如在该范围以外运行，尤其是如果持续运行时间较长，则会造成损坏：如进口流量太小，会产生旋转失速，会出现出力下降过快或振动突然加剧，尤其是在失速下运行将会增加某些部件的负荷，特别是叶片，喘振可使叶轮压盘螺栓被震断或震松。
3.3.2 通风机投运对系统的要求。
每台通风机的出入口烟道必须安装挡板门，且出入口挡板必须开关灵活。风机启动时入口烟道挡板闭合，进口导叶闭合，出口挡板全部打开，且通风机在达到额定转速以后10秒内，入口烟道挡板最迟在1分钟内全部全开，然后可将进口导叶打开到所要求的范围，如入口挡板不能及时打开会导致风机进入失速区运行，同样风机启动前风机出口挡板必须全部打开，否则会使风机内存在一定涡流，就可能产生喘振，因此执行过程最好是自动的。
4. 某电厂引风机风轮压盘螺栓松动断裂故障原因分析
下面我们结合AN轴流风机安全运行的条件，对引风机风轮压盘螺栓松动断裂故障进行了分析总结。
4.1 故障经过及处理过程。
**年*月*日晚1点40分某电厂1#引风机因振动大停机，停机后拆开联轴器发现风轮压板螺栓1条固定，1条断裂，4条脱落，风轮与轴明显有间隙，压板及与风轮接触的地方有不同程度的磨损，随后根据业主和厂家的要求对风轮和轴进行拆除，风轮和轴拆出后我们会同业主和监理一起对风轮内径和轴外径进行了测量，测的风轮内径290.50mm. 轴外径为289.63 mm.轴与轮间隙为87丝,而图纸要求的轮轴配合为2900H7/J16（-1.5-6.8丝）相差较大，需要返厂处理，经讨论研究轴返厂，风轮轴孔现场堆焊然后机加工处理。
4.2 故障原因分析。
4.2.1 可能存在的风机制造质量问题。
风机的风轮安装为悬臂结构，首先风轮按照轮轴配合为2900H7/J16（-1.5-6.8丝）间隙将风轮安装在轴上，然后用法兰压盖将六条M30的8.8级高强螺栓用1200MN的力矩固定在轴端，并将止动片折弯止动。由其结构可见，风轮、轴、风轮压盘及六条M30的8.8级高强螺栓是此故障的关键部件，有一件质量不符合要求都可能导致故障发生，即风轮的内径及轴的外径必须按2900H7/J16（-1.5-6.8丝）配合间隙制造，六条M30的8.8级高强螺栓必须符合技术要求，风轮压板法兰材质及加工尺寸必须符合技术文件的要求。因机壳与风轮组装为整体发运的风机，即风轮与轴已组装到一起，现场已检查不到风轮与轴的间隙，因此没有原始记录。故障发生后检查风轮与轴间隙为87丝, 与图纸要求的轮轴配合为2900H7/J16（-1.5-6.8丝）相差较大，有可能风轮与轴原装配间隙就较大。另外六条M30的8.8级高强螺栓及风轮压板法兰出厂前已安装到位，且厂家没有附带风轮压板法兰及六条M30的8.8级高强螺栓具体图纸，即现场无法检查风轮压板法兰和六条M30螺栓的尺寸及材质。
4.2.2 风机安装过程：
故障发生后我们对风机的安装过程依据原始施工记录及验收记录进行了逐步的追述，按照厂家说明书首先安装机壳，因机壳与风轮组为整体发运的风机，即后导叶组件、叶轮、轴承座已安装到一起，现场我们将风轮上壳体与到货的风轮组件用螺栓连接到一起，吊到预定位置以轴承座为基准找正其垂直度和水平度，粗找正后进行浇灌，水泥强度达到规定后，复查其垂直度、水平度并紧固地脚螺栓。因机壳与风轮组装为整体发运的风机，按照说明书要求现场安装只检查叶轮连接螺栓是否按1200NM的力矩拧紧，止动垫片是否折弯止动就可以，我们除按要求用1200NM的力矩拧紧叶轮连接螺栓，将止动垫片折弯止动，而且还考虑到长途运输路上颠簸会造成轮毂与后导叶芯筒间的轴向间隙会发生变化，所以按以往的安装程序我们对轮毂与后导叶芯筒间的轴向间隙分八点进行了复查，复查值为14.80～15.50mm符合技术文件13～19mm要求，接着安装风轮侧联轴器、中间轴、电机侧联轴器、电机，按照厂家要求找正电机，电机找正要求电机轴线高于风机轴线，电机侧上张口0.20mm,叶轮侧下张0.20mm,电机找正后经监理验收符合厂家说明书要求，具体为电机侧上张0.20mm, 叶轮侧下张0.19mm，经复查风机的整个安装过程均符合设备技术文件的要求。
4.2.3 风机运行情况。
1#引风机八小时试运转时，电机振动、风机振动均未超标，均在2丝左右，如风轮轮毂与后导叶芯筒的轴向间隙不均，或联轴器找正不符合要求，风机在空转时就会产生振动。风机从空转完到配合做各项试验几个月来一直转动正常，振动均在2丝左右，*月*日晚风机振动增大，随后停机检查烟风道出入口挡板及风机本体，*月*日晚12：50再次启动1#引风机开始风机振动不大，后来振动逐渐增大报警1：40停机。从整个运转过程看风机可能进入喘振区导致风机振动增大，最后导致叶轮压盘螺栓被震松或震断。
综合以上分析：我们认为由于风轮与轴原装配间隙就较大，电机在变频情况下运行，会引起入口气流不均，导致风轮振动增大，使叶轮压盘螺栓松动，叶轮与轴产生相对运动，对风轮压盘螺栓施加外力，再加可能进入喘振区运行，最后导致叶轮压盘螺栓震松或震断。
5. 预防措施及改善方法
5.1 通过监制和现场复查的办法改善风机的质量。
风轮、轴、风轮压盘及六条M30的8.8级高强螺栓是此故障的关键的部件，有一件质量不符合要求都可能导致故障发生，厂家和现场必须严格控制这些部件的质量。厂家制造时，风轮的内径、轴的外径、风轮压盘法兰、螺栓必须按图纸要求制造，且材质、规格及风轮的飘偏，轴的弯曲度必须符合图纸及规范要求，设备制造完以后，业主配合厂家对风机进行预组装及试转，通过预组装及试转及时发现问题及时修整。另外由于长途运输，可能会造成设备的某些部件松动或损坏，因此现场安装时，施工单位必须配合厂家、业主、监理对所有设备进行详细的检查（包括各部分间隙），以便及时发现问题及时处理，避免将受损的、不合格的设备安装到位，影响设备的运转质量。
5.2 提高风机的安装质量。
5.2.1 施工前必须进行详细的交底。
技术人员必须根据厂家图纸及规范要求对现场施工人员进行详细的交底，施工人员多和技术人员沟通对不确定的东西必须弄清楚才能安装。
5.2.2 加强风机安装中的验收把关。
加强质量体系的运行控制，建立严密的质量验收制度。从设备检查、基础划线、设备安装、设备运行的每个细节都必须做到精益求精，认真严谨，以便保证风机安装中的每一条螺栓、每个间隙都能查出施工人，检查人，使的风机时时处处都处于受控状态，从而提高风机的安装质量。
5.2.3 加强与厂家的沟通。
厂家对整体发运的风机，必须特别说明那些部位间隙还需解体检修，因许多厂家要求对厂里已组装的设备不让解体检查，最好厂家现场指导安装，减少由于沟通不到位，引起的安装质量问题。
5.3 提高与风机配套的出入口挡板的安装质量，保证出入口挡板开关灵活，开度与指示一致。
5.4 保证风机在规定的空气动力运行条件下运行。
5.4.1 轴流风机一般情况下建议前导叶开度在20%以上运行，禁止在失速区运行，即出入口挡板必须开关灵活，风机启动时入口烟道挡板闭合，进口导叶闭合，且通风机在达到额定转速以后10秒内，入口烟道挡板必须在最迟1分钟内全部打开，尤其电机采用变频调节的必须保证转速和流量的一致性。
5.4.2 绝对不允许在出入口挡板关闭的情况下运行，会造成风机“喘振” 导致风机振动增大，最后导致叶轮压盘螺栓被震松或震断。
参考文献
［1］ 《成都风机厂轴流风机安装说明书》.
［2］ 《彰山电力责任有限公司一期2×600MW机组建设工程施工图设计》机务部分.
［文章编号］1006-7619（2011）05-08-468
［作者简介］ 郭全红（1967-），女，籍贯：山西平遥人， 职称：工程师，工作单位：山西省电建四公司，毕业于太原电力专科学校电厂热能动力专业。