大型軸流轉槳式水輪機槳葉把合超級螺母安裝工藝

李傳法，楊 飛，張 浩

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213）

1 前言

軸流轉槳式水輪機轉輪葉片由葉片和樞軸兩部分組成，樞軸端面設置螺栓和剪切銷孔，與安裝在轉輪內的轉臂通過螺栓、螺母把合在一起，靠樞軸與轉臂接觸面的摩擦力傳送力矩，帶動槳葉旋轉。轉輪的葉片一方面承受其正背面水壓差所形成的彎曲力矩，另一方面承受水流的扭轉力矩，同時還要承受離心力作用，因此槳葉把合螺母起著尤為重要的關鍵作用。根據不同廠家設計，葉片與轉臂把合螺母分常規圓螺母把合和超級螺母把合兩種：常規圓螺母把合是在螺栓中間通入加熱裝置，使螺栓受熱伸長，然后用專用工具把緊螺母，當螺栓冷卻收縮后使葉片與轉臂緊緊貼合在一起，該螺母把合方法操作簡單，并且可以同時對多根螺栓進行加熱，質量和工期容易保證。另一種為把合超級螺母，它是在葉片與轉臂把合螺栓的螺母上均布較多的預緊螺栓，通過專用工具多次不同力矩把緊預緊螺栓，從而使葉片與轉臂之間產生壓應力。由于每個葉片與轉臂把合的超級螺母較多，每個超級螺母上又布置較多的高強壓緊螺栓。受結構限制，超級螺母與葉片樞軸孔的徑向空間較小，至樞軸孔軸向邊緣距離較長，力矩扳手頭無法伸入樞軸孔內施工作業，只有加長專用工具，使專用工具露出樞軸孔邊緣，此時專用工具力臂較長，沒有輔助工裝固定較長的作用力臂，當力矩扳手在作周向轉動驅動專用工具時，無法保證力矩扳手與專用工具垂直，施工中極易造成專用工具的損壞，使工程質量、進度受影響，因此需要采取一些特殊方法來完成超級螺母的安裝。

2 施工工藝原理

針對大型軸流轉槳式水輪機轉輪葉片與轉臂把合螺母為超級螺母結構的，自行研制及應用一套輔助裝置來固定專用工具，輔助裝置布置多個導孔，導孔與超級螺母上的預緊螺栓同心，直徑大于預緊螺栓0.15~0.20 mm，安裝在超級螺母上的預緊螺栓后起定位作用。當專用工具驅動預緊螺栓時，周向剪切力由其他預緊螺栓來承受，較大程度保證大力矩工具與專用工具的垂直度，實現長阻力臂預緊螺栓的安全施工。為減少預緊螺栓施工的人工勞動強度，選擇一套液壓力矩工具，對液壓力矩工具作用力點進行改進，在相鄰的超級螺母上設置一個液壓力矩工具輔助受力支臂，支臂伸出樞軸上的凹孔，與超級螺母的螺栓為絲扣連接，將液壓力矩工具作用力臂（即支點）改長，當液壓力矩工具驅動每個超級螺母上的預緊螺栓時，靠后一個超級螺母上的輔助受力支臂為支撐受力點，使液壓工具受力均勻，有效保證了超級螺母預緊螺栓施工專用工具的完好率。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

大型軸流轉槳式水輪機槳葉把合超級螺母安裝工藝流程圖見圖1。

圖1 超級螺母安裝施工工藝流程圖

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

（1）技術準備。安裝前，根據設計圖紙及上報批復的槳葉安裝專項方案對現場人員進行技術交底。

根據超級螺母的外徑尺寸以及每個預緊螺栓的規格、分布圓，設計一套輔助裝置，在該裝置與葉片樞軸凹孔邊緣最低位置平齊，外徑小于超級螺母1~2 mm。并根據預緊螺栓的分布設置多個導孔，導孔尺寸大于預緊螺栓0.15~0.20 mm。

根據超級螺母的預緊螺栓力矩值，選擇一套液壓力矩工具，并對受力作用支點進行改進。

根據超級螺母把合螺栓外徑，設計一個液壓力矩工具輔助受力支臂，與葉片把合螺栓為螺紋連接，支臂長度滿足伸出樞軸孔最高邊緣100 mm為易。

（2）生產準備。槳葉超級螺母的安裝、拆除施工準備，主要包括施工布置、手動力矩工具的選型、輔助裝置工裝制作、液壓力矩工具的選型，液壓力矩工具“輔助受力支臂”的加工等，做好各個相應施工工序的準備工作。

3.2.2 超級螺母結構布置

大型軸流轉槳式槳葉靠多顆把合螺栓與轉輪臂把合在一起，每個超級螺母及預緊螺栓其結構見圖2。

圖2 超級螺母及預緊螺栓布置圖

3.2.3 預緊螺栓專用工具

根據超級螺母上的預緊螺栓，檢查校核專用工具是否滿足螺栓強度要求。

3.2.4 輔助裝置設計、制作

根據超級螺母把緊“專用工具”的結構尺寸，如采用力矩工具直接套在超級螺母預緊螺栓上來把緊預緊螺栓，專用工具阻力臂較長，在施工過程中一旦力矩工具與專用工具不垂直，瞬間極有可能損壞“專用工具”，因此需要自行設計一套“輔助固定裝置”，用來固定阻力臂較長的“專用工具”，已減小力矩工具在旋轉預緊螺栓施工過程中的不垂直力矩，輔助固定裝置結構詳見下圖3。

圖3 輔助固定裝置

3.2.5 液壓力矩工具選擇

根據超級螺母上的預緊螺栓力矩值要求，選擇合適力矩的液壓力矩工具。

3.2.6 液壓力矩工具改裝

（1）液壓力矩工具支撐點改進。由于槳葉把合螺栓表面成弧形，而液壓力矩工具作用力點為圓周方向，因此需要將圓周方向的作用力臂改成軸向方向受力，將液壓力矩工具的作用力點拆除，根據柄上的齒輪結構，配其加工一根套筒，并將尾部用鋼管加長延伸，其改裝后的結構詳見圖4。

圖4 液壓力矩工具作用力點工具改裝圖

（2）液壓力矩工具作用力點轉移。由于液壓力矩工具作用力臂改成軸向方向后，而相鄰的螺栓孔為球面，作用力臂伸長后無周向作用受力支撐點，因此需要設計一個軸向支撐工具作為周向作用受力支撐點。根據槳葉把合螺栓的結構尺寸，設計一套軸向支撐，中空鋼結構，把合在超級螺栓的螺紋上，以作為液壓力矩工具周向作用受力支撐點。

3.2.7 超級螺母及預緊螺栓安裝

（1）超級螺母安裝。安裝前，先將超級螺母的螺紋和槳葉把合螺栓裸露的螺紋用清洗劑清洗干凈，并用細油石清理螺紋表面的毛刺，然后在螺紋上涂抹二硫化鉬或凡士林，同時將轉輪體內的轉臂把合螺栓孔用清洗劑清洗干凈，用細油石清理絲扣表面的毛刺。安裝完所有把合螺栓后將槳葉吊入對正定位銷后安裝超級螺母。

（2）超級螺母預緊螺栓安裝。當所有槳葉安裝完成后開始把緊超級螺母上的預緊螺栓。預緊前首先將“輔助裝置”安裝在超級螺母上的預緊螺栓上，然后將超級螺母預緊螺栓的“專用工具”從“輔助裝置”的導孔內裝入，接著在相鄰的槳葉把合螺栓上安裝“軸向支撐工具”，最后安裝“液壓力矩工具”，通過液壓力矩工具對稱、分多次將各個超級螺母上的預緊螺栓把緊，最終達到設計預緊力矩值，詳細見圖5。

圖5 超級螺母及預緊螺栓安裝

4 結束語

本工藝通過研制固定阻力臂較長的超級螺母預緊螺栓專用工具的“輔助裝置”及采用電動液壓力矩工具及改變作用力點等方式，提高了施工效率，保證了力矩工具垂直受力，將專用工具的損耗降到最低，節約了施工成本，為超級螺母預緊螺栓的安裝、拆除及檢修維護積累了寶貴經驗。本工藝已在金沙、草街水電站成功運用，與“專用工具+力矩扳手”緊固工藝相比，保證了螺栓緊固過程中垂直受力且力矩均勻，做到專用工具無損壞，同時大幅提高施工效率，可為類似項目施工提供借鑒經驗。