軸流轉槳式水輪機大型頂推螺栓拆裝工藝分析

陳學仁

（福建水口發電集團有限公司，福建 福州350000）

0 前言

在軸流轉槳式水輪機中，活塞桿與操作架的連接、操作架與耳柄的連接均可使用超級螺母結構。對于小型頂推螺栓結構，安裝拆卸可采用人工配合扭矩扳手或電動扭力扳手進行。由于小型頂推螺栓所需預緊力較小，具有安裝和拆卸簡單，施工方便的特點。

但是，對于大型的頂推螺栓，要求的預緊力較大，即使采用多級頂推螺栓結構，也不能單純依靠人力進行安裝。在水口電站軸流轉槳式水輪機操作架與活塞桿連接中，就采用了大型頂推螺栓的結構，該結構必須使用液壓扭矩扳手進行安裝和拆卸。由于整體結構較大，安裝和拆卸較為困難，安裝過程中，存在大型螺栓與活塞桿咬死現象，而拆卸中易發生個別頂推螺栓受力過大造成螺牙受損的現象。

針對大型頂推螺栓拆裝存在的問題，結合水口電站轉輪內部大型頂推螺栓的安裝及拆卸工藝，本文分析探討了問題的原因，解決方法及注意事項。

1 大型頂推螺栓結構特點

水口電站轉輪結構中，超級螺母連接結構有2處應用，一是在A1382 轉輪結構中耳柄與操作架連接中，采用M210 的超級螺母結構。二是在活塞桿與操作架連接結構中，采用M580 超級螺栓結構。M580 超級螺栓結構如圖1，主要包含硬質墊圈、M580 大型螺母、16 根M64 的頂推螺栓。其M580大型螺母重2.6 t，硬質墊圈重248 kg。與M210 超級螺栓相比，整體重量較重，無法依靠人力進行搬運。這就給安裝帶來了一定的困難。

圖1 大型頂推螺栓結構

超級螺栓的結構特點：超級螺母的預緊力F、頂推螺栓的推力Fd有如下關系：

其中：n 為頂推螺栓的個數。雖然，M580 螺栓的頂推螺栓個數達到了16 個，但單個螺栓預緊力仍需要9 750 N·m 的扭矩，無法使用扭矩扳手，只能采用液壓扳手分次進行預緊。

2 安裝難點及注意事項

根據M580 超級螺栓結構，主要安裝步驟及注意事項如下：

2.1 M580 螺栓及硬質墊圈就位

安裝就位前，需將液壓升降平臺及專用轉盤放置于活塞桿的下方，利用叉車將硬質墊圈放置于液壓升降車上。為便于安裝，一般先將硬質墊圈點焊在操作架上，然后再安裝M580 螺栓。在把和螺栓前，應將所有的螺牙清洗干凈，事先用透平油進行潤滑，然后，進行對孔工作。盡量將螺栓安放于液壓升降車的中間，采用控制升降車位置的方式，對螺栓與活塞桿位置進行粗調，然后采用撬棍對螺栓進行微調。提升升降車，在螺栓與活塞桿距離1～3 cm 的位置，再核對位置，進一步微調。如存在傾斜情況，應使用楔子板或扁鏨打入轉盤底部進行微調。

對孔完成后，點動輕微提起升降車，在確認螺栓與活塞桿輕微接觸后，采用撬棍多人轉動，在確認已經把合1～2 顆螺牙后。采用手拉葫蘆單人進行把合，若發現葫蘆拉動過程中，力量較重，則應適當提升升降車。

整體螺栓把合過程中，為防止不銹鋼螺栓與活塞桿發生咬合，必須控制好把合速度，適當涂刷透平油進行潤滑。由于整體重量較重，僅旋合螺母的過程就需耗時0.5 d 時間。

2.2 M64 頂推螺栓安裝及拉伸

在M580 螺栓安裝到位后，將16 根頂推螺栓旋合。按順時針分4組進行編號，每組按順序編號1、2、3、4。

拉伸工具采用液壓扳手形式，配備泵站。安裝前，將液壓工具連接好，扳手方向調整為旋緊方向，并安裝套筒。將整個液壓工具進行試驗，確認合格后方可使用。

4 人就位配合，1 人分配1 個液壓扳手。將液壓扳手搬運至液壓升降平臺上，在平臺上均勻放置4個千斤頂或者枕木，將液壓扳手及套筒放置在千斤頂或者枕木上。緩慢控制液壓升降車，將液壓扳手套筒套入M64 的頂推螺栓頭部，此時要注意4 個液壓扳手及套筒要同步，要同時套入螺栓頭部。

然后，進行旋緊打壓操作。打壓操作分4 個壓力等級進行，先進行140 kg 壓力，將4 組頂推螺栓分別打完后，再進行224 kg、338 kg、451 kg 的壓力打壓。打壓完畢后，還需要對頂推螺栓用鋼絲捆綁，并焊接防松擋塊。安裝完成之后，要測量超級螺母與墊片間的間隙，并結合頂推螺栓編號進行相應的記錄，以方便后期，對超級螺母進行間隙復查，檢驗螺母是否松動。

2.3 安裝注意事項及風險點

安裝過程中，主要是要進行液壓系統的操作。在安裝的過程中，要檢查確定液壓管路與扳手及液壓站連接牢固。快速接頭安裝前，要檢查接頭密封，并保持接頭干凈。安裝完畢后，確認接頭間無縫隙。曾經就發生過，接頭未安裝到位，造成壓力驟升，易造成管路損壞和高壓油泄露。

同時，在進行液壓扳手套筒與螺栓頭連接時，要時刻注意4 個液壓扳手的情況。由于控制升降平臺人員無法直接觀察到全部的安裝狀態。一旦發生不同步，將會造成液壓升降平臺受力，或是液壓扳手松脫，造成平臺損壞或人員卡夾碰傷害。因此，工作過程中，安裝人員之間要協同配合。才能保證安裝作業的安全施工。

3 拆卸方案比較分析

在拆卸超級螺母的過程中，由于頂推螺栓是分步驟分壓力上緊的。因此，給拆卸工作帶來了一定的困難。同時硬質墊圈位于上部，后期旋松超級螺母的時候，要防止硬質墊圈掉落造成落物傷人。在拆卸頂推螺栓時有液壓拆卸方法和固定墊圈拆除方法。

3.1 液壓拆卸方法分析

液壓拆卸方法，也就是跟安裝相類似，需要將液壓扳手進行換向，轉為旋松方向，然后跟安裝時相同，使用液壓升降平臺，將液壓扳手就位后，進行打壓。由于安裝時是分步驟分壓力進行打壓的，理論上來說，拆卸工作也要分壓力分步驟拆除。

但在實際施工過程中發現困難重重。由于活塞桿拉伸間隙僅為0.48 mm，而頂推螺栓牙矩為6 mm，根據螺母轉角公式：

式中：φ-螺母轉角，°；P-螺紋螺距，mm；μ-系數，由實驗確定；ΔL-螺栓的計算伸長，mm。

換算為旋合角度，僅為0.08 圈，旋合角度為28.8°。由于本身液壓扳手反作用力臂與作用點就有間隙，且液壓泵站無法實現同步控制，即4 根管路油量不均。當一根頂推螺栓松動后，其余3 根螺栓受力將瞬間增大，造成無法按預定壓力松懈，最終總會存在個別頂推螺栓由于受力過大，無法依靠液壓泵站進行松懈，必須輔助外力進行松懈。松懈過程中，將導致底牙損壞，后期需要重新進行修整。

3.2 焊接固定墊圈拆卸方法分析

焊接固定墊圈的方法需要結合液壓扳手拆卸方法進行，其主要是根據大型頂推螺栓預緊原理出發。由于頂推螺栓的分級作用，將在頂推螺栓與硬質墊圈間產生扭矩，進而拉伸螺栓，在超級螺母與硬質墊圈間產生間隙。因此在拆卸時，由于間隙跟隨頂推螺栓松動，逐漸縮小，造成個別頂推螺栓受力突然增大，造成拆卸困難。

因此，在超級螺母與硬質墊圈產生的間隙處，焊接多塊擋塊，將間隙依靠焊接力固定住。在松懈頂推螺栓時在不斷旋松過程中，剩余頂推螺栓受力變化較小。待全部頂推螺栓松懈完畢后，再用氣割方法將擋塊割除，釋放預緊力。

3.3 拆卸方案比較分析

純液壓拆卸的方法，容易造成頂推螺栓局部預緊力突然上升，造成松懈壓力突變，需要外加輔助力臂才能進行拆卸。而輔助力臂多采用手拉葫蘆進行，施工過程中，由于要釋放較大的預緊力，因此存在一定的安全隱患。而使用焊接擋塊的方法，就能夠避免個別頂推螺栓受力過大，能夠有效保障作業安全。但同時需要進行動火作業，存在動火作業的安全風險。

4 結論

在轉槳式機組上使用大型頂推螺栓，能夠使用較小的預緊力達到較大的預緊要求。但安裝過程中，存在大螺母安裝耗時較長，螺紋咬死風險。在拆卸過程中，存在液壓工具傷人、人員卡夾碰、動火作業風險等問題。

因此在拆裝大型頂推螺栓過程中，應該要注意人員的互相配合，在安裝中要分步驟分壓力進行，在拆卸中，建議采用焊接固定硬質墊圈的方法，能夠有效避免因為過高的壓力造成的安全隱患。