淺談液壓拉伸螺栓在抽水蓄能機組中的應用

李貴桃

（江蘇沙河抽水蓄能發電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

淺談液壓拉伸螺栓在抽水蓄能機組中的應用

李貴桃

（江蘇沙河抽水蓄能發電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

摘要：抽水蓄能機組一般水頭較高，結構緊湊，與常規水電機組相比，在同等容量下，機組各部件所承受的動載荷、沖擊力等均較大，故抽水蓄能機組對各部件之間的連接螺栓要求較高，如螺栓的性能、結構、預緊力等。本文主要闡述液壓連接螺栓在江蘇沙河抽水蓄能機組中的應用及相關工藝要求等，希望能為同行提供一定的借鑒作用。

關鍵詞：抽水蓄能機組；液壓拉伸螺栓；工藝特點

1概述

江蘇沙河抽水蓄能電站安裝2臺單機額定容量為50MW立軸單級可逆混流式水泵水輪機（HLN178-LJ-332）及三相立軸懸式空冷可逆式同步發電電動機（SFD50-20/630），主機設備由法國ALSTOM設計制造，總裝機容量為100MW，設計年發電量1.82億kW·h。其中水泵水輪機安裝高程為-8m，發電額定水頭97.7m，單機發電額定流量60.8m3/s，抽水最小揚程101m。

抽水蓄能機組一般水頭較高，具有發電、抽水、調相等多種運行工況，因而在設計制造時，對結構部件本身的強度、連接可靠性等要求均較高。抽水蓄能電廠的土建投資占比達70%～80%，其中，廠房開挖是土建工程的重點，其開挖量的大小直接影響到整個工程的投資額。而液壓拉伸連接螺栓不但能滿足強度要求，而且在同等條件下，其外形尺寸較小，操作維修空間要求也不高，為抽水蓄能機組的高強度、緊湊性實現了技術可行性。法國ALSTOM在設計江蘇沙河抽水蓄能電站的過程中就多次利用液壓拉伸連接螺栓。如導葉接力器與控制環的連接，水泵水輪機頂蓋與座環的連接，發電電動機軸與水泵水輪機軸的連接，機組進水主閥分別與壓力鋼管、湊合節的連接，以及進水閥分瓣閥座的組裝等。

2螺栓預緊

螺栓預緊力的適當控制是確保螺紋聯接質量的關鍵。預緊力過小，將導致聯接松動而失效，預緊力過大，將導致裝配時或偶然過載時螺栓過度屈服而產生早期斷裂。預緊力的大小應根據螺栓組受力和聯接的工況等要求決定。GB3098-2010《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》規定螺紋聯接件的預緊力不得大于其材料屈服極限的80%。

2.1力矩控制法

2.2伸長量控制法

通過液壓拉伸使螺栓伸長或加熱使螺栓伸長到所需要的變形量，再擰緊螺母。液壓緊固采用的壓力可高達220MPa。對M30及以上螺栓聯接，則可通過測量螺栓伸長量的方法來控制預緊力。用專用工具測量螺栓的彈性伸長，然后利用公式計算預緊力。該法控制的預緊力能排除摩擦系數、接觸變形和被聯接件變形等可變因素的影響，預緊力可達到±5%的精度。

螺栓伸長值、預緊力、長度等關系如下：

式中△-螺栓伸長值，mm；

3液壓拉伸螺栓應用

3.1頂蓋與座環

頂蓋與座環連接螺栓為M48×4，螺桿長326mm，上螺紋長106mm，下螺紋長75mm，螺母高48mm，材質34CrNi13Mo，屈服強度≥700MPa，抗拉強度≥850MPa，預緊力99.9MPa，數量78套。

注：頂蓋與座環連接螺栓中心孔為盲孔。

3.2發電電動機軸與水泵水輪機軸

發電電動機軸與水泵水輪機軸連接螺栓M100×6，螺桿長600mm，上螺紋110mm，下螺紋190mm，發電電動機軸法蘭厚150mm，水泵水輪機軸法蘭厚170mm，預緊力98MPa，數量14套。

發電電動機軸與水泵水輪機軸連接螺栓伸長值通過公式（2）計算如下：

注：發電電動機軸與水泵水輪機軸連接螺栓中心孔為通孔。

3.3導葉接力器與控制環

導葉接力器與控制環連接螺桿M80×4，被拉伸的有效螺桿長度158mm，預緊力100MPa，數量2套。其預緊力通過公式（2）計算如下：

注：導葉接力器與控制環連接螺桿中心孔為通孔。

4專用工具-液壓拉伸器

4.1工作原理

螺栓液壓拉伸器簡稱液壓拉伸器，主要用于各種規格螺栓的定值緊固或拆卸。它借助液力升壓泵（超高壓油泵）提供的液壓源，根據材料的抗拉強度、屈服系數、伸長率、工作載荷等決定拉伸力，利用超高壓油泵產生的伸張力，使被施加力的螺栓在其彈性變形區內被拉長，螺栓直徑輕微變形，從而使螺母易于緊固或松動。拉伸器最大的優點是可以使多個螺栓同時被定值緊固或拆卸，布力均勻，安全、高效、快捷地緊固或拆卸螺栓。應用于水電、風電、火電、核電等領域，尤其在空間受到限制的工作環境中，拉伸器更是其他工具難以替代的。

4.2特點

液壓拉伸連接具有以下特點：

（1）可多個螺栓同時緊固，使整圈螺栓受力均勻，得到均衡載荷，提高裝配、拆卸效率。

（2）被拉伸螺栓受純拉伸應力，不會發生扭曲現象或損壞被緊固表面。

（3）拉伸方式不受螺栓潤滑效果和螺紋摩擦大小的影響，可以得到更為精確的螺栓載荷。

（4）對螺栓進行緊固得到的剩余載荷和有效載荷要比力矩方式更大，適用于緊固精度要求較高的接合應用。

5工藝過程

（1）螺栓驗收。首先全數對螺栓進行無損檢測；然后抽檢部分螺栓做金相分析、光譜分析、拉伸試驗、沖擊試驗等。上述試驗全部合格方可投入使用。

（2）清掃。螺栓孔清掃干凈，螺紋清掃、研磨、試配、做記號，并涂適量絲扣脂，對號入座。螺紋研磨和試配的目的是去除螺紋毛刺，校驗或處理螺紋粗糙度和配合間隙，以達到GB197-81《普通螺紋公差與配合》的要求。

（3）將螺栓擰入螺孔或螺母，用手推動螺紋頭部，向任何方向均能微量晃動，千分尺測量晃動量，換算為螺紋間隙，應符合GB-197-81《普通螺紋公差與配合》的要求。

（4）用手將螺栓旋出后，檢查螺紋，不應有拉毛（如毛刺和細屑）。不符合要求時，應分析原因并處理。

（5）操作步驟：

第一步：螺栓安裝。螺栓安裝完畢，并進行手動緊固。

第二步：拉伸器安裝。首先對稱均布安裝液壓拉伸器，液壓拉伸器使用前確認拉伸器已復位，每次拉伸器旋到位再松1/4圈（防止拉伸后拉伸器被卡塞）；之后通過分配器與同一個驅動裝置連接。

第三步：螺栓預緊。螺栓伸長值（撤除油壓后的剩余伸長值）達設計值的30%～50%，測量結合面之間的間隙為0（用0.02mm塞尺）。重復第二步、第三步，預緊其余螺栓。

第四步：螺栓終緊。采取對稱均布緊固的方法進行終緊，使螺栓伸長值達到設計伸長值。

（6）檢查驗收。

6結語

采用液壓拉伸緊固螺栓，不僅具有效率高，安裝精確，質量可靠等優點，而且對螺栓的操作空間、安裝位置等要求較低。從而降低設備耗材量，減少抽水蓄能機組的土建開挖，節約工程投資成本，提高經濟效益。

中圖分類號：TK730.6

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）04-0048-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.015

收稿日期：2015-01-08

作者簡介：李貴桃（1968-），男，高級工程師，從事抽水蓄能發電公司生產、經營管理等工作。