一種大型水輪機(jī)螺栓安裝工裝的應(yīng)用

楊冬 蔡朝東 冷天先

摘 要：在水電站機(jī)組檢修過程中，對(duì)于水輪機(jī)軸下法蘭為內(nèi)法蘭的機(jī)組，使用傳統(tǒng)工藝拆裝水輪機(jī)軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接螺栓是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、安全風(fēng)險(xiǎn)較高的工作，在施工過程中不斷優(yōu)化施工方法及改善施工工藝，均未達(dá)到良好的效果，經(jīng)過多年的摸索，設(shè)計(jì)制作了一套拆裝螺栓的專用工裝，工裝保證了螺栓拆裝省時(shí)、省力、高效且安全得到了保障，提高工作效率，縮短直線工期，提高檢修效率。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)軸;轉(zhuǎn)輪;螺栓;工藝;專用工裝

1 概述

小灣水電站廠房內(nèi)共裝6臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量為700MW，裝機(jī)總?cè)萘?200MW，電站多年平均發(fā)電量為189.9億kW·h。小灣水輪機(jī)主軸下法蘭為內(nèi)法蘭，水輪機(jī)軸與轉(zhuǎn)輪連接前需先將螺栓安裝至水機(jī)軸下法蘭，螺栓規(guī)格為M125×6，長度約800mm，每顆重量70kg，共20顆。該螺栓安裝時(shí)需將其托舉一定高度，將絲牙與水機(jī)軸下法蘭螺栓孔絲牙對(duì)正且螺栓不得傾斜，慢慢將螺栓選入螺栓孔中。在實(shí)際操作過程中，因螺栓較重，且水輪機(jī)軸下法蘭螺栓孔下部為高度125mm的剪力銷套孔，螺栓平衡不易控制，并出現(xiàn)多次對(duì)孔不正安裝失敗的情況，工作效率較低，且人員長時(shí)間托舉易疲勞，螺栓有滑落或傾倒的危險(xiǎn)，稍有不慎就會(huì)傷人及損壞設(shè)備，存在較大的安全隱患。

2 傳統(tǒng)工藝存在的難題

2.1 螺栓安裝傳統(tǒng)工藝

1）將螺栓垂直放置于木板上，兩人半蹲著使用木板向上托舉螺栓，一人在一旁進(jìn)行輔助穩(wěn)定螺栓，將螺栓托舉至水機(jī)軸下法蘭面螺栓孔內(nèi)進(jìn)行安裝。

2）螺栓放至叉車上方，推動(dòng)叉車將螺栓搬運(yùn)至水機(jī)軸下方，通過調(diào)整叉車的位置及起落水機(jī)軸進(jìn)行對(duì)孔，當(dāng)螺栓孔對(duì)正以后才能進(jìn)行安裝。

2.2 存在的問題

1）在螺栓安裝過程中需保證與水機(jī)軸垂直，由于螺栓重量近70Kg，放置于木板上平衡不容易掌握且螺牙對(duì)正困難，會(huì)出現(xiàn)多次安裝失敗情況。

2）工作人員長時(shí)間托舉螺栓后會(huì)乏力，且螺栓放置于木板上也不穩(wěn)定，若安裝人員配合不到位會(huì)出現(xiàn)螺栓滑落、傾倒的情況，造成人員受傷或螺栓絲牙損傷。

3）在這過程中由于水機(jī)軸法蘭還有一段剪力銷套孔，螺栓進(jìn)入銷套孔以后就很難觀察到螺牙對(duì)正情況。

4）叉車起升高度有限，只能通過起升水機(jī)軸來進(jìn)行對(duì)孔（一次不能確保能對(duì)正，需進(jìn)行多次起落），但直接操作橋機(jī)起落不好掌握水機(jī)軸下落的高度，容易與螺栓碰撞損傷螺牙及損壞叉車。

無論是哪一種工藝都需要起重橋機(jī)來配合工作，都存在特種作業(yè)，尤其是使用叉車的方法，需多次起升水機(jī)軸，橋機(jī)操作頻繁，而安裝螺栓是需要人員較多，時(shí)間較長，不利于起重作業(yè)指揮和操作，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn);螺栓安裝時(shí)需6名以上工作人員（不包含起重人員），由于平衡、位置及螺牙對(duì)中等情況不好掌控，螺栓安裝耗時(shí)較長、人員易疲憊、工作效率較低，完成所有螺栓安裝需用2～3工作日。

3 專用工裝工作原理

為保證螺栓安裝時(shí)的平衡及防止螺栓掉落傾倒，利用法蘭上均分的10個(gè)同鏜螺孔與導(dǎo)桿進(jìn)行螺栓定位為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)制作的專用工裝如[圖1]所示。

專用工裝主要由上層輔助板、中層托板、下層底板、起升螺旋桿、定位導(dǎo)桿、手輪等組成。其各部件的功能如下：

1）定位導(dǎo)桿可初步確定螺栓安裝位置。

2）下層底板設(shè)置萬向腳輪、水平氣泡及頂絲，方便螺栓搬運(yùn)及整體水平調(diào)整。

3）中層托板用于托舉螺栓，設(shè)置配套螺母為方便螺栓進(jìn)入安裝位置后輕松旋入，中間設(shè)置螺桿套實(shí)現(xiàn)托板上下移動(dòng)。

4）上層輔助板設(shè)置兩個(gè)缺口，方便螺栓放入與安裝后工裝移位，并能在安裝過程中防止螺栓傾倒。

5）起升螺旋桿固定于下層底板與上層輔助板上，手輪設(shè)置在上層輔助板上，通過搖動(dòng)手手輪將螺栓托舉至水機(jī)軸下法蘭螺栓孔內(nèi)進(jìn)行安裝。

4 工裝應(yīng)用的效果

2018～2019檢修期在回裝階段使用專用工裝搬運(yùn)螺栓[圖2]和安裝螺栓[圖3]。將兩顆螺栓放至小車上移動(dòng)到水機(jī)軸下方，兩邊卡槽卡住定位導(dǎo)桿進(jìn)行定位，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄將螺栓抬升至安裝位置，依次安裝兩顆螺栓，安裝完成后退出小車，按同樣的操作安裝剩余螺栓。安裝螺栓分10組進(jìn)行安裝，每組安裝2顆螺栓，每組螺栓安裝耗時(shí)約20分鐘，從準(zhǔn)備開始安裝到具備與轉(zhuǎn)輪連接總耗時(shí)約230分鐘。

傳統(tǒng)工藝與專用工裝安裝螺栓的對(duì)比見下表：

通過使用工裝安裝水輪機(jī)軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接螺栓，使工作高質(zhì)、高效、同時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)降到了最低。使用后發(fā)現(xiàn)專用工裝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）能保證螺栓安裝時(shí)與法蘭面保持垂直。

2）能轉(zhuǎn)向移動(dòng)方便螺栓搬運(yùn)及對(duì)孔。

3）能同時(shí)承受兩顆螺栓重量且在托舉過程中方便、省力。

4）確保螺栓在托板上能擺放平穩(wěn)，不發(fā)生傾倒情況。

5）能提高工作效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約人力資源成本，保證設(shè)備不易受損，減少安全隱患。

5 結(jié)束語

通過使用此套工裝最終的效果就是消除安全隱患，提高工作效率，縮短了直線工期，節(jié)約人力資源成本。經(jīng)調(diào)研，為降低轉(zhuǎn)輪與水輪機(jī)軸聯(lián)接螺栓的銹蝕，大多數(shù)立式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪聯(lián)接螺栓采用的內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，都存在安裝難度較大的問題，這套裝置能夠滿足現(xiàn)場使用條件并具備一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]周寧.水輪機(jī)制動(dòng)器螺栓斷裂原因分析[J].理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)），2019，55（01）：59-61+66.

[2]史宮男.潮流能水輪機(jī)葉根螺栓連接性能研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2016.

作者簡介

楊冬（1986-），男，助理工程師，主要從事水電站機(jī)械設(shè)備檢修與維護(hù)及技術(shù)管理工作。