2-汽輪發(fā)電機(jī)組液壓對(duì)輪螺栓改造

350MW汽輪發(fā)電機(jī)組液壓對(duì)輪螺栓改造肖榮強(qiáng)汪永久杜東明孫厚武

（華能大連電廠）摘要：大型汽輪發(fā)電機(jī)組的聯(lián)軸器螺栓拆卸困難的問題，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，一直困擾著電廠的安裝及檢修工作。華能大連電廠利用機(jī)組檢修的機(jī)會(huì)，應(yīng)用東方汽輪機(jī)廠的技術(shù)人員研發(fā)的液壓拉伸螺栓，對(duì)高、低壓對(duì)輪及低、發(fā)對(duì)輪傳統(tǒng)聯(lián)接螺栓進(jìn)行了改造，獲得了較大的成功。關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)聯(lián)軸器液壓螺栓以往汽輪機(jī)聯(lián)軸器法蘭螺栓聯(lián)接的概念是依靠緊密間隙緊固即鉸孔直徑接近法蘭螺栓的直徑。這類螺栓的安裝及拆卸耗時(shí)費(fèi)力，由于間隙很小需要小心放入，否則螺栓容易卡死在聯(lián)軸器螺孔內(nèi)。另外，裝上螺栓后，上緊螺母通常需要重型力矩緊固設(shè)備，有時(shí)甚至需要用行車來(lái)幫忙。使用液壓螺栓可以很好地解決了這個(gè)問題，與膨脹螺栓相似，它使用錐形配套的原理，徑向緊固螺栓比常規(guī)螺栓大3?5倍的間隙裝入螺孔中，再用液壓泵將套筒內(nèi)的徑向緊固螺栓拉動(dòng)，在錐形套筒內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使套筒在聯(lián)軸器螺栓孔內(nèi)膨脹，使用輕型的液壓裝置向徑向緊固螺栓施加一個(gè)精確的軸向負(fù)載，從而達(dá)到徑向緊固的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，無(wú)論使用何種材料，在此緊固的過(guò)程中，套筒絕對(duì)不會(huì)脫離聯(lián)軸器螺栓孔的孔壁。每個(gè)螺栓的整個(gè)安裝過(guò)程需時(shí)約15?20分鐘。1液壓螺栓的發(fā)展情況及其使用優(yōu)點(diǎn)液壓螺栓是二十世紀(jì)八十年代由歐洲發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，最早應(yīng)用是在1994年左右。它的出現(xiàn)和在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中表現(xiàn)出的優(yōu)良性能，使得該技術(shù)迅速在潛艇輪機(jī)、海輪輪機(jī)、發(fā)電廠等大型汽輪機(jī)組上得到廣泛應(yīng)用。在新進(jìn)口的汽輪發(fā)電機(jī)組上的聯(lián)軸器，基本上隨機(jī)配備了這種產(chǎn)品。液壓螺栓在歐洲電站及大型艦船上已廣泛采用。國(guó)內(nèi)進(jìn)口的部分法國(guó)ALSTOM的350MW和900MW汽輪發(fā)電機(jī)組，如四川江陰發(fā)電廠、重慶珞璜電廠、廣東大亞灣核電廠、廣東嶺澳電廠等采用的是這種連接螺栓［1］，另外，華能福州及華能岳陽(yáng)電廠都由傳統(tǒng)連接螺栓改為了液壓螺栓［2］，也收到了良好的效果。與傳統(tǒng)的液壓螺栓相比，液壓螺栓具有安裝間隙小、拆卸容易、定位精確、對(duì)軸系振動(dòng)影響小、備件周期短、螺孔不易拉傷、拆裝時(shí)間短等諸多優(yōu)點(diǎn)，具體比較情況見表1。表1傳統(tǒng)連接螺栓與液壓拉伸螺栓的對(duì)比傳統(tǒng)聯(lián)接螺栓液壓拉伸螺栓安裝間隙大小按制造場(chǎng)要求0.01-0.03mm，但一般要放大到0.06-0.1mm，甚至更大傳入時(shí)0.10mm左右，安裝后，間隙被消除拆裝難易程度安裝、拆卸較困難，有時(shí)只能強(qiáng)行將螺栓拆裝，使螺栓及螺孔遭受嚴(yán)重破壞較大間隙條件下插入螺孔，安裝快捷且容易，拆卸時(shí)間隙恢

傳統(tǒng)聯(lián)接螺栓液壓拉伸螺栓復(fù)，輕松取出定位精度由于必須留有間隙，勢(shì)必會(huì)影響聯(lián)軸節(jié)的定位精度，甚至出現(xiàn)張口和錯(cuò)位錐套擴(kuò)張使螺栓與螺孔之間的間隙被消除，定位精度高對(duì)軸系振動(dòng)的影響法蘭盤張口錯(cuò)位，螺栓承受巨大的不均勻剪切力，可能造成是軸系振動(dòng)，給機(jī)組穩(wěn)定性帶來(lái)很大的危害由于能在落空中形成可控的徑向過(guò)盈配合，從而避免了聯(lián)軸器法蘭盤間的滑移錯(cuò)位，有利于消除機(jī)組振動(dòng)備件周期強(qiáng)力拆卸造成了螺栓毀壞，庫(kù)存?zhèn)浼蛔?，需向廠家訂購(gòu)，周期難以保障拆卸方便快速，螺栓不會(huì)受損傷，可重復(fù)使用螺孔是否拉傷螺孔拉毛，給聯(lián)軸節(jié)造成不可逆的損傷，需重新鉸空，需花費(fèi)時(shí)間錐面結(jié)構(gòu)可快速拆卸，消除螺栓卡死、螺孔表面損壞應(yīng)急能力應(yīng)急能力差，延誤工期。便于解開聯(lián)軸節(jié)，分析解決振動(dòng)等問題，應(yīng)急能力強(qiáng)使用壽命經(jīng)常要更換損壞的螺栓與機(jī)組壽命等同，可重復(fù)使用拆裝時(shí)間一般三天至半月不等一天可拆裝完所有螺栓經(jīng)濟(jì)效益螺栓損毀，螺孔損傷，影響轉(zhuǎn)子的壽命。以一臺(tái)300MW機(jī)組為例，停機(jī)一天產(chǎn)值損失就達(dá)百萬(wàn)元2液壓螺栓的使用原理液壓螺栓由一只外部是錐形的芯軸和內(nèi)孔也是錐形的外套、還有兩端可拆卸的兩只螺母所組成，具體部件組成情況請(qǐng)參照右圖1。安裝時(shí)，當(dāng)錐形面螺桿在軸向拉力的作用下，使錐形套受力向外膨脹，外徑變大，使螺栓和錐套在螺孔中產(chǎn)生適當(dāng)?shù)倪^(guò)盈配合，完全消除預(yù)留的較大螺孔間隙，達(dá)到精確定位，再利用強(qiáng)大液壓拉力拉伸螺栓后擰緊兩端螺母，可準(zhǔn)確控制螺栓緊力，達(dá)到很高的連接精度與連接強(qiáng)度。特別重要的是，錐形螺栓很容易退出，錐套自然收縮，間隙恢復(fù)到安裝時(shí)的水平，即可輕松取出整套螺栓。3液壓螺栓的強(qiáng)度計(jì)算液壓螺栓具有傳統(tǒng)螺栓所不具有的優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)螺栓畢竟出現(xiàn)時(shí)間早，經(jīng)歷了上百年的使用證明其強(qiáng)度能夠得到保證，因此有必要對(duì)液壓螺栓各部件的使用強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，確保其使用安全。3.1螺栓的強(qiáng)度計(jì)算按照西屋公司規(guī)范《PH25718.01》，要求對(duì)輪螺栓必須滿足下列公式：nAKD53/16D』式中n：螺栓總數(shù)量；A：每個(gè)螺栓最小斷面面積（英寸2）；D2：螺栓中心孔直徑（英寸），D2=740mm；；D5：聯(lián)軸器最小處直徑（英寸），D5=652mm；n：。/。A e；OA螺栓裝配應(yīng)力，磅/（英寸2）。按照西屋公司規(guī)范《PH25720.01》，螺栓裝配應(yīng)力。=33000+10%磅/（英寸2）。AOe軸的疲勞極限，磅（英寸2）。相當(dāng)于軸抗拉強(qiáng)度極限b的1/4以材質(zhì)是30Cr1Ni4MoV軸為例，Ob=917Mpa。O=1/4oe b=1/4X917Mpa=229.25Mpa=33242.59磅/（英寸2）;n=o/oAe=33000^33242.59=0.9927;A=1/4nu2=1/4n（51^25.4）2=3.1647（英寸2） u是液壓螺栓的最小截面直徑，U=51mm;nA=18X3.1647=56.966（英寸2）;nD53/16D』=〔nX（652/25.4）3〕：〔16X（740/25.4）X0.9927〕=11.325（英寸2）。因?yàn)?6.966^11.325艮KnAAnD53/16D2n，所以螺栓合格。3.2螺栓的剪應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算C422螺栓的抗拉屈服極限Os=760Mpa。其剪應(yīng)力的許用值"〕按照西屋公司規(guī)《PH25718.01》，在額定工況下按照下式計(jì)算〔T〕=Os/6.563=115.8Mpa。在運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行扭矩完全由錐套及螺栓承受的剪切力來(lái)傳遞，螺栓受到的剪應(yīng)力：T=1.69KWX105/nD2NA=1.1KW/120n2D2u2式中KW:汽機(jī)功率35000千瓦；n：螺栓總數(shù)量18根；A：每個(gè)螺栓最小斷面面積3.1647（英寸2）；D2：螺栓中心孔直徑（英寸），D2=（740mm/25.4）=29.134；N:轉(zhuǎn)數(shù)3000rpm；U是液壓螺栓的最小截面直徑，u=51mm;T=1.69KWX105/nD2NA=(1.69X35000X105):(18X29.1342X3000X3.164)=40.787MpaV〔T〕=o/6.563s=115.8Mpa。TV〔T〕合格。3.3螺栓的拉應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算C422螺栓的抗拉強(qiáng)度極限〔。J=980Mpa。許用〔。"=281Mpa?？磕Σ硫?qū)動(dòng)的聯(lián)軸器所需求的拉應(yīng)力Ob=6.76KWX105/nD2NA=(6.76X35000X105):(18X29.1342X3000X3.164)=164.387MpaV〔o"=281Mpa。合格。3.4錐形套的強(qiáng)度計(jì)算周向拉應(yīng)力：在最大拉力時(shí)，F(xiàn)=36T計(jì)算得b=288MpaV[錐套設(shè)計(jì)b]=343Mpa，符合要求。3.5螺母的強(qiáng)度計(jì)算M52X3,L=50可承受的最大拉力為98T,而目前的最大拉力僅為36T，安全余量很C422螺母的抗拉強(qiáng)度極限〔OJ=980Mpa。許用〔O"=281Mpa。擠壓強(qiáng)度應(yīng)力：F=36000X9.80=352800(N),A0=1/4n(u]2-U22)=1/4n(802-592)X10-6=0.0022914(mm2)U是螺母的有效截面直徑。O廣F0/A0=352800^0.0022914=154MpaV〔O『=281Mpa。合格。綜上所述，根據(jù)對(duì)螺栓、錐形套、螺母的計(jì)算可知，液壓螺栓完全能夠滿足350MW機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行需要。4檢修工藝及質(zhì)量要求液壓螺栓的安裝并不是很復(fù)雜，但一定要按照檢修的工藝及質(zhì)量要求進(jìn)行檢修，下面是安裝的關(guān)鍵工藝。（1） 、聯(lián)軸器對(duì)輪螺栓孔直徑測(cè)量、鉸孔，當(dāng)鏜孔的尺寸、橢圓度、光潔度、錐度達(dá)到汽輪機(jī)出廠標(biāo)準(zhǔn)后，測(cè)量聯(lián)軸器孔徑的最終尺寸。按鏜孔后聯(lián)軸器孔徑尺寸配磨錐形套，使其尺寸小于聯(lián)軸器孔徑尺寸0.06mm?0.08mm[3]。（2） 、清掃聯(lián)軸器端面及銷孔內(nèi)雜質(zhì)，并用白布擦干凈，再將各螺栓、螺母、錐形套筒用無(wú)水酒精清掃干凈，絕對(duì)不能使用任何油脂潤(rùn)滑，并檢查是否匹配。（3） 、將螺栓（發(fā)電機(jī)側(cè)帶著螺帽）裝入錐形套筒，錐形套筒的大頭方向是發(fā)電機(jī)側(cè)，小頭方向是調(diào)門側(cè)，在調(diào)門側(cè)加入定位套及液壓扳手，對(duì)螺栓及錐形套進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊壓力為600bar[3]。預(yù)緊后液壓扳手卸壓，并在小頭側(cè)擰上另一個(gè)螺帽，液壓扳手再次加壓到960bar：3]，對(duì)螺栓的錐套加壓擰緊。為了確保螺栓均保持規(guī)定的最大負(fù)荷，需按以上工藝重新對(duì)每個(gè)螺栓施加規(guī)定960bar壓力，重新校準(zhǔn)各個(gè)螺母的緊力。5結(jié)論經(jīng)過(guò)對(duì)輪螺栓改造后的機(jī)組運(yùn)行情況良好，機(jī)組具體振動(dòng)情況如下表所示，改造獲得了極大的成功。下表是液壓螺栓改造后未經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡調(diào)整的機(jī)組振動(dòng)值，振動(dòng)最大也只有0.06mm。表2 汽輪機(jī)各瓦振動(dòng)表軸承軸承金屬溫度軸振動(dòng)軸承回油溫度°CX(um)Y(um)C#177.829.8825.7952#28039.1638.3349.4#364.739.7