汽輪機的大型可靠螺栓連接件

周珩磊

（哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

1 引言

對于利用剪切力鎖緊的剛性聯(lián)軸節(jié)來說，兩個聯(lián)軸節(jié)半部依靠它們與驅(qū)動件的表面接觸來傳遞扭矩，這時驅(qū)動件本身承受的是剪切力。

根據(jù)剪切式聯(lián)軸的承載能力，在聯(lián)軸節(jié)和驅(qū)動件之間的接觸壓力與驅(qū)動件的剪切載荷同等重要。通常，聯(lián)軸節(jié)的尺寸都是根據(jù)剪切載荷予以確定。相當(dāng)高的接觸壓力僅通過經(jīng)驗所得的安全系數(shù)予以考慮。如果在設(shè)計階段通過分析來計算表面壓力，則可以明顯提高聯(lián)軸節(jié)的承載能力，從而減小所取用的安全系數(shù)。在實踐中，采用多頂緊螺栓緊固件可獲得較高的承載能力。

2 擰緊和松卸的問題

在擰緊高扭矩傳遞的聯(lián)軸節(jié)連接件時，聯(lián)軸節(jié)螺栓的擰緊和松卸是最大的問題。

在擰緊聯(lián)軸節(jié)螺栓時，人們總是試圖獲得盡可能高的預(yù)載荷，以便把兩個聯(lián)軸節(jié)半部固緊在一起。由于傳遞的扭矩大，而且隨著技術(shù)的完善還會增大，就需要采用大直徑的螺栓。但是，大直徑的螺栓難以擰緊。目前常用的擰緊方法如下：

（1）力矩擰緊法。采用力矩擰緊法時，先把螺母套在螺栓上，然后按照規(guī)定的力矩予以擰緊。由于力矩的增大與螺紋直徑的三次方成比例，這種擰緊法很快就達到了極限。當(dāng)螺紋直徑達到M24或更大，單靠人力已無法保證可靠地擰緊聯(lián)軸節(jié)螺栓，必須改用機械工具、氣動工具或液壓工具。而這些工具通常都較笨重、昂貴，并需要較大的操作空間。

（2）機械擰緊法。機械擰緊法可能比較理想，因為這時螺栓和連接法蘭同時被預(yù)緊，在理論上螺栓可以達到最大拉伸量。

（3）多頂緊螺栓緊固件。多頂緊螺栓緊固件能精確達到目的，也就是說，利用較小的螺栓連接件可以獲得同樣的預(yù)載荷，從而使連接系統(tǒng)更緊湊、剛性更好、更經(jīng)濟。因此，采用機械式多頂緊螺栓緊固件是一種理想的解決方法。這時所要求的操作空間較小，用簡單的機械工具就可擰緊,材料可得到最佳利用，而且拆卸時毫無困難。

3 多頂緊螺栓介紹

（1）結(jié)構(gòu)。有一個螺母本體，與標(biāo)準(zhǔn)緊固件一樣被擰緊在連接螺栓上。在螺母的主螺紋四周有若干個小的頂緊螺栓。連接面的緊密性不是依靠主螺紋的擰緊，而是依靠這些小的頂緊螺栓來實現(xiàn)。每個頂緊螺栓產(chǎn)生一個小的壓緊力，但加起來就成為了很大的預(yù)載荷。

（2）擰緊。采用多頂緊螺栓時，主螺紋在載荷下不會發(fā)生移動，只需把所有小的頂緊螺栓擰緊就可。擰緊小尺寸頂緊螺栓所需的力僅僅是擰緊主螺紋所需力的一小部分，因為擰緊力矩與螺紋直徑的三次方成比例。

相對于大螺紋來說，小螺紋較容易處理，而且能較精確地擰緊。利用普通的力矩扳手獲得的預(yù)載荷誤差為±10%，通過同時測量螺栓的延伸率，就能獲得精確的預(yù)載荷。

（3）拆卸。小直徑螺栓的拆卸比大直徑螺栓容易得多，但要注意，必須使各頂緊螺栓逐步減少載荷。如果使頂緊螺栓一個接著一個完全卸載，則整個載荷將落到其余螺栓上，這一點在具體操作時很容易被疏忽。此外，利用專門的松卸程序時，即使多頂緊螺栓緊固件過載，也能無損地松卸。通常，可以先把一個頂緊螺栓完全松開，重新上潤滑劑后，再用比原來高10%的力矩重新擰緊。這時，相鄰的各頂緊螺栓就變得松動。用這種方法可以在很短的時間內(nèi)松卸多頂緊螺栓緊固件，而不會產(chǎn)生其它問題。

（4）優(yōu)點。多頂緊螺栓緊固件不僅在擰緊和松卸方面比標(biāo)準(zhǔn)緊固件優(yōu)越，而且在運行方面也具有很大的優(yōu)越性。因為所達到的預(yù)載荷可以在盡可能長的時間內(nèi)保持不變。載荷的不均勻、螺紋的塑化和變形等，只需要通過緊固件的高彈性就能予以控制。預(yù)載荷能保持更長的時間，使連接面保持可靠的緊密性。所以，其載荷的分布要比傳統(tǒng)的緊固件更為均勻。

由于載荷分布均勻，延長了螺栓的使用壽命，因為載荷集中程度較低，降低了出現(xiàn)裂紋的危險。對8.8級M42螺栓連接系統(tǒng)的疲勞試驗證明，多頂緊螺栓緊固件的使用壽命為傳統(tǒng)緊固件的2.5～4倍。

4 結(jié)語

大型聯(lián)軸節(jié)的螺栓連接件在運行時常常出現(xiàn)問題。利用摩擦型聯(lián)軸節(jié)無法傳遞所需的力矩，因為無法達到或無法保持所需的軸向預(yù)載荷。采用正向（持續(xù)）鎖緊的聯(lián)軸節(jié)，又會在聯(lián)軸節(jié)法蘭之間承受負(fù)荷時發(fā)生位移，導(dǎo)致聯(lián)軸節(jié)螺栓的變形，以及松卸時的磨損。在檢修時往往必須更換聯(lián)軸節(jié)螺栓，成本較高，而且還需要修復(fù)聯(lián)軸節(jié)法蘭。

采用多頂緊螺栓緊固件能有效地解決這些問題。只需使用簡單的手持力矩扳手，就可以非常精確地達到預(yù)載荷要求。由于高彈性和均勻的負(fù)荷分布，預(yù)載荷能保持較長的時間，聯(lián)軸節(jié)能保持緊密連接。此外，還能迅速松卸，節(jié)省時間和費用。因此，采用多頂緊螺栓緊固件是控制高傳遞扭矩的聯(lián)軸節(jié)螺栓連接系統(tǒng)的理想解決措施。