汽輪機的大型可靠螺栓連接件

周珩磊

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

1 引言

對于利用剪切力鎖緊的剛性聯軸節來說，兩個聯軸節半部依靠它們與驅動件的表面接觸來傳遞扭矩，這時驅動件本身承受的是剪切力。

根據剪切式聯軸的承載能力，在聯軸節和驅動件之間的接觸壓力與驅動件的剪切載荷同等重要。通常，聯軸節的尺寸都是根據剪切載荷予以確定。相當高的接觸壓力僅通過經驗所得的安全系數予以考慮。如果在設計階段通過分析來計算表面壓力，則可以明顯提高聯軸節的承載能力，從而減小所取用的安全系數。在實踐中，采用多頂緊螺栓緊固件可獲得較高的承載能力。

2 擰緊和松卸的問題

在擰緊高扭矩傳遞的聯軸節連接件時，聯軸節螺栓的擰緊和松卸是最大的問題。

在擰緊聯軸節螺栓時，人們總是試圖獲得盡可能高的預載荷，以便把兩個聯軸節半部固緊在一起。由于傳遞的扭矩大，而且隨著技術的完善還會增大，就需要采用大直徑的螺栓。但是，大直徑的螺栓難以擰緊。目前常用的擰緊方法如下：

（1）力矩擰緊法。采用力矩擰緊法時，先把螺母套在螺栓上，然后按照規定的力矩予以擰緊。由于力矩的增大與螺紋直徑的三次方成比例，這種擰緊法很快就達到了極限。當螺紋直徑達到M24或更大，單靠人力已無法保證可靠地擰緊聯軸節螺栓，必須改用機械工具、氣動工具或液壓工具。而這些工具通常都較笨重、昂貴，并需要較大的操作空間。

（2）機械擰緊法。機械擰緊法可能比較理想，因為這時螺栓和連接法蘭同時被預緊，在理論上螺栓可以達到最大拉伸量。

（3）多頂緊螺栓緊固件。多頂緊螺栓緊固件能精確達到目的，也就是說，利用較小的螺栓連接件可以獲得同樣的預載荷，從而使連接系統更緊湊、剛性更好、更經濟。因此，采用機械式多頂緊螺栓緊固件是一種理想的解決方法。這時所要求的操作空間較小，用簡單的機械工具就可擰緊,材料可得到最佳利用，而且拆卸時毫無困難。

3 多頂緊螺栓介紹

（1）結構。有一個螺母本體，與標準緊固件一樣被擰緊在連接螺栓上。在螺母的主螺紋四周有若干個小的頂緊螺栓。連接面的緊密性不是依靠主螺紋的擰緊，而是依靠這些小的頂緊螺栓來實現。每個頂緊螺栓產生一個小的壓緊力，但加起來就成為了很大的預載荷。

（2）擰緊。采用多頂緊螺栓時，主螺紋在載荷下不會發生移動，只需把所有小的頂緊螺栓擰緊就可。擰緊小尺寸頂緊螺栓所需的力僅僅是擰緊主螺紋所需力的一小部分，因為擰緊力矩與螺紋直徑的三次方成比例。

相對于大螺紋來說，小螺紋較容易處理，而且能較精確地擰緊。利用普通的力矩扳手獲得的預載荷誤差為±10%，通過同時測量螺栓的延伸率，就能獲得精確的預載荷。

（3）拆卸。小直徑螺栓的拆卸比大直徑螺栓容易得多，但要注意，必須使各頂緊螺栓逐步減少載荷。如果使頂緊螺栓一個接著一個完全卸載，則整個載荷將落到其余螺栓上，這一點在具體操作時很容易被疏忽。此外，利用專門的松卸程序時，即使多頂緊螺栓緊固件過載，也能無損地松卸。通常，可以先把一個頂緊螺栓完全松開，重新上潤滑劑后，再用比原來高10%的力矩重新擰緊。這時，相鄰的各頂緊螺栓就變得松動。用這種方法可以在很短的時間內松卸多頂緊螺栓緊固件，而不會產生其它問題。

（4）優點。多頂緊螺栓緊固件不僅在擰緊和松卸方面比標準緊固件優越，而且在運行方面也具有很大的優越性。因為所達到的預載荷可以在盡可能長的時間內保持不變。載荷的不均勻、螺紋的塑化和變形等，只需要通過緊固件的高彈性就能予以控制。預載荷能保持更長的時間，使連接面保持可靠的緊密性。所以，其載荷的分布要比傳統的緊固件更為均勻。

由于載荷分布均勻，延長了螺栓的使用壽命，因為載荷集中程度較低，降低了出現裂紋的危險。對8.8級M42螺栓連接系統的疲勞試驗證明，多頂緊螺栓緊固件的使用壽命為傳統緊固件的2.5～4倍。

4 結語

大型聯軸節的螺栓連接件在運行時常常出現問題。利用摩擦型聯軸節無法傳遞所需的力矩，因為無法達到或無法保持所需的軸向預載荷。采用正向（持續）鎖緊的聯軸節，又會在聯軸節法蘭之間承受負荷時發生位移，導致聯軸節螺栓的變形，以及松卸時的磨損。在檢修時往往必須更換聯軸節螺栓，成本較高，而且還需要修復聯軸節法蘭。

采用多頂緊螺栓緊固件能有效地解決這些問題。只需使用簡單的手持力矩扳手，就可以非常精確地達到預載荷要求。由于高彈性和均勻的負荷分布，預載荷能保持較長的時間，聯軸節能保持緊密連接。此外，還能迅速松卸，節省時間和費用。因此，采用多頂緊螺栓緊固件是控制高傳遞扭矩的聯軸節螺栓連接系統的理想解決措施。