某水力发电厂受油器操作油管螺栓断裂原因分析及处理措施

某水力发电厂受油器操作油管螺栓断裂原因分析及处理措施

秦小龙

（湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司湖南省长沙市410004）

摘要：对某水力发电厂受油器操作油管断裂的螺栓，从宏观检查、化学成分、金相检验、硬度试验等进行原因分析，并采取有效处理措施，以满足水轮机组安全运行的要求。

关键词：操作油管螺栓断裂原因分析处理措施

一、前言

某水力发电厂2012年10月23日16时，1号机组导叶与桨叶工作不能协联，11月18日检查受油器更换磨损严重的2块上浮动瓦。11月23日开机运行，因受油器发出异响停机检查，受油器下浮动瓦烧瓦抱死在操作油管上且2个定位销被剪断，下浮动瓦下部被销钉磨成一道深约3mm凹槽。拆除相关部件取出中操作油管，发现主轴位于转轮活塞接力器与下操作油管法兰面的16个连接螺栓已断裂15个。螺栓规格M12mm、材质235A（强度4.8级），弹簧垫圈材质65Mn，螺母材质65Mn。

二、宏观检查分析

经解体，转轮活塞接力器与操作油管法兰连接螺栓断裂位置及局部检查如图1、2。从现场看出：（1）断裂的螺栓光杆磨损明显，断面无明显颈缩；（2）接力器与操作油管法兰面螺栓孔一一对应沿切线方向变形，无明显变形的螺栓孔与之对应无明显磨损的断裂螺栓光杆；（3）法兰面与螺母之间垫圈碰磨导致断裂螺栓丝扣损坏；（4）所有螺母丝扣完好，部份螺母靠垫圈端面磨损及垫圈变形严重失效；（5）断裂的螺栓和螺母全部分离。

图1螺栓靠近光杆断裂、螺母丝扣完好、垫圈变形；接力器及操作油管法兰螺栓孔同切线方向变形

图2螺栓断面平整无明显颈缩；螺栓光杆弯曲有磨损痕迹、垫圈失效；螺母丝扣完好

三、化学成分分析

取螺栓断样化学成分分析。#1指断裂的螺栓，4.8级，材质235A；#2指螺母，材质65Mn；#3指垫圈，材质65Mn。分析结果：断裂螺栓的C含量高于GB/T700-2006《碳素结构钢》标准要求，其余元素含量符合标准要求；螺母和垫圈的C、Mn和Si含量均低于GB/T1222-2007《弹簧钢》标准要求，其余元素含量符合标准要求。如表1：

四、微观组织分析

取螺栓（规格M12mm，材质235A）断样纵截面金相检验，参照DL/T884-2004《火电厂金相检验与评定技术导则》。检验结果：螺栓螺牙边部有裂纹，芯部金相组织为珠光体+网状铁素体。

五、硬度试验分析

试样太小不能进行布氏硬度试验，洛氏硬度低于20HRC，无测量意义。#1指断裂的螺栓，4.8级，材质235A；#2指螺母，材质65Mn；#3指垫圈，材质65Mn。执行标准GB/T231.1-2009《金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》、GB3098.1-2000T《紧固件机械性能螺栓螺钉和螺柱》。

六、螺栓断裂原因分析

螺栓断裂宏观检查分析发现：螺栓断裂主要是在剪切应力作用下产生的，而据现场情况推测主要原因之一是接力器与操作油管法兰面连接螺栓与螺母存在松动及结合面局部形成间隙，两者同步高速旋转下摆动的不平衡性使结合面连接螺栓产生扭矩；连接螺栓光杆在剪切应力作用下与螺栓孔内壁产生碰磨，垫圈在法兰面与螺母之间碰磨失效；螺母在重力、碰磨及振动力共同作用下逐步脱离螺栓。理化试验表明，连接螺栓含碳量过高脆性断裂；螺母和垫圈含C、Mn、Si含量过低塑性过大而易致垫圈失效和螺母松动；但也不排除螺母预紧力未达标准要求等因素。

七、结论

综上所述推断，分析转轮活塞接力器与操作油管法兰面连接螺栓断裂主要原因之一是连接螺栓螺母存在松动，在操作油管摆动和机组振动等共同作用下，使螺栓在剪切应力作用下产生了脆性断裂。而螺母存在松动，不能排除操作油管摆动、机组运行振动、螺栓、螺母和垫圈材质、螺母预紧力等因素的影响。

八、处理措施

1、更换1号机组转轮活塞接力器与操作油管法兰面16个连接螺栓等损坏部件，确保更换部件质量符合设计要求；对安装质量及运行操作规程严格把关，确保机组运行安全。

2、电厂应举一反三，加强定期对转轮活塞接力器与操作油管法兰面连接螺栓等及同类机组相应部件的检查，发现问题及时处理，避免类似事故的发生。

参考文献

（1）DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》

（2）DL/T884-2004《火电厂金相检验与评定技术导则》