燈泡貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪與主軸連接扭矩銷拆卸裝置的研制及應(yīng)用

●沈 帆

燈泡貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪與主軸連接扭矩銷拆卸裝置的研制及應(yīng)用

●沈 帆

某水電站位于紅水河中游，為紅水河干流梯級開發(fā)的第七級電站。該水電站安裝有6臺單機(jī)容量為32MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量192MW，水輪發(fā)電機(jī)組由日本富士和富春江富士水電設(shè)備有限公司制造。該水電站于1992年10月進(jìn)場籌建，1993年2月18日主體工程開工，1996年2月16日第一臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，1999年5月21日六臺機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，至今已安全穩(wěn)定運(yùn)行十多年，每年均按計(jì)劃檢修。

該廠水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為6.4m，機(jī)組為臥軸布置，主軸直徑為Ф950mm，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪與主軸通過法蘭連接。轉(zhuǎn)輪與主軸有18個(gè)M90×456連接螺栓及6個(gè)均布于連接法蘭處的Ф160×310 扭矩銷，扭矩銷中心設(shè)計(jì)有M48×75的吊具安裝螺紋及Ф43通孔（扭矩銷結(jié)構(gòu)如圖1所示），轉(zhuǎn)輪端扭矩銷底部設(shè)計(jì)有M30的堵桿連接螺紋。扭矩銷設(shè)計(jì)配合間隙為0.04～0.08mm。

圖1 扭矩銷結(jié)構(gòu)圖（圖中所示1-扭矩銷；2-M48×75吊孔；3-止動墊片鎖定孔；4-Ф43通孔；5-15°倒角）

一、機(jī)組檢修過程中存在的問題

在機(jī)組轉(zhuǎn)輪A級及B級檢修時(shí)，需將水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪從主軸連接法蘭處拆卸并吊至安裝間進(jìn)行檢修。由于扭矩銷與銷孔配合間隙小，機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，現(xiàn)場作業(yè)空間受到一定的限制，使得轉(zhuǎn)輪與主軸連接扭矩銷的拆卸工作一直都是一項(xiàng)艱難的工作。

原有的拆卸方法為：制作一根長700mm兩端分別開M48的螺紋拉伸桿及一個(gè)三角支架，將拉伸桿一端與扭矩銷螺紋連接，穿過三角支架中心孔，放置一個(gè)60T中空液壓千斤頂，調(diào)整中心，然后用墊片及螺母將液壓千斤頂與三角支架鎖緊，通過電動壓油泵打壓將扭矩銷拔出。如圖2所示。

圖2 原拆卸方法裝配圖

該方法存在的問題：

（一）三角支架始終處于一種傾斜的狀態(tài)，使得液壓千斤頂中心與扭矩銷中心產(chǎn)生偏離，拉伸桿處于傾斜狀態(tài)，中心調(diào)整困難。

（二） 由于拉伸桿傾斜，且扭矩銷配合間隙很小，液壓千斤頂頂升力與扭矩銷中心不同心，容易造成設(shè)備傷害，使得扭矩銷拆卸工作難度加大，工期無法保證。

（三）由于中心不對，使拉伸桿傾斜，拉伸桿受到剪切力，容易發(fā)生斷裂，對現(xiàn)場工作人員存在安全威脅，實(shí)際工作時(shí)多次發(fā)生拉伸桿斷裂。

圖3 過渡接頭

二、原因分析

（一）如圖2所示，由于扭矩銷孔靠近主軸法蘭側(cè)為弧面（圖中14所示）結(jié)構(gòu)，弧面面積占據(jù)扭矩銷孔圓周40%的比例，致使三角支架始終處于一種傾斜的狀態(tài)，從而使得液壓千斤頂也處于傾斜狀態(tài)，液壓千斤頂中心調(diào)整困難。液壓千斤頂中心與扭矩銷中心產(chǎn)生偏離，使拉伸桿受傾斜力，拉伸桿承受軸向拉力的同時(shí)還受徑向剪切力，這是造成拉伸桿斷裂的主要原因。

（二）由于拉伸桿受力傾斜，且扭矩銷配合間隙很小，液壓千斤頂頂升力與扭矩銷中心不同心，使得扭矩銷受到一個(gè)軸向拉力的同時(shí)，也受到一個(gè)徑向力，從而增加了扭矩銷與銷孔接觸面之間的摩擦力，增加扭矩銷拆卸難度，這是造成扭矩銷與銷孔卡阻的主要原因。

圖4 方案裝配圖

三、實(shí)施方案

根據(jù)扭矩銷及銷孔的結(jié)構(gòu)，扭矩銷設(shè)計(jì)有Ф43通孔直通扭矩銷孔底部，扭矩銷底部設(shè)有倒角，銷孔底部設(shè)有M30的鎖定桿螺紋，以及加工銷孔時(shí)底部留有退刀槽，所以在扭矩銷安裝到位之后，在扭矩銷及銷孔底部之間留有一定的間隙。由于扭矩銷與孔配合間隙很小，使得扭矩銷在底部與銷孔之間形成一個(gè)相對密封的空間。將扭矩銷孔設(shè)想成為一個(gè)缸體，而扭矩銷設(shè)想為活塞，在扭矩銷與銷孔底部之間通入壓力油，在壓力油的作用下將扭矩銷頂升，從而達(dá)到將扭矩銷拆卸的目的。

（一） 根據(jù)扭矩銷結(jié)構(gòu)，制作一過渡接頭（如圖3所示），中心設(shè)有Ф8的通孔，過渡接頭一端設(shè)有M48螺紋與扭矩銷吊孔螺紋連接，另一端與電動液壓油泵壓力油管快速接頭螺紋連接（方案裝配圖如圖4）。

過渡接頭替代了原有方法中的三角支架、拉伸桿及液壓千斤頂部分，通過壓油泵將壓力油注入扭矩銷底部，使壓力油作用在扭矩銷底部面積上。由于油壓的作用力總是與接觸面積垂直，扭矩銷底部各處油壓相同，所以扭矩銷各接觸面受力始終保持平衡。從而解決了原有的拆卸方法中因中心調(diào)整不好而造成扭矩銷受力不平衡與銷孔卡阻的問題。

（二） 可以制作多個(gè)過渡接頭，拆卸前提前將過渡接頭與扭矩銷吊孔螺紋連接，這樣在拆卸完一個(gè)扭矩銷之后松脫壓油管快速接頭，就可以進(jìn)行下一個(gè)扭矩銷拆卸工作，無需等待退出過渡接頭，從而進(jìn)一步地提高了工作效率。

（三） 系統(tǒng)流程：如圖4所示，壓油泵將壓力油經(jīng)過壓力管及過渡接頭進(jìn)入扭矩銷的通孔，到達(dá)扭矩銷孔底部與扭矩銷間隙之間，在壓力油的作用下將扭矩銷安全拆卸。

四、 實(shí)施效果

（一）主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1.研制了轉(zhuǎn)輪與主軸連接扭矩銷拆卸裝置，整個(gè)拆卸過程中，能有效地保證扭矩銷各部位受力平衡，根本上解決了原來拆卸時(shí)扭矩銷因受力不平衡而與銷孔卡阻從而對設(shè)備造成損壞的問題。

2.解決了拆卸時(shí)調(diào)整中心困難的問題。

3.解決了因中心調(diào)整不好而無法將扭矩銷拆卸的問題。

4.解決了原拆卸方法中對工作人員存在的安全隱患問題。

5.解決了扭矩銷拆卸過程中受力不可控問題。

（二）使用效果

此技術(shù)方案于2010年11月在該電廠4號機(jī)組A級檢修中首次應(yīng)用。至2014年4月，該廠6臺機(jī)組均使用了該技術(shù)方案拆卸轉(zhuǎn)輪與主軸連接扭矩銷，此方案拆卸一個(gè)轉(zhuǎn)輪扭矩銷平均耗時(shí)約1小時(shí)，一臺機(jī)組扭矩銷拆卸工作在一個(gè)工作日內(nèi)均能完成，比原有方法平均節(jié)省3天工期，大大節(jié)省了檢修工期，為電廠多爭取了三天發(fā)電運(yùn)營時(shí)間。同時(shí)，在扭矩銷拆卸工作中，原先需要8個(gè)工作人員，現(xiàn)在只需要5個(gè)工作人員即可完成，一天就可以完成原來幾天才能完成的拆卸工作，大大地節(jié)省了人力資源。

五、 結(jié)語

目前，燈泡灌流式水輪發(fā)電機(jī)組在國內(nèi)外得到了廣泛地應(yīng)用，其裝機(jī)容量也在不斷地?cái)U(kuò)大。燈泡貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪與主軸連接扭矩銷作為水輪機(jī)重要的零部件之一，其作用是在機(jī)組于各種工況下運(yùn)行時(shí)承受由于水流對水輪機(jī)產(chǎn)生的徑向作用力，避免水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪與主軸連接螺栓因受到徑向剪切力而損壞，發(fā)生連接螺栓斷裂事故。而扭矩銷與銷孔的配合質(zhì)量，直接影響著扭矩銷在機(jī)組運(yùn)行時(shí)所起的作用，因此，在轉(zhuǎn)輪檢修過程中，扭矩銷的拆卸是一項(xiàng)十分關(guān)鍵及重要的工作。

傳統(tǒng)的機(jī)械力拆卸方法拆卸困難，效率低，工期無法保證，容易造成設(shè)備傷害及人身傷害事故。本文所述技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用方便，裝置費(fèi)用低，更改了銷釘拆卸的傳統(tǒng)方法，能更有效、安全地將銷釘拆卸，對設(shè)備的傷害降到了最低。在機(jī)組檢修中，提高設(shè)備的檢修質(zhì)量才是最重要的，只有設(shè)備的檢修質(zhì)量確保了，才能更有效地提高機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，為電廠爭創(chuàng)效益，為社會提供更好地服務(wù)。

（作者單位：大化水力發(fā)電總廠）