淺談液壓拉伸螺栓在抽水蓄能機(jī)組中的應(yīng)用

李貴桃

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213333）

淺談液壓拉伸螺栓在抽水蓄能機(jī)組中的應(yīng)用

李貴桃

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213333）

摘要：抽水蓄能機(jī)組一般水頭較高，結(jié)構(gòu)緊湊，與常規(guī)水電機(jī)組相比，在同等容量下，機(jī)組各部件所承受的動(dòng)載荷、沖擊力等均較大，故抽水蓄能機(jī)組對(duì)各部件之間的連接螺栓要求較高，如螺栓的性能、結(jié)構(gòu)、預(yù)緊力等。本文主要闡述液壓連接螺栓在江蘇沙河抽水蓄能機(jī)組中的應(yīng)用及相關(guān)工藝要求等，希望能為同行提供一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能機(jī)組；液壓拉伸螺栓；工藝特點(diǎn)

1概述

江蘇沙河抽水蓄能電站安裝2臺(tái)單機(jī)額定容量為50MW立軸單級(jí)可逆混流式水泵水輪機(jī)（HLN178-LJ-332）及三相立軸懸式空冷可逆式同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)（SFD50-20/630），主機(jī)設(shè)備由法國(guó)ALSTOM設(shè)計(jì)制造，總裝機(jī)容量為100MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量1.82億kW·h。其中水泵水輪機(jī)安裝高程為-8m，發(fā)電額定水頭97.7m，單機(jī)發(fā)電額定流量60.8m3/s，抽水最小揚(yáng)程101m。

抽水蓄能機(jī)組一般水頭較高，具有發(fā)電、抽水、調(diào)相等多種運(yùn)行工況，因而在設(shè)計(jì)制造時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)部件本身的強(qiáng)度、連接可靠性等要求均較高。抽水蓄能電廠的土建投資占比達(dá)70%～80%，其中，廠房開挖是土建工程的重點(diǎn)，其開挖量的大小直接影響到整個(gè)工程的投資額。而液壓拉伸連接螺栓不但能滿足強(qiáng)度要求，而且在同等條件下，其外形尺寸較小，操作維修空間要求也不高，為抽水蓄能機(jī)組的高強(qiáng)度、緊湊性實(shí)現(xiàn)了技術(shù)可行性。法國(guó)ALSTOM在設(shè)計(jì)江蘇沙河抽水蓄能電站的過程中就多次利用液壓拉伸連接螺栓。如導(dǎo)葉接力器與控制環(huán)的連接，水泵水輪機(jī)頂蓋與座環(huán)的連接，發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸與水泵水輪機(jī)軸的連接，機(jī)組進(jìn)水主閥分別與壓力鋼管、湊合節(jié)的連接，以及進(jìn)水閥分瓣閥座的組裝等。

2螺栓預(yù)緊

螺栓預(yù)緊力的適當(dāng)控制是確保螺紋聯(lián)接質(zhì)量的關(guān)鍵。預(yù)緊力過小，將導(dǎo)致聯(lián)接松動(dòng)而失效，預(yù)緊力過大，將導(dǎo)致裝配時(shí)或偶然過載時(shí)螺栓過度屈服而產(chǎn)生早期斷裂。預(yù)緊力的大小應(yīng)根據(jù)螺栓組受力和聯(lián)接的工況等要求決定。GB3098-2010《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》規(guī)定螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊力不得大于其材料屈服極限的80%。

2.1力矩控制法

2.2伸長(zhǎng)量控制法

通過液壓拉伸使螺栓伸長(zhǎng)或加熱使螺栓伸長(zhǎng)到所需要的變形量，再擰緊螺母。液壓緊固采用的壓力可高達(dá)220MPa。對(duì)M30及以上螺栓聯(lián)接，則可通過測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量的方法來控制預(yù)緊力。用專用工具測(cè)量螺栓的彈性伸長(zhǎng)，然后利用公式計(jì)算預(yù)緊力。該法控制的預(yù)緊力能排除摩擦系數(shù)、接觸變形和被聯(lián)接件變形等可變因素的影響，預(yù)緊力可達(dá)到±5%的精度。

螺栓伸長(zhǎng)值、預(yù)緊力、長(zhǎng)度等關(guān)系如下：

式中△-螺栓伸長(zhǎng)值，mm；

3液壓拉伸螺栓應(yīng)用

3.1頂蓋與座環(huán)

頂蓋與座環(huán)連接螺栓為M48×4，螺桿長(zhǎng)326mm，上螺紋長(zhǎng)106mm，下螺紋長(zhǎng)75mm，螺母高48mm，材質(zhì)34CrNi13Mo，屈服強(qiáng)度≥700MPa，抗拉強(qiáng)度≥850MPa，預(yù)緊力99.9MPa，數(shù)量78套。

注：頂蓋與座環(huán)連接螺栓中心孔為盲孔。

3.2發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸與水泵水輪機(jī)軸

發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸與水泵水輪機(jī)軸連接螺栓M100×6，螺桿長(zhǎng)600mm，上螺紋110mm，下螺紋190mm，發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸法蘭厚150mm，水泵水輪機(jī)軸法蘭厚170mm，預(yù)緊力98MPa，數(shù)量14套。

發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸與水泵水輪機(jī)軸連接螺栓伸長(zhǎng)值通過公式（2）計(jì)算如下：

注：發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸與水泵水輪機(jī)軸連接螺栓中心孔為通孔。

3.3導(dǎo)葉接力器與控制環(huán)

導(dǎo)葉接力器與控制環(huán)連接螺桿M80×4，被拉伸的有效螺桿長(zhǎng)度158mm，預(yù)緊力100MPa，數(shù)量2套。其預(yù)緊力通過公式（2）計(jì)算如下：

注：導(dǎo)葉接力器與控制環(huán)連接螺桿中心孔為通孔。

4專用工具-液壓拉伸器

4.1工作原理

螺栓液壓拉伸器簡(jiǎn)稱液壓拉伸器，主要用于各種規(guī)格螺栓的定值緊固或拆卸。它借助液力升壓泵（超高壓油泵）提供的液壓源，根據(jù)材料的抗拉強(qiáng)度、屈服系數(shù)、伸長(zhǎng)率、工作載荷等決定拉伸力，利用超高壓油泵產(chǎn)生的伸張力，使被施加力的螺栓在其彈性變形區(qū)內(nèi)被拉長(zhǎng)，螺栓直徑輕微變形，從而使螺母易于緊固或松動(dòng)。拉伸器最大的優(yōu)點(diǎn)是可以使多個(gè)螺栓同時(shí)被定值緊固或拆卸，布力均勻，安全、高效、快捷地緊固或拆卸螺栓。應(yīng)用于水電、風(fēng)電、火電、核電等領(lǐng)域，尤其在空間受到限制的工作環(huán)境中，拉伸器更是其他工具難以替代的。

4.2特點(diǎn)

液壓拉伸連接具有以下特點(diǎn)：

（1）可多個(gè)螺栓同時(shí)緊固，使整圈螺栓受力均勻，得到均衡載荷，提高裝配、拆卸效率。

（2）被拉伸螺栓受純拉伸應(yīng)力，不會(huì)發(fā)生扭曲現(xiàn)象或損壞被緊固表面。

（3）拉伸方式不受螺栓潤(rùn)滑效果和螺紋摩擦大小的影響，可以得到更為精確的螺栓載荷。

（4）對(duì)螺栓進(jìn)行緊固得到的剩余載荷和有效載荷要比力矩方式更大，適用于緊固精度要求較高的接合應(yīng)用。

5工藝過程

（1）螺栓驗(yàn)收。首先全數(shù)對(duì)螺栓進(jìn)行無損檢測(cè)；然后抽檢部分螺栓做金相分析、光譜分析、拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等。上述試驗(yàn)全部合格方可投入使用。

（2）清掃。螺栓孔清掃干凈，螺紋清掃、研磨、試配、做記號(hào)，并涂適量絲扣脂，對(duì)號(hào)入座。螺紋研磨和試配的目的是去除螺紋毛刺，校驗(yàn)或處理螺紋粗糙度和配合間隙，以達(dá)到GB197-81《普通螺紋公差與配合》的要求。

（3）將螺栓擰入螺孔或螺母，用手推動(dòng)螺紋頭部，向任何方向均能微量晃動(dòng)，千分尺測(cè)量晃動(dòng)量，換算為螺紋間隙，應(yīng)符合GB-197-81《普通螺紋公差與配合》的要求。

（4）用手將螺栓旋出后，檢查螺紋，不應(yīng)有拉毛（如毛刺和細(xì)屑）。不符合要求時(shí)，應(yīng)分析原因并處理。

（5）操作步驟：

第一步：螺栓安裝。螺栓安裝完畢，并進(jìn)行手動(dòng)緊固。

第二步：拉伸器安裝。首先對(duì)稱均布安裝液壓拉伸器，液壓拉伸器使用前確認(rèn)拉伸器已復(fù)位，每次拉伸器旋到位再松1/4圈（防止拉伸后拉伸器被卡塞）；之后通過分配器與同一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置連接。

第三步：螺栓預(yù)緊。螺栓伸長(zhǎng)值（撤除油壓后的剩余伸長(zhǎng)值）達(dá)設(shè)計(jì)值的30%～50%，測(cè)量結(jié)合面之間的間隙為0（用0.02mm塞尺）。重復(fù)第二步、第三步，預(yù)緊其余螺栓。

第四步：螺栓終緊。采取對(duì)稱均布緊固的方法進(jìn)行終緊，使螺栓伸長(zhǎng)值達(dá)到設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)值。

（6）檢查驗(yàn)收。

6結(jié)語

采用液壓拉伸緊固螺栓，不僅具有效率高，安裝精確，質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)螺栓的操作空間、安裝位置等要求較低。從而降低設(shè)備耗材量，減少抽水蓄能機(jī)組的土建開挖，節(jié)約工程投資成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

中圖分類號(hào)：TK730.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）04-0048-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.015

收稿日期：2015-01-08

作者簡(jiǎn)介：李貴桃（1968-），男，高級(jí)工程師，從事抽水蓄能發(fā)電公司生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理等工作。