汽輪機(jī)檢修中螺栓損壞原因分析及維修策略

沙金，唐巍，王林松

（鞍鋼股份能源管控中心，遼寧 鞍山 114001）

通常情況下我們所說(shuō)的螺栓為高壓、高溫螺栓，其內(nèi)不但包括了主汽門、連通管、調(diào)節(jié)氣門、高壓導(dǎo)氣管和氣缸法蘭螺栓，也包含各軸承緊固螺栓。由于正常運(yùn)轉(zhuǎn)下的汽輪機(jī)所需承載的壓力比較大，再加上機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中螺栓的狀態(tài)為不停做功，螺栓在此類運(yùn)行狀態(tài)下會(huì)因較大應(yīng)力的承載而出現(xiàn)疲勞，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)損壞。本文以汽輪機(jī)組實(shí)際檢修情況為依據(jù)，對(duì)導(dǎo)致螺栓出現(xiàn)損害的原因進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際探討如何妥善處理，以期汽輪機(jī)組整體運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性得到提升。

1 汽輪機(jī)中螺栓檢修基本流程分析

要想實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)螺栓檢修工作效率及質(zhì)量的提升，就必須合理設(shè)置螺栓的檢修基本流程，同時(shí)在科學(xué)檢修工藝的配合使用下，及時(shí)、妥善處理存在的問(wèn)題。汽輪機(jī)螺栓檢修基本流程如下。

首先，合理、有效地拆卸螺栓。有效拆卸汽輪機(jī)螺栓時(shí)，需將金屬溫度降低至80℃左右，以便后續(xù)作業(yè)計(jì)劃的順利實(shí)施。在完成拆卸之后需及時(shí)存放螺栓并編號(hào)，以便汽輪機(jī)檢修計(jì)劃的繼續(xù)實(shí)施。

其次，螺栓檢修與維修。在檢修之前需將準(zhǔn)備工作落實(shí)，也就是逐一拆開和清理螺扣、螺帽等，并將氧化皮除去，確保部件的潔凈度。隨后展開正式檢修，若是螺母安裝、松下都沒(méi)有難度，那么螺栓就沒(méi)有問(wèn)題；反之有問(wèn)題，需排查。同時(shí)，合理選擇維修方法，確保螺栓的完好及螺扣表面的光滑。

最后，檢修完成后及時(shí)回裝。在完成了栓檢修作業(yè)之后需及時(shí)進(jìn)行回裝?；匮b中需在合理的順序支持下對(duì)螺栓進(jìn)行冷緊、熱緊操作。具體操作中需有效把握力矩、嚴(yán)格落實(shí)密封處理，以此為螺栓的安全使用提供保障，以免發(fā)生漏氣問(wèn)題。

2 螺栓損壞的原因分析

（1）螺牙咬死。螺栓的形狀十分像牙齒，其外形也稱之為螺牙。螺栓損壞原因中螺牙咬死十分常見(jiàn)，包含咬死螺母本身、底扣和螺栓等情況。以螺牙咬死問(wèn)題為對(duì)象展開分析，引發(fā)螺牙咬死的情況包含螺栓加工質(zhì)量不佳、未能及時(shí)將防燒劑和抗咬合劑涂抹在螺紋上、加熱工藝科學(xué)性不足及未能及時(shí)將螺紋清理干凈等。此外，需要注意的是，由于螺栓所處工作環(huán)境長(zhǎng)期均為高溫，螺栓表面就會(huì)有較為厚重的一層氧化皮形成，螺栓、螺扣之間會(huì)有較大的擠壓力形成，而氧化皮在擠壓力的物理作用下會(huì)逐漸朝著高硬度氧化膜轉(zhuǎn)化，當(dāng)人為或其他因素將這層氧化膜拉破之后，螺紋就會(huì)有較為明顯的毛刺形成，最終出現(xiàn)螺牙咬死。

（2）螺栓開裂。螺栓有裂紋或是斷裂現(xiàn)象出現(xiàn)的原因主要有如下多個(gè)方面：第一，在加熱過(guò)程中采用了過(guò)氧乙炔火焰，螺栓在不均勻的受熱情況下因?yàn)榫植窟^(guò)熱會(huì)有較大的溫差應(yīng)力產(chǎn)生，如此螺栓也就會(huì)有裂紋或斷裂出現(xiàn)；第二，螺栓材料的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，在冶煉實(shí)踐過(guò)程中會(huì)有元素偏析現(xiàn)象出現(xiàn)，以致于螺栓會(huì)有粗頸問(wèn)題形成；第三，不正確的安裝方式，會(huì)使應(yīng)力集中進(jìn)而引發(fā)螺栓斷裂的問(wèn)題；第四，未能正確應(yīng)用裝配工藝，以致于附加應(yīng)力偏大。如球面墊圈的研磨不夠認(rèn)真，導(dǎo)致螺栓會(huì)有偏斜出現(xiàn)，進(jìn)而形成相應(yīng)的附加應(yīng)力；第五，較大的預(yù)緊力，并未以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)行力矩緊固。倘若螺栓預(yù)緊力偏大，那么拉應(yīng)力就會(huì)有所增加，同時(shí)彎應(yīng)力和扭應(yīng)力也會(huì)相應(yīng)的增加，螺栓斷裂的可能性也就會(huì)進(jìn)一步增大，如圖1。

圖1 高壓內(nèi)缸斷裂螺栓

（3）汽缸中分面泄漏。設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，在擰緊螺帽時(shí)會(huì)給螺栓帶來(lái)一定的拉應(yīng)力，而螺栓則會(huì)有一種作用于氣缸中的壓力形成，而這類壓力會(huì)使連接中出現(xiàn)側(cè)漏問(wèn)題。這是由于螺栓、螺帽的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境長(zhǎng)期為高溫、高壓，極易會(huì)有應(yīng)力松弛的情況出現(xiàn)，如此就會(huì)對(duì)螺栓性能造成影響，進(jìn)而導(dǎo)致汽輪機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題。而在緊固螺栓時(shí)，若是緊固不牢或是緊固順序有誤，也會(huì)導(dǎo)致氣缸中出現(xiàn)分面泄漏。如圖2為汽輪機(jī)螺栓分布圖。

圖2 汽輪機(jī)螺栓分布圖

3 螺栓損壞應(yīng)對(duì)策略

（1）螺牙咬死問(wèn)題處理。每條螺栓、每個(gè)螺帽及底扣在回裝前都需要認(rèn)真進(jìn)行試驗(yàn)、檢查，將所有毛刺徹底清理干凈。高溫螺栓回裝前，必須徹底清理掉原有的黃油等，在完成潤(rùn)滑劑的涂抹后再進(jìn)行安裝，加熱棒的使用需確保嚴(yán)密、仔細(xì)。螺栓因加熱孔尺寸有差異的緣故，所需使用的加熱棒也會(huì)在長(zhǎng)度和粗細(xì)上存在差異。加熱過(guò)程中必須合理進(jìn)行加熱棒的選擇，具體為：長(zhǎng)度應(yīng)對(duì)應(yīng)于螺栓，確保加熱棒有效發(fā)熱長(zhǎng)度均位于螺孔內(nèi)，發(fā)熱長(zhǎng)度露出部位必須控制在25mm以下；加熱棒直徑應(yīng)比加熱孔小約1mm，以免加熱棒使用壽命受到影響，也避免螺栓受到不良影響。加熱棒與電加熱器的功率選擇必須合適。

相關(guān)規(guī)定中指出，汽缸螺栓的拆卸必須在調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度降低至80℃以下后才能進(jìn)行，這是因?yàn)槠茁菟?、螺帽有部分是凸出在缸體外部的，再加上熱容量較小于汽缸，一旦停機(jī)，螺栓就會(huì)有更快于汽缸的溫度下降速度。而在螺栓溫度比汽缸更低時(shí)，會(huì)有螺栓冷縮形成，此時(shí)緊固力更大于正常運(yùn)行狀況下。此外，由于溫度升高之后，材料的硬度會(huì)下降，而在此時(shí)進(jìn)行螺栓拆卸極有可能出現(xiàn)螺紋咬死的問(wèn)題，最終損傷到設(shè)備。在拆卸前4h左右，可將煤油或松動(dòng)劑等澆在螺紋處對(duì)螺紋間的氧化物進(jìn)行潤(rùn)滑，以便拆卸更為容易。

圖3 螺母切割示意

螺母若是已壞死無(wú)法拆卸，應(yīng)由熟練的氣焊工借助割把在保護(hù)螺桿的前提上將螺母割下。螺母切割可依據(jù)圖3操作。首先割開兩側(cè)面，隨后將水平切口割開，此時(shí)螺母就會(huì)脫離。在具體割切實(shí)踐中不能操之過(guò)急，必須逐層熔化，以免螺桿螺紋受到誤傷。

（2）螺栓開裂問(wèn)題處理。要想使汽輪機(jī)螺栓使用的安全性得到保障，就必須采取有效的措施對(duì)螺栓螺紋及斷裂問(wèn)題進(jìn)行處理。具體策略包括加熱過(guò)程中針對(duì)氧乙炔火焰需避免直接使用，同時(shí)細(xì)致檢查螺栓，及時(shí)處理存在于其內(nèi)的缺陷；操作實(shí)踐中，若是選取球面墊面機(jī)械加工方式，對(duì)于實(shí)際操作規(guī)范性必須予以重視，并及時(shí)處理干凈存在的毛刺；螺栓擰緊過(guò)程中，需積極配合使用各種類型的扳手，以便緊固力矩的準(zhǔn)確性得到提升。此外，要想將擰緊力矩過(guò)大引發(fā)螺栓斷裂的問(wèn)題避免，就必須確保力矩選擇的有效性，以便螺栓在實(shí)踐應(yīng)用中能與汽輪機(jī)正常工作要求相符合。

（3）汽缸中分面泄漏問(wèn)題處理。具體檢修實(shí)踐中，針對(duì)螺栓力矩必須明確，并以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，在液壓扳手的規(guī)范、合理運(yùn)用下完成螺栓的緊固，同時(shí)對(duì)空缸情況進(jìn)行測(cè)量、觀察，以此對(duì)螺栓緊固力度進(jìn)行合理控制，不但能為螺栓的良好緊固提供保障，并且還能將汽缸泄漏的問(wèn)題避免。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，汽輪機(jī)檢修實(shí)踐中，由螺栓自身或由其引發(fā)的螺牙咬死、螺栓裂紋和斷裂現(xiàn)象及汽缸中分面泄漏等問(wèn)題是導(dǎo)致螺栓損壞的主要原因。本文在分析這類問(wèn)題原因的基礎(chǔ)上探討了相應(yīng)的解決策略。通過(guò)大量實(shí)踐之后得知，汽輪機(jī)檢修實(shí)踐中，與規(guī)范相符合的檢修工藝的使用可使螺栓的損壞得到有效控制，確保汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。