一種調節式地腳螺栓用預埋螺母結構及其應用

徐志輝 王 濤 盧 平 李繼朝

（東方汽輪機有限公司，四川 德陽618000）

汽輪機軸承箱、低壓缸等機械設備，通常使用地腳螺栓將設備與基礎連接。預埋的地腳螺栓結構常因定位偏差或者混凝土收縮等原因，出現較大的偏差，而汽輪機等設備對安裝定位要求非常高，造成設備安裝孔與地腳螺栓錯位，或者地腳螺栓傾斜，增大安裝難度，增加安裝時間。

本文將介紹一種可調式地腳螺栓用預埋活動螺母結構，可以增大預埋件的允許偏差，調節地腳螺栓的水平位置和垂直度，使設備的安裝更快更簡易。

1 現狀與問題

從地腳螺栓是否貫穿汽輪機基座來區分，汽輪機的地腳螺栓可分為貫穿式和非貫穿式兩類。

貫穿式地腳螺栓穿過整個汽輪機基座。汽輪機基座澆筑時僅需預埋一根比地腳螺栓大一些的鋼管，調整量大，地腳螺栓更換方便，有條件應優先選用。

但是當汽輪機基座太厚，或者基座底部不具備安裝操作空間等情形下，就需要采用非貫穿式地腳螺栓。

非貫穿式地腳螺栓需要在基座澆筑時將地腳螺栓澆入混凝土中，或者通過套管結構僅將螺母預埋到混凝土中，后續擰入地腳螺栓。兩種方法的地腳螺栓位置在基座澆完就已經固定，無法進行調整。

圖1 常用非貫穿式地腳螺栓結構圖

汽輪機中常用到的非貫穿式地腳螺栓預埋結構如圖1 所示。預埋結構由地腳螺栓（1）、普通螺母（2）、套管Ⅰ（3）、埋板（4）、預埋螺母（5）、套管Ⅱ（6）、封板（7）等零件組成。其中套管Ⅰ（3）、鋼板（4）、預埋螺母（5）、套管Ⅱ（6）、封板（7）組焊為一體，將地腳螺栓（1）與基座混凝土隔開，在基座灌漿前預埋。預埋螺母（5）焊接固定后預埋，基座澆筑后，預埋螺母（5）位置不可調整，但預埋結構常因定位偏差或者混凝土收縮等原因，不可避免出現預埋偏差。偏差分為水平位置偏差、垂直度偏差以及二者同時出現偏差。出現水平位置偏差時（圖2 左圖），且偏差大于地腳螺栓（1）與設備開孔的間隙j1（通常3～5mm），在保證設備位置的情況下，需要將設備的開孔擴大，去除設備上與地腳螺栓（1）干涉的部分（圖2 左的陰影區域z）。出現垂直度偏差時（圖2 右圖），上部的螺母相應傾斜，螺母與設備單側接觸，受力不均。為使螺母受力均勻，可能需要配置斜墊片（8）或增加球面墊片。此外，垂直度偏差同樣會引起地腳螺栓（1）與設備干涉，需要對干涉區域（圖2 右的陰影區域z）補充加工去除。

圖2 非貫穿式地腳螺栓預埋偏差的情形

可見預埋件的預埋偏差超過間隙j1，均需要補充加工設備孔去除干涉區域，增加工作量，耗費安裝時間。螺母位置如果距其它結構近，還可能出現螺母操作空間不足無法預緊等問題。

2 預埋活動螺母結構

上述非貫穿式地腳螺栓預埋結構主要的問題是地腳螺栓與設備干涉，直接原因是預埋螺母偏差。如果地腳螺栓位置能夠調整，即預埋螺母能夠調整位置，問題即可得到解決。下面介紹一種可調式地腳螺栓用預埋活動螺母結構（如圖3）。該結構由地腳螺栓（1）、普通螺母（2）、套管Ⅰ（3）、埋板（4）、凹墊片（5），預埋活動螺母（6）、止動板（7）、支撐板（8）、套管Ⅱ（9）、封板（10）等零件組成。其中預埋活動螺母（6）如為了制造簡單，可以分成凸墊片和螺母兩個零件。預埋活動螺母結構中的套管Ⅰ（3）、埋板（4）、止動板（7）、支撐板（8）、套管Ⅱ（9）、封板（10）組焊為一體，凹墊片（5），預埋活動螺母（6）可在焊接形成的腔室內一定范圍活動。止動板（7）與預埋活動螺母（6）上的開槽配合，防止擰地腳螺栓（1）時預埋活動螺母（6）自由旋轉。支撐板（8）支撐凹墊片（5）和預埋活動螺母（6）重量，限制預埋活動螺母（6）天地向位置在j5 范圍內，以便減小止動板（7）尺寸及預埋活動螺母（6）上的開槽尺寸。

圖3 預埋活動螺母結構圖

從圖3 可以看出，預埋活動螺母的調整量由地腳螺栓（1）與套管Ⅰ（3）間隙j2 和凹墊片（5）與套管Ⅱ（9）的間隙j3 確定。為便于預埋活動螺母（6）的支撐和止動的設計，間隙j3 設計值小于j2，即間隙j3 為預埋活動螺母的調整量。間隙j3 可設計為10～20mm 或更大，遠大于地腳螺栓（1）與設備孔的間隙j1（（通常3～5mm））。

圖4 預埋活動螺母調整時螺母與止動板位置示意圖

為便于預埋活動螺母（6）在各個方向移動并調整地腳螺栓位置（如圖4 所示），止動板（7）與預埋活動螺母（6）開槽三個方向均設有間距（如圖3 的A-A 視圖），且間距j6=j7=j8≥j3。

凹墊片（5）與地腳螺栓（1）之間的間隙j4 和預埋活動螺母（6）與止動板（7）之間的間隙j5，能保證地腳螺栓（1）和預埋活動螺母（6）在補償垂直度偏差時具有旋轉空間。

預埋活動螺母結構出現預埋偏差的情形如圖5 所示。預埋出現水平位置偏差偏差時，地腳螺栓（1）、凹墊片（5），預埋活動螺母（6）水平移動，補償水平。預埋出現垂直度偏差偏差時，地腳螺栓（1）和預埋活動螺母（6）相對凹墊片（5）能旋轉角度補償垂直度偏差。

圖5 預埋活動螺母結構預埋偏差的情形

3 預埋活動螺母的應用

預埋活動螺母結構，可以應用于汽輪機非貫穿式地腳螺栓或者地面等非貫穿結構，且對設備位置要求高的設備安裝，需要補償預埋件的水平位置偏差和垂直度偏差的場合，或者對地腳螺栓有可拆卸更換要求的場合。

預埋活動螺母應用中的注意事項：

3.1 為防止異物進入預埋件結構，建議套管上部留余量，并在頂部設置封板。設備安裝前割除多余段即可。

3.2 預埋結構封焊前應將地腳螺栓試擰入預埋活動螺母，檢查螺母無異常，防止后期無法擰入，如有條件可以將地腳螺栓與預埋活動螺母結構一同預埋。

3.3 地腳螺栓安裝后，可在地腳螺栓與套管之間的空隙填入硬質塑料顆粒，改善地腳螺栓的抗振性能。

4 結論

本文所述的可調式地腳螺栓用預埋活動螺母結構具有創新性，已獲得國家發明專利；具有實用性，已經在電廠成功應用并且效果良好。通過預埋活動螺母結構的應用，可容許預埋件的有更大的預埋偏差，降低安裝難度，縮短安裝周期，具有顯著的經濟效益。