主泵阻尼器固定螺栓在線拉伸工具的研發

燕芯弘 李佳斌 鄭磊

摘 要：該文介紹了CPR1000堆型核電站核島主冷卻劑泵阻尼器安裝邏輯，描述了阻尼器固定螺栓使用拉伸工具進行拉伸及拉伸長度檢查的要求。通過對拉伸工具進行深入研究，提出對螺栓拉伸工具結構進行改進優化，研發出在線拉伸工具。在不拆除土建11.5m鋼平臺、主泵阻尼器的情況下，在線拉伸工具可對主泵阻尼器鉸接座固定螺栓進行拉伸長度的檢查。在線拉伸工具的研發與應用，有效節約了鉸接座固定螺栓伸長量檢查工作的工期，優化了主泵施工方案，避免了土建鋼平臺、主泵阻尼器重復拆裝的工作風險。

關鍵詞：主泵阻尼器 螺栓拉伸工具 在線拉伸

中圖分類號：TL34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0133-03

主泵阻尼器固定螺栓由螺栓拉伸工具進行拉伸緊固，按照設計要求，固定螺栓拉伸緊固完成一個月以后，需要對固定螺栓伸長量進行二次檢查。

進行二次檢查時主泵阻尼器已經安裝，由于固定螺栓上方空間狹窄，已有的螺栓拉伸工具無法安裝使用，需要拆除主泵阻尼器后才能完成固定螺栓伸長量的檢查工作。

本論文通過對螺栓拉伸工具的結構進行分析，將螺栓拉伸工具部分結構進行改進優化，設計出在線拉伸工具。在阻尼器已經安裝的情況下，使用在線拉伸工具進行固定螺栓伸長量的檢查工作，可有效節約人力物力，提高工作效率。

1 螺栓拉伸工具改進需求研究

1.1 主泵阻尼器安裝邏輯分析

CPR1000堆型主泵阻尼器及支承如圖1所示，安裝過程主要分為以下三個步驟。

（1）安裝鉸接座，鉸接座固定螺栓拉伸緊固（需使用螺栓拉伸工具）；

（2）安裝阻尼器本體（主泵水力部件安裝的先決條件）；

（3）鉸接座固定螺栓伸長量檢查（設計要求在最終拉伸1個月后進行，需使用螺栓拉伸工具）。

1.2 螺栓拉伸工具使用分析

當前主泵阻尼器鉸接座固定螺栓拉伸使用的螺栓拉伸工具如圖2所示，采用軸向分體設計，拉伸螺母（包括拉伸液壓缸及油嘴）與裙座分體布置，裙座和拉伸螺母的安裝及拆卸都是從固定螺栓的頭部進出，這樣就要求固定螺栓的頭部留出足夠拉伸螺母和裙座拆裝進出的空間。

螺栓拉伸工具不加油嘴總高度為185 mm，其中裙座高約115 mm，拉伸螺母高約75 mm。當鉸接座固定螺栓及墊片安裝后，螺栓拉伸工具放置在墊片上，加上支座高度150 mm和墊片厚度40 mm，則支座下平面到螺栓拉伸工具上平面的距離為185+150+40=375 mm。

主泵阻尼器本體安裝之后，支座下平面與阻尼器最小距離為240 mm，最大為409 mm。因此，當阻尼器本體安裝后，在最小距離240 mm處根本無法使用，而在最大距離409 mm處，上方空間僅為34 mm，螺栓拉伸工具裙座和拉伸螺母也無法安裝。

1.3 主泵阻尼器施工方案

由于拉伸工具尺寸結構的空間要求，鉸接座固定螺栓伸長量的檢查工作只能在最終拉伸1個月以后進行；或者檢查時將阻尼器本體拆除，留出足夠空間來安裝螺栓拉伸工具，待檢查完畢，再重新安裝阻尼器本體。

在此情況下，主泵阻尼器施工方案有以下兩種。

方案一：阻尼器鉸接座拉伸→設計要求間隔一個月→檢查鉸接座螺栓伸長量→阻尼器安裝→水力部件安裝→電機安裝，單臺主泵施工總工期79天。（見圖3（a））

方案二：阻尼器鉸接座拉伸→阻尼器安裝→水力部件安裝→電機安裝→拆除土建11.5 m部分鋼平臺→阻尼器拆除→檢查鉸接座螺栓伸長量→阻尼器回裝→恢復土建11.5 m部分鋼平臺，單臺主泵施工總工期59天。（見圖3（b））

方案一需將主泵安裝關鍵路徑的施工工期延長一個月，而方案二需先拆除土建11.5 m的鋼平臺留出空間，再拆除阻尼器本體，完成檢查工作后回裝阻尼器，再恢復鋼平臺。

由于阻尼器本體重量較大，安裝拆卸需要花費較大人力、物力及時間。這樣不但施工周期長，需要額外投入大量人力、物力，且作業風險高。

為減少阻尼器及鋼平臺重復拆裝工作，急需設計一套空間尺寸要求小，更小巧靈活的螺栓拉伸工具。在不拆除阻尼器本體的情況下，對固定螺栓進行拉伸操作的拉伸工具，以實現主泵安裝的連續作業。

2 螺栓在線拉伸工具優化改進研究

2.1 總體設計

如前文所述，目前的螺栓拉伸工具采用軸向分體結構，拉伸螺母和裙座的高度要求固定螺栓的頭部要留出足夠進出的空間以滿足其安裝要求。通過對阻尼器本體結構及螺栓拉伸工具的研究，從降低拉伸工具拆裝所需的軸向空間出發，考慮將現有軸向分體拉伸工具進一步徑向分體，以減少拉伸工具對軸向操作空間的要求。因此，新工具的總體設計理念即確定為徑向分體設計。

2.2 詳細設計及難點

確定了螺栓拉伸工具徑向分體設計總體理念，隨即進行螺栓拉伸工具的詳細設計。

首先，對于尺寸要求較高的拉伸螺母和裙座進行徑向分體，以減少拉伸工具對空間尺寸的整體要求，是本次優化改進的重點。與拉伸螺母整體連接的液壓缸，是否需要同步進行徑向分體呢？經過分析，液壓缸是整個拉伸工具的關鍵部件，拉伸過程中要求壓力均勻分布，強度、密封性要求高，但液壓缸行程小，尺寸及空間要求不高，液壓缸可整體保留，暫不考慮徑向分體設計。既然液壓缸不分體設計，則需要與拉伸螺母在軸向分離開，這樣有兩點考慮：一是在液壓缸行程基本不變的前提下，強度和密封性得到了保證；二是拉伸螺母可以單獨靈活設計。

進一步研究發現，徑向分體從結構上可以實施，但面臨的最大問題是要保證螺栓拉伸工具的強度。徑向分體后，原本是一個整體的部件被分為幾部分，其強度和完整性大大降低，設計時對于整個部件的穩定性提出了更高的要求，必須采取一定措施加以彌補。

（1）拉伸螺母。

拉伸螺母徑向分體設計成2個半環，為保障強度及完整性，上方設計1個固定圈固定拉伸螺母上端，以組成一個完整的螺母。拉伸螺母下端設計成錐形結構，嵌入液壓缸，與拉伸液壓缸相互契合。當液壓缸活塞工作伸長時，由于契合作用使拉伸螺母的2個半環得到一個穩定的結合力，拉伸螺母的整體強度得到保證。

（2）裙座。

裙座徑向分體設計成2個半環，由于只承受軸向壓力，分體結構對其強度影響不大，在液壓缸的下端設計一個凸環將裙座的2個半環加以固定。

（3）液壓缸。

液壓缸與拉伸螺母軸向分離，設計成一個整體圓環。其中，圓環內部設計成錐形，與拉伸螺母下端完全契合，達到固定拉伸螺母的目的；圓環外部下端設計一個凸環，用于固定下方裙座的2個半環；液壓缸油嘴從拉伸螺母上方移至液壓缸側面，減少對上方空間的需求。

2.3 最終設計

優化后的結構設計，只有液壓缸的拆裝需要考慮固定螺栓上部的空間問題，這個空間只需要滿足液壓缸的厚度約20～30mm即可，滿足設計初衷。經過最終勘探及強度計算后，優化設計論證可行。

3 螺栓在線拉伸工具優化應用分析

3.1 創新性

此工具改進靈感來源于現場施工，通過對現場施工實際情況進行評估分析，從工具結構和形式上進行重新設計，率先對核電行業主泵阻尼器鉸接座螺栓的拉伸工具進行改進，在工具改造方面具有創新性，目前該項技術已申請專利，專利號ZL201220596970.9。

3.2 成效性

通過對拉伸工具的改進，可對主泵阻尼器安裝的施工方案進行優化。

阻尼器拉鉸接座伸→阻尼器安裝→水力部件安裝→電機安裝?→檢查鉸接座螺栓伸長量，單臺主泵施工總工期約48天。（見圖3（c））

通過對阻尼器鉸接座螺栓拉伸工具的創新改進，較原方案一，單臺主泵節約了一個月的主泵阻尼器安裝施工工期；較原方案二，減少了土建鋼平臺、阻尼器的拆除及回裝工作，節約了11天工期。

在線拉伸工具的使用節約了工期、減少人力投入，降低了主泵安裝過程中的勞動強度、工作時間和安全風險。

3.3 影響及推廣

經過設計改進的拉伸工具，已經應用到核電主泵阻尼器安裝施工工作中。由于在線拉伸工具較原拉伸工具，結構細分，拆裝更輕便靈活，其現場應用得到了高度認可。

對主泵阻尼器拉伸工具分瓣改造的設計理念同樣可推廣至蒸發器阻尼器等其他拉伸工具上。

4 結語

通過對螺栓拉伸工具的結構進行詳細分析，在軸向分體基礎上徑向分體，研發出在線拉伸工具。相比原拉伸工具，部件細分，拆裝靈活，在阻尼器已經安裝的情況下可進行固定螺栓伸長量的檢查工作。有效節約了鉸接座固定螺栓伸長量檢查工作的工期，避免了土建鋼平臺、主泵阻尼器重復拆裝的工作風險。該工具的成功研發與應用，可有效提高工作效率，優化施工邏輯，提高工作質量，經濟價值明顯。

參考文獻

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