大型汽輪發(fā)電機組聯(lián)軸器螺栓拆卸困難的原因分析

大型汽輪發(fā)電機組聯(lián)軸器螺栓拆卸困難的原因分析

隨著發(fā)動機容量的增加，國內(nèi)收割機的安裝和拆卸變得越來越困難。在國外,采用聯(lián)軸器液壓拉伸螺栓替代傳統(tǒng)的聯(lián)接螺栓,解決了這一難題。這種先進的液壓螺栓在歐洲電站及大型艦船已廣泛采用,GE公司也在大型發(fā)電機組上開始推廣應用。國內(nèi)進口的大部分法國ALSTOM生產(chǎn)的350MW和核電900MW機組,如江油發(fā)電廠、珞璜電廠、大亞灣和嶺澳核電站的汽輪發(fā)電機組的聯(lián)軸器螺栓均用這種液壓螺栓,而國產(chǎn)機組在這項技術(shù)上還是空白。東方汽輪機廠(東汽廠)和華能上安電廠協(xié)作,研制出具有先進水平的聯(lián)軸器液壓拉伸螺栓系統(tǒng),并成功地應用于華能上安電廠國產(chǎn)300MW機組上。1傳統(tǒng)螺釘與彈性螺釘?shù)谋容^1.1螺栓安裝在用不長期的情況下見表2根據(jù)定位精度和傳遞扭矩的要求,螺栓與孔的間隙保證在0.03mm以內(nèi),且具有良好的直線度和光潔度。對此,在汽輪發(fā)電機組安裝時,現(xiàn)場鉸孔一般很難達到,使螺栓穿進孔時非常困難。如果強行將螺栓打進去,會使螺栓及螺孔遭受損傷,且下次拆卸時會更加困難。國內(nèi)某大型電廠,用了整整10天時間才將12支聯(lián)軸器螺栓拆卸下來,且有一半螺栓已經(jīng)嚴重損壞。有的電廠為取出螺孔里的聯(lián)結(jié)螺栓,經(jīng)常要使用大鐵錘、鋸子、氧乙炔、千斤頂、鉆床等輔助工具,費工費時。由于拆卸困難,使得軸系中心調(diào)整工作只能在長時間停機的前提下實施,不利于解決安裝調(diào)試過程中出現(xiàn)的軸系振動問題。即使是計劃性大修,因為拆卸和組裝聯(lián)軸器花費很多時間,經(jīng)常造成檢修進度被打亂和工期延誤的情況。通常,普通螺栓影響工期還表現(xiàn)在以下方面:(1)備件供應周期長:因強力拆卸造成螺栓毀損。若庫存?zhèn)浼怀渥?必須向制造廠家訂購,供應周期難以保證。(2)螺孔拉毛,給聯(lián)軸器造成不可逆的損傷,需重新鉸孔,要花費大量寶貴的檢修時間。為了將螺栓穿入螺孔,現(xiàn)場鉸孔時放大了間隙,這勢必會影響聯(lián)軸器的定位精度。通常螺栓的緊固是靠人力用大扳手擰緊螺母來實現(xiàn),既不均勻,也不好控制。無法保證聯(lián)軸器2個端面之間維持正壓力和靜摩擦力。尤其在電網(wǎng)振蕩對軸系產(chǎn)生巨大沖擊時,螺孔不均勻的間隙會使螺栓承受巨大的不均勻剪切力,導致聯(lián)軸器的兩側(cè)端面出現(xiàn)錯位。這是軸系發(fā)生工頻倍頻振動的原因之一,直接威脅機組的穩(wěn)定運行。1.2安裝裝卸過程費用高,人力成本高普通聯(lián)軸器螺栓及螺孔在拆裝過程中極易受到損傷,這實際上已經(jīng)影響到轉(zhuǎn)子的壽命。安裝拆卸過程費工費時,人力成本高。但更重大的損失是檢修周期延長所造成的停機損失,一臺300MW機組,多停機一天,經(jīng)濟損失就達上百萬元。1.3延長螺釘?shù)奶匦?.3.1螺栓的使用液壓拉伸螺栓是20世紀80年代由歐洲發(fā)展起來的一門新興技術(shù),與傳統(tǒng)的聯(lián)接方式相比,具有許多突出的優(yōu)點。液壓螺栓的結(jié)構(gòu)較簡單(圖1),其工作原理與普通膨脹螺栓相似,使用時用液壓拉伸器將螺栓拉緊。液壓螺栓使用方法:(1)先將螺栓2與錐形套4放入聯(lián)軸器螺孔中。錐形套與螺孔具有較大的間隙,便于螺栓與聯(lián)軸器螺孔的裝配;(2)利用1個定位套將錐形套限制在螺孔的中間位置;(3)用拉伸桿旋進拉伸用錐形螺孔6,在液壓拉伸器軸向拉力的作用下,使螺栓沿軸向拉伸,強制錐形套4膨脹,外徑變大,在螺孔中產(chǎn)生過盈配合,完全消除螺栓與螺孔之間裝配間隙,達到精確定位。利用液壓拉力拉伸螺栓,可準確控制螺栓緊力,達到很高的聯(lián)接精度。1.3.2機構(gòu)操作的作用液壓螺栓避免了傳統(tǒng)聯(lián)接螺栓存在的缺陷,并具有以下優(yōu)點:(1)螺栓與聯(lián)軸器螺孔裝配時留有較大間隙,便于快捷安裝。采用錐面結(jié)構(gòu),可實現(xiàn)快速拆卸,消除螺栓卡死及其表面損傷等故障;大大提高工作效率,降低勞動強度,減少拆裝所耗費的時間。(2)容易達到同心度要求,而且徑向過盈配合可避免發(fā)生聯(lián)軸器法蘭盤間的滑移錯位現(xiàn)象。(3)由于液壓力能準確控制螺栓的伸長量和緊力,從而能在聯(lián)軸器法蘭盤間建立起巨大的正壓力和摩擦力,可使螺栓承受的剪切力降低,延長螺栓壽命,并消除法蘭盤間的錯口現(xiàn)象。(4)液壓螺栓可反復使用,無需替換備件;不會對聯(lián)軸器螺孔造成損傷。2計算單臂螺釘?shù)膹姸?.1剪切力的計算周向拉應力:σ=288MPa<[σ]=343MPa。剪切力計算:按運行過程中扭矩完全由錐套以及螺栓承受的剪切力來傳遞:τ=61.3MPa<[τ1]=162MPa。短路狀態(tài),以6倍額定功率計算:τ=334MPa<[τ2]=471MPa。2.2計算螺釘強度的公式在最大拉力時,F=36t,σ=240MPa<[σ]=281MPa。2.3最大拉力和最大拉力M52×3,L=40的螺母,可承受的最大拉力為96t,而目前最大拉力僅為36t,安全余量很大。由液壓螺栓強度計算可以看出,各部件的強度具有足夠的裕度,完全能滿足安全使用要求。3拉伸螺栓試驗裝置及試驗過程開發(fā)研制過程中,在完成大量的理論分析和強度計算后,進行了液壓拉伸螺栓的實物試驗,進一步驗證螺栓的受力情況與拉伸量、拉應力的關(guān)系,修正理論計算結(jié)果,對液壓拉伸螺栓的現(xiàn)場安裝和應用有著非常重要的指導意義。(1)裝配前測量螺栓的原始長度,將螺栓以及錐套放入模擬聯(lián)軸器螺栓孔的試驗裝置中。(2)聯(lián)接好液壓系統(tǒng),用百分表測量螺栓的伸長量。(3)開始加壓,在不同壓力下記錄伸長數(shù)據(jù)。當達到一定壓力時,用手擰緊螺母,釋放壓力。(4)測量螺栓長度,與原始長度的差異就是螺栓的伸長量。(5)對拉伸數(shù)據(jù)進行分析,確定壓力和拉伸量的準確值。(6)拆卸過程基本上是安裝過程的反過程,記錄在不同的壓力下的數(shù)據(jù)。螺栓取出后,測量螺栓的長度,結(jié)果發(fā)現(xiàn),這時的螺栓長度和試驗之前完全一樣。各部件表面無任何損傷。由試驗結(jié)果可以確定各種安裝數(shù)據(jù)和安裝程序,對于指導用戶正確安裝使用是非常必要的。試驗過程以及結(jié)果證明,液壓拉伸螺栓的設計是成功的,制造水平達到了預期的目標。液壓拉伸螺栓的實物試驗為在大型汽輪機組上實際應用奠定了安全可靠的基礎。4螺栓的切割在2002年底,華能上安電廠4號汽輪機組(東汽廠產(chǎn)D300HN4)大修過程中,拆卸聯(lián)軸器螺栓時,有幾只螺栓最后用氧乙炔切割才取出,絕大部分螺孔表面嚴重拉傷,且多根螺栓報廢。為了徹底解決聯(lián)軸器螺栓的拆裝問題,節(jié)省大修時間,采用了東汽廠生產(chǎn)的聯(lián)軸器液壓拉伸螺栓替代傳統(tǒng)的聯(lián)接螺栓。4.1安裝現(xiàn)場準備過程4.4.1有關(guān)創(chuàng)設植物葉片結(jié)構(gòu)放射線路圖2由于拆卸螺栓,使大部分螺栓孔損傷,對此開發(fā)了現(xiàn)場專用的鏜孔機(圖2),此機造價僅是國外同樣機型的十分之一。(1)軸系找中后,擰緊聯(lián)軸器上4條臨時螺栓,以保證轉(zhuǎn)子對中不變;(2)用塑料布覆蓋對輪下的軸承箱,防止雜物污染;(3)鏜孔時,測量螺孔的原始尺寸和鏜孔后最終尺寸;(4)鏜孔的尺寸、橢圓度、光潔度、錐度要求達到汽輪機出廠技術(shù)要求;(5)復檢尺寸,按孔內(nèi)徑配磨螺栓錐套。4.1.2總重量差額的確定聯(lián)軸器液壓螺栓按要求進行了配重,保證對稱螺栓、螺母等總重量相差在允許范圍以內(nèi)。聯(lián)軸器液壓螺栓的安裝按”聯(lián)軸節(jié)液壓螺栓的安裝手冊(用戶版)要求進行(圖3)。4.2運營并操作華能上安電廠4號機組檢修后投入運行,其間經(jīng)歷了超速試驗,帶滿負荷300MW,