螺栓拉伸機關蓋操作流程優化

蔡汝旭+丁華龍+富會佳

摘 要 本文主要介紹了拉伸機的工作原理，預緊力和壓強的計算方法，討論了拉伸機在工作過程中需要注意的事項，同時對拉伸機的相關工作流程提出了優化，為日后快速、安全的開關人孔工作奠定了基礎。

關鍵詞 螺栓拉伸機；預緊力；優化方案

中圖分類號 TL4 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0204-02

1 緒論

核電廠大修期間，需對SG人孔進行開關蓋，如何確保人孔的密封性是我們最關注的問題。而其中預緊力是影響密封的一個重要因素，對于普通的螺栓我們通常采用普通的扳手或者液壓扳手擰緊。而對于容器人孔的螺栓采用上述方法可能會導致螺栓咬死或者力矩分配不均勻。螺栓咬死將導致無法正常拆卸螺栓，嚴重的情況甚至無法拆除螺栓，這將會影響到大修的周期。如果螺栓力矩分配不均勻，個別螺栓受到的力矩偏小，由于蒸發器內部運行條件比較惡劣，壓力高，有可能導致螺栓力矩偏小處的密封效果不佳，長期運行甚至導致此處蒸汽泄露。對于蒸汽發生器這種重要的設備是不能存在上述的作業風險，為此，對于重要的容器設備通常采用的擰緊方法為對螺栓進行拉伸擰緊。采取拉伸的方法，螺紋不會受到扭矩，并且整體的預緊力分布會十分均勻，從而提高了人孔密封的可靠性。

2 螺栓拉伸機預緊力計算

根據材料在彈性范圍內變化為線性函數[1]，我們可以得到預緊力和泵壓強的關系：

Fn：拉伸機的預緊力。

A：拉伸機活塞的有效面積

P：液壓泵提供的壓強。

當拉伸機活塞面積確定后，隨著壓強提高，預緊力也隨之線性增大。對于整體式的拉伸機，相連的螺栓間的間隙決定了活塞的面積，因此我們只能通過變化壓強調整螺栓的拉伸量。

3 拉伸機的工作原理

拉伸機主要是靠液壓泵提供的液壓力，把螺栓拉長，然后擰緊螺母，最后泄壓。與傳統的力矩扳手相比，拉伸機能有效的避免螺栓受到扭曲應力，防止螺栓咬死，同時也能保證預緊力的均勻性。拉伸機裝配圖如圖1所示。它的工作原理為，液壓泵通過高壓油管把油打入活塞缸07內，由于壓力的作用活塞帶動襯套往上前進，而襯套與將要拉伸的螺栓是靠螺紋緊固在一起，從而帶動螺栓往上拉伸。當拉伸的值達到我們設定的要求時，停止液壓泵，撥動齒輪機構，把螺母帶緊。然后釋放液壓泵的壓力，從而完成拉伸的一個步驟。這里要引入一個殘余拉伸量的概念，螺栓由于要恢復到原狀態，而螺母又緊固著它使它不能回到原狀態，這時便產生了一個殘余變量，而我們最終關注的值即為拉伸的殘余拉伸量。

4 優化方案

4.1 簡化螺栓突出長度測量

為了保證在拉伸的過程中每個螺栓受到相同的拉伸力，應保證每個螺栓的突出長度值。常規測量都是采取游標卡尺測量，表1為設計圖紙給的數值。

在現場操作過程中，測量螺栓突出長度存在以下幾大困難：由于螺栓的數量較多，逐個用常規測量尺測量，耗費時間較長，尤其是在運行后，壞境劑量大，對工作人員的傷害加劇；由于螺栓頂部距法蘭面間隔著螺母、墊片、蓋板，因而常規尺子的測量需要兩把尺子組成直角才能測量到螺栓頂部平面和法蘭面的間距，該方法不便利而且精度差；使用常規尺子測量，由于是工作人員手動組成的直角，對于每個螺栓的測量，很難保證突出長度一致。

鑒于以上存在的問題，我們設計了螺栓突出長度測量的專用工具，該專用工具根據蒸汽發生器各個孔螺栓突出長度而設計的，為了節約成本及便利，我們將4種螺孔的螺栓突出長度測量工具集合為一。

底座：底座與法蘭面貼合，該座需保證底面的平整度。該底座中心開有一個螺紋孔，該螺紋孔與測量桿連接，該螺紋孔需要保證垂直度。

測量桿：該長桿底部有螺紋，與底座配合，配合后長桿的垂直與底座的底面。長桿設計有3段凹環，凹環長度為橫桿的厚度與螺栓突出長度的公差之和。該3段凹環，分別測量手孔、眼孔、二次側人孔和一次側人孔。

橫桿：該部件為長方體部件，在其中一端開有一個U型槽與測量桿的凹環配合，并且在U型槽處開有一個小螺紋通孔，通過一個鎖緊螺栓，可以固定住測量桿和橫桿，防止在測量過程中松動而影響測量精度。

調整片：由于手孔突出長度為148.8mm～154.8mm，而眼孔的突出長度為147.3mm～153.3mm，該公差帶相差1.5mm。為減少專用工具數量，因而設計調整片，若不添加調整片，則可測量眼孔的突出長度，若將調整片配合于底座和測量桿之間，則可測量手孔。

通過使用該工具，每次測量時，只要將部件組裝，并固定橫桿上的鎖緊螺栓，將底面置于需要測量的螺栓旁的法蘭面上，橫桿置于螺栓的前方，然后調整螺栓長度，到剛好接觸橫桿即可。單手握緊測量工具，另一只手調整螺栓，方便快捷，效率精準。可以很好的解決常規測量所存在的問題。

4.2 螺栓拉伸機拉伸表與螺栓連接形式的改進

前期其他電廠所使用的螺栓拉伸機的拉伸表與螺栓的連接是靠磁鐵的吸力固定的。由于磁力力度不夠，在拉伸過程中可能會有拉伸表松動現象，從而影響測量精度，特別是在一次側人孔拉伸的過程中，由于人孔成45°角，此現象更加明顯。

我們電廠的螺栓拉伸機的拉伸表與螺栓的連接形式改成了螺栓擰緊的形式，此形式雖然解決了表松動的問題，但是又出現了一個新的問題，讀數表與螺栓的連接螺紋太長，安裝一塊讀數表的時間比較長，這樣就增加了工作人員的輻射劑量。

鑒于以上2種連接形式的優點和缺點，我們考慮將拉伸表與螺栓的連接形式改為磁力和螺紋共同作用，即在磁力連接的基礎上，增加2～3扣螺紋。這樣既減少了安裝時間，又保證了安裝的牢固度。

5 結論

螺栓拉伸機已經廣泛的運用到各個領域，特別是核電廠一些重要螺栓的安裝。目前螺栓拉伸的方法也得到大力發展[2]，如螺柱雙缸串聯拉伸方法在中國實驗快堆的成功應用，該方法可用于大型壓力容器的螺柱拆裝工程中。

參考文獻

[1]螺栓拉伸機操作手冊.

[2]吳水金，李文啟，姚瑤.蒸汽發生器螺柱雙缸串聯拉伸方法.中國原子能科學研究院年報.