某核電機組汽輪機軸瓦螺栓咬死處理

上海核工程研究設計院有限公司 樊向松 鄭東宏

某核電機組常規島汽輪機軸承采用90°型式支撐，調整墊片在兩側90°支撐下部，中分面固定螺栓為細牙螺紋，軸系中心調整僅通過底部和兩側墊片，上下和左右移動軸承即可實現，軸系中心調整方便，但存在螺栓咬死風險。如果在安裝階段發現螺栓咬死，有足夠時間和空間處理，難度不大。如果在汽輪機扣缸后發現螺栓咬死，則處理難度較大。某核電廠汽輪機扣缸后軸系中心復查，在緊固上部軸承座蓋時，發現其中一個軸承上部的1條螺栓咬死。

由于廠家在設計中未考慮螺栓咬死、翻瓦情況，而且支撐瓦塊厚度和寬度尺寸大，空間相對小，無法翻出下半軸瓦。若工程進入全面調試階段，揭缸處理將會使主機安裝工作全部暫停，影響整個工程進展，需要采用不揭缸處理。作為廠家對于結構空間狹小，無法布置廠家專用機床、鉆床等處理設備情況下，在工廠內沒有發生過類似情況，沒有相關的處理經驗。在安裝現場處理時存在3個難度：切割并取出咬死螺栓，不損傷螺孔絲扣；在取出咬死螺栓后，需檢查軸承座內螺孔絲扣損壞，如損壞需進行處理；在原完好螺栓中心不變的情況下，鉆孔、攻絲，配套安裝新螺栓。

1 問題描述及處理方案

某核電機組常規島汽輪機本體為國外引進技術，額定功率為1250MW、1500r/min、單軸、中間汽水分離再熱、四缸、六排汽、反動式凝汽式汽輪機。一個高壓轉子、三個低壓轉子通過剛性聯軸器連成一個軸系，再通過剛性聯軸器與發電機轉子相連，每根轉子都有一對徑向軸承支撐，整個軸系有一個推力軸承，位于#1低壓缸與#2低壓缸之間的軸承座內，#1、#2軸承采用可傾瓦，其余為橢圓瓦，推力軸承采用金斯伯里式軸承機構。

高壓和低壓支持軸承具有自動調整功能的球形座結構，使軸承與轉子軸頸能很好對中，所有的低壓軸承均采用相同結構，僅在頂軸油接管處存在區別。90°軸承支撐型式結構最大優點：每次調整整個軸系中心僅進行上下和左右調整，不需要處理因調整瓦塊墊片造成支撐接觸面變化，將節省現場的大量的調整工作和勞動強度。但若扣缸后瓦塊因螺栓故障，不能翻出，導致更換合適調整墊片難度較大。

低壓#1缸后軸承座（即#4軸承座）軸瓦下半結構中，軸瓦厚度為430mm，軸承瓦枕寬度為480mm，瓦枕下半螺栓材質為35CrMo，規格為M56×3×530mm，螺栓絲扣長度為118mm，瓦枕中分面與螺栓之間調整墊片厚度為2.5mm。在汽輪機扣缸結束后，進行軸瓦正式工作墊片更換時，發現低壓#4軸瓦瓦枕下半螺栓1條咬死，咬死螺栓位置位于#4軸瓦右側調端，直接后續安裝工作。

對于這一問題，采用不揭缸處理。處理原則為在不損傷設備任何部件下取出咬死螺栓，檢查軸承座瓦枕下半螺孔絲扣損傷情況，如果正常則更換新螺栓恢復安裝；若檢查結果座孔絲扣損傷，廢掉損傷段螺孔絲扣，繼續在原螺孔絲扣基礎上向下繼續配鉆合適長度的螺孔、攻絲，加長損傷段座孔絲扣長度，保持原設計螺栓絲扣長度不變，螺栓受力不變，更換新制造加長螺栓。

割除咬死螺栓頂部的六角頭部分，松開上半全部緊固螺栓，吊開上半瓦枕。取出剩余咬死部分，將軸承下半瓦枕恢復原位，重新定位后緊固其余5條螺栓，用定心套筒定位鉆頭位置，依次用不同規格的專用鉆頭逐漸擴孔，直至取出咬死部分螺栓。將咬死螺栓割除，取出咬死部分，如果座孔絲扣損傷輕微，則修整螺孔螺紋正常后更換新的螺栓安裝。聯合檢查損傷情況，發現螺孔絲扣部分損壞，螺栓孔總長度為117mm，底部12mm 無絲扣，螺栓孔絲總長105mm，咬死部位上部絲長46mm，中間咬死部位長23mm（共計7扣），咬死部位以下36mm 完好無損。

采用將原有M56×3的螺紋孔擴孔至58mm、深度117mm，去除原有的M56×3所有螺紋，然后在原孔基礎上向下重新鉆孔，深度超過90mm、孔徑53mm，在此基礎上用M56×3絲攻攻絲至有效長度90mm。現場用專用設備擴孔，除掉中間損傷絲扣，在下部絲扣中心不變基礎上重新補鉆孔、攻絲，絲扣長度滿足設計要求，保證上下部中心一致。重新安裝廠家補供的加長螺栓，最后恢復設備。

主要作業流程：軸瓦下半翻出→用千斤頂支撐聯軸器→拆下瓦枕下半其余緊固螺栓→割掉咬死螺栓上部六角頭→翻出下半軸承→頂起下半瓦枕，割掉咬死螺栓→割掉#4瓦枕回油盒，后移瓦枕→取掉咬死部分螺栓→用絲錐檢查瓦枕下半螺孔情況（正常安裝新的螺栓）→損傷則安裝鉆孔和攻絲設備→使用M20×60螺栓固定連接工裝，將液壓鉆就位于連接工裝上→在液壓鉆上安裝加長錐柄，下部末端安裝麻花鉆→安裝Ф58mm 麻花鉆，啟動液壓鉆進行鉆孔至有效深度為117mm（圖1）→依次更換Ф14mm、Ф35mm、Ф53mm 麻花鉆，繼續向下鉆孔，控制鉆孔深度→移除液壓鉆，使用液壓攻絲機進行攻絲→完成攻絲后退出絲攻。

圖1 鉆孔有效深度117mm

2 施工技術措施

2.1 測量#4軸瓦處低壓轉子相關數據

測量#4軸瓦下瓦套左右側、前后側固定墊板處間隙數據B、C 數值，瓦枕與軸承座的距離A（圖2），做好記錄。用內徑千分尺測量#4軸瓦處低壓2#轉子油檔洼窩處數據a、b、c（圖3），做好記錄。

圖2 瓦枕與軸承座距離A

圖3 低壓轉子油檔洼窩a、b、c

2.2 用千斤頂支撐聯軸器

在LP1-LP2轉子聯軸器處架設百分表，調整表的讀數并記錄。確保轉子最終恢復原位；用100t 液壓千斤頂在距離低壓#2轉子電端聯軸器1.0mm 處頂起，在電端聯軸器正下方用墊鐵加不銹鋼墊片或鋁板墊支撐，同時在聯軸器左右兩側用50t 液壓千斤頂支撐，防止聯軸器左右移動，固定好后松100t 液壓千斤頂。

2.3 翻出#4軸瓦下半瓦體

測量下半軸瓦厚度，計算瓦枕吊起高度，確定瓦枕與軸頸的安全距離。在#2低壓轉子軸頸處加廠家特供的潤滑油，使4#軸瓦與#2低壓轉子軸頸充分用廠房內行車將#4軸瓦沿著轉子軸頸翻出（注意：保護好轉子軸頸及4#軸瓦下半瓦體烏金面）。將翻出的瓦體清理干凈（特別是烏金面）并用塑料布包裹好并妥善保存。將#4軸瓦瓦枕下半其余五條螺栓做好標記后依次拆下，用煤油清理干凈并用塑料布包裹好，妥善保存。

2.4 割除咬死螺栓上部六角頭

把#4軸瓦瓦枕下半右側其余兩個螺栓孔用醫用膠帶封住后蓋上鐵板，防止施工過程中雜物落入。用醫用膠帶封住4#軸瓦右側定位墊片的間隙，并用鐵板蓋住，防止施工過程中雜物落入。做好周圍的防火圍欄，用切割機將咬死螺栓六角頭割除（圖4）。

圖4 割除咬死螺栓上部六角頭

2.5 切除咬死螺栓與軸承座接觸處部分

將瓦枕中分面的雜物清理干凈，把鐵板移除，把醫用膠帶去除；用行車將#4軸瓦下半瓦枕吊起約150mm（注意：起吊過程中防止瓦枕擺動，瓦枕不能碰到低壓2#轉子軸頸），做好下半瓦枕的支撐措施，保證支撐穩定，把左側支撐墊片取出，清理干凈并用塑料布包裹好，妥善保存；把軸承座右側的螺栓孔用醫用膠帶封住，用鐵板蓋住予以保護，防止切割過程中的雜物落入螺栓孔，同時將瓦枕左側的螺栓孔封住，防止雜物落入；在瓦枕下半與軸承座螺栓咬死接觸的部位切割開，切割完成后取下切割部分，然后取下右側支撐墊片。

2.6 拆除臨時支撐并把#4軸瓦瓦枕向電端移動，使咬死螺栓的螺栓孔露出

如圖5所示，因回油盒阻礙瓦枕的移動，故先行割除回油盒。先將回油盒用鐵板蓋?。ǚ乐闺s物落入），然后選擇合適位置，用切割機切除相連接鋼管，取下回油盒。取下后用醫用膠帶封住切口，防止灰塵進入，并用塑料布包裹好回油盒，妥善保存。用行車把#4軸瓦瓦枕向電端移動約130mm，使其和軸承座加強筋緊靠后放置，做好臨時支撐，讓咬死的螺栓孔及殘留部分露出（如圖4，將瓦枕向電端移動130mm，可以使咬死螺栓孔露出）。移動過程中不可碰觸軸頸。

圖5 割除回油盒

2.7 用磁力鉆鉆通咬死部分螺栓并取出

打磨平殘留螺栓的頂部，用樣銃在頂部確定中心。把瓦枕放回原位并定位固定，用臨時措施支撐下半瓦枕（如用臨時墊片支撐）。把φ65/φ16×260mm 的定心套筒放入螺栓孔內，根據固定好的位置固定磁力鉆，用φ16×530mm 的鉆頭鉆孔。依次換用φ30×530mm、φ45×530mm的鉆頭和相對應的定心套筒鉆孔至鉆通。用φ50530mm 的鉆頭鉆孔，鉆通后移開瓦枕，取下殘留部分螺栓。

檢查結果：螺栓絲扣已損壞，螺孔絲扣部分損壞；損壞情況：測量螺栓孔總長度為117mm，底部12mm 無絲扣。確認螺栓孔絲總長105mm，咬死部位上部絲長46mm，中間咬死部位長23mm（共計7扣），咬死部位以下36mm 完好無損。

2.8 螺孔鉆孔、鉸孔、攻絲

記錄施工前在LP1-LP2轉子聯軸器處架設百分表的讀數，做好記錄，目的是在處理工作結束后，瓦枕恢復原位；把#4軸瓦瓦枕下半右側其余兩個螺栓孔用醫用膠帶封住后蓋上鐵板，防止施工過程中雜物掉入；將鉆孔攻絲設備底座借用臨時螺栓M20×60連接到軸承座中分面現有螺栓孔內。利用螺栓固定連接工裝；將液壓鉆就位于連接工裝上（圖6）；在液壓鉆上安裝加長錐柄，下部末端安裝φ53mm 麻花鉆，利用φ53mm 麻花鉆外徑與原螺孔內徑將液壓鉆中心調節和螺孔中心一致，到達中心后鎖緊液壓鉆固定螺栓。

圖6 液壓鉆及工裝固定

連接液壓站電纜，調試液壓站。用液壓管連接液壓站和液壓鉆，通過油壓調節閥調節液壓鉆轉速；安裝延長莫氏錐柄MT5-5-40及Φ58mm 麻花鉆（保證一次能鉆600mm 深），啟動液壓鉆，調整轉速大致在100r/min，調整液壓鉆行程向下，當鉆頭的刃口和螺孔的端面平齊后，在液壓鉆的導向桿上做標記，控制鉆孔有效深度為117mm。鉆孔過程中進給量要均勻，要適量加乳化液（乳化液盡量不要噴在外面，否則要及時清理）。

當Φ58mm 鉆至目標尺寸后，將液壓鉆行程向上，將鉆頭退出孔外，拆下Φ58mm 麻花鉆，測量鉆孔深度，深度到達目標尺寸后（孔的直端尺寸117mm，孔的總深度135mm），更換Ф14mm 麻花鉆將Φ14mm 鉆孔定位套放置孔內，將液壓鉆行程向下，讓Φ14mm 鉆頭的鉆尖接觸到孔的底部，在液壓鉆的導向桿上做記號控制鉆孔有效深度為120mm，鉆孔過程中進給量要均勻并注意及時清理鐵屑和加適量的乳化液。

更換Φ35mm 麻花鉆（如果深度不夠，繼續鉆孔至目標深度）。將Φ35mm 鉆孔定位套放置孔內，將液壓鉆行程向下，讓Φ35mm 鉆頭的鉆尖接觸到孔的底部，在液壓鉆的導向桿上做記號控制鉆孔有效深度為120mm，做好標記后進行鉆孔，鉆孔過程中進給量要均勻并注意及時清理鐵屑和加適量的乳化液。

Φ35mm 鉆到目標深度后，液壓鉆行程向上，拆下Φ35mm 麻花鉆，把孔內的鐵屑清理干凈，測量尺寸是否到位。若深度不到位、裝上Φ35mm 麻花鉆繼續鉆至目標深度，如果深度到位、取出Φ35mm 鉆孔定位套。換上Φ53mm 定位套及Φ53mm 麻花鉆進行擴孔，擴孔到目標深度120mm；退出麻花鉆及Φ53mm 鉆孔定位套，清理孔內的鐵屑，測量鉆孔有效深度，拆除加長錐套，移除液壓鉆；使用液壓攻絲機進行攻絲（圖7）。

圖7 液壓攻絲機攻絲

將攻絲機的底座安裝在工裝板上，將攻絲機油連接至液壓站上，調整好攻絲機的轉速和方向備用；用M20×60的臨時螺栓固定底座但不鎖緊，將M56X3的絲錐的頭攻牙型部分均勻的涂上攻絲膏，將M56X3絲錐頭攻放進Φ53孔端面，裝上攻絲定位套，使絲錐的中心和孔的中心一致，將絲攻延長柄套在絲錐的方柄上，裝上攻絲連接頭，將攻絲機和攻絲機底座連接并調整底座使攻絲機的中心和絲攻延長柄的中心一致并鎖緊攻絲機底座。

在攻絲機導向桿上做標記，控制攻絲的深度在有效長度90mm。啟動攻絲機開始攻絲，當攻絲深度20mm 左右停止攻絲，取下攻絲機及絲攻延長柄，將攻絲定位套取出，（攻絲定位套使攻絲的鐵屑不易排出）再套上絲攻延長柄，裝上攻絲機繼續攻絲致目標深度。退出絲攻，取下攻絲機及絲攻延長柄，把孔內的鐵屑清理干凈后，將M56X3絲錐的2攻牙型部分均勻的涂上攻絲膏，手動將絲錐旋入螺孔內，直到旋不動為止。套上絲攻延長柄，裝上攻絲機攻牙，控制攻絲的深度在有效長度90mm。

完成攻絲后退出絲攻，清理鐵屑，檢查螺紋情況。攻絲完后仔細檢查螺栓孔，用手觸摸檢查，若有毛刺則及時處理，確保螺栓孔內無雜物、無毛刺，處理完成。

2.9 其他

向勵端移動瓦枕130mm 后，用M56的絲攻重新檢查下半螺孔螺紋情況，用手觸摸，若有毛刺則及時處理，最后用白布蘸酒精進行清理，確保螺栓孔內無雜物；把新供螺栓進行檢查清理，確保無毛刺，并用白布蘸酒精清理干凈，然后涂抹防咬劑，進行螺栓試裝（試裝時，用手慢慢帶入，旋入兩絲扣，退出1絲扣，直至安裝到要求位置）。

把軸瓦瓦枕恢復原位：把新供螺栓拆下并清理干凈，用塑料布包裹好妥善保管。把瓦枕恢復原來位置，放入正式墊片，按照記錄調整兩側間隙，確保與記錄保持一致；把#4軸瓦按工序恢復原位，恢復后把千斤頂拆除，確保百分表及油檔洼窩數據與記錄一致；按照螺栓編號依次把瓦枕螺栓緊固。緊固時清理螺栓及螺栓孔，確保無毛刺、無雜物，并涂抹防咬劑。

3 主要質量控制措施及結論

鉆孔前測量定中心套筒的加工尺寸，偏差控制在0.05mm 以內，內外倒角做好，避免卡澀；定中心套筒安裝前，對廠家在廠內鉆配好的銷孔進行全面清理，保證干凈、無毛刺、雜物；鉆孔過程使用磁座鉆的最低轉速鉆孔，控制好力矩，不能用過大力矩損壞鉆頭和鉸刀等設備；按照銷孔由小到大的順序依次鉆配，避免鉆頭力矩過載損壞；定心套筒的更換用頂絲取出，不能用尖銳工具撬別，以防損傷定心套筒或成品銷孔的工作面。

在沒有揭缸情況，現場通過嚴格的每一個過程工藝控制，用不同規格的鉆頭精密定心，通過定心套筒鉆孔、擴孔、取出下部咬死螺栓部分，取出過程沒有損傷螺孔。用液壓鉆、液壓攻絲機成功鉆孔、攻絲，完成中間損傷絲扣的切除，底部絲扣中心和上部中心重合。在鉆孔、攻絲過程中，根據取出咬死螺栓的工藝過程，利用螺栓固定連接工裝；將液壓鉆就位于連接工裝，采用取出咬死螺栓的方法，用不同規格的鉆頭在定心套筒的引導控制下，進行鉆孔、擴孔，達到要求尺寸后，用液壓攻絲機，在定心工裝固定下，找正、定心、攻絲，最終成功完成咬死螺栓的全部處理工作。