液壓拉伸器的應用研究

盧志勇

（海南省海洋石油富島有限公司，海南東方 572600）

隨著工業(yè)革命的不斷推進，螺栓連接廣泛應用在諸多領域中，特別是在石油化工、核電等系統(tǒng)裝備的壓力容器中，螺栓連接的質量好壞直接關系到設備的使用壽命和企業(yè)生產(chǎn)的安全性。因此，對螺栓預緊力進行合理控制是當前研究的重中之重，其是螺栓進行可靠連接的必要保障。在過去，傳統(tǒng)的大錘敲擊、人力板杠等方法完全由人的感覺判斷，根本沒有精度可言。通常使用扳手來對螺栓進行預緊及加固，這種操作方式易造成螺栓的損壞、連接件發(fā)生變形等狀況，進而影響到壓力容器的密封性，導致系統(tǒng)發(fā)生安全事故。據(jù)英國UKOOA（海上操作協(xié)會）科學分析得出：81%的泄漏和松動是由于不精確的螺栓載荷力引起的。因此，為了消除由于預緊力施加不均勻而帶來的安全隱患，采用液壓拉伸器來對螺栓進行預緊及加固成為當前普遍使用的方法，而且越來越受業(yè)界重視。在工作的過程中，螺栓只單純受到拉伸力作用，在鎖緊時不會造成力的損失，使得螺栓受力更加均勻，從而提高螺栓裝配或拆卸效率，延長壓力容器使用壽命。

1 液壓拉伸器的結構特點及其工作原理

液壓拉伸器結構如圖1所示。其主要由螺桿、螺帽、液壓油缸、套筒及活塞組成。具體的工作原理可以描述為：液壓油通過高壓油泵進入液壓油缸內(nèi)，進而推動活塞向上移動，活塞連接著螺桿帶動螺桿上移，使螺桿發(fā)生彈性變形而拉長，從而在螺帽與機體間產(chǎn)生空隙，使螺帽處于不受力狀態(tài)，從而使液壓拉伸器輕松完成對螺栓的預緊及加固工作，其工作過程類似于液壓千斤頂。

圖1 液壓拉伸器結構示意圖

2 液壓拉伸器的優(yōu)點

液壓拉伸器作為大直徑螺栓裝配及設備關鍵連接的關鍵工具，具備非常多的優(yōu)點，在壓力容器法蘭螺栓連接中被視為最可靠的緊固工具。其主要優(yōu)點可總結為以下幾點：

1）能夠最大程度地保證螺栓載荷準確性。在使用扳手對法蘭螺栓進行緊固時，螺栓與螺母間及螺母與法蘭平面間都會產(chǎn)生摩擦力，直接影響到緊固螺栓扭矩值的計算誤差，進而影響到選擇合適的預緊及鎖緊工具，從而影響設備連接的密封性。而液壓拉伸器在緊固過程中只產(chǎn)生向上的拉伸力，無摩擦損耗，從而保證了螺栓預緊載荷的準確性。

2）將螺栓的同步緊固變?yōu)楝F(xiàn)實。在對法蘭螺栓進行緊固的過程中，以往通常采用分布緊固方式，這種方式容易造成同一法蘭的不同位置螺栓在緊固時出現(xiàn)預緊力不均的現(xiàn)象，進而導致法蘭連接出現(xiàn)密封性不好的問題，造成設備在運行過程中發(fā)生泄漏事故。而液壓拉伸器能夠很好地解決這個問題，將螺栓的同步緊固變?yōu)楝F(xiàn)實，精確控制留存預緊力大小，使連接法蘭處的每組螺栓都均勻受力，從而保證系統(tǒng)設備運行的安全可靠性。

3）能夠對螺栓最終留存載荷進行檢驗。留存載荷對緊固后的螺栓受力、日后的無泄漏運行檢測至關重要。在完成緊固后，使用液壓拉伸器進行升壓，直至拉伸器撥盤將螺母撥松為止停止升壓，此時即可根據(jù)停止升壓后的壓力根據(jù)相應計算公式計算出螺栓的留存載荷。使用液壓拉伸器解決了留存載荷無法測量的難題，這是使用扳手緊固螺栓所不具備的。

3 液壓拉伸器自動控制設計

圖2為液壓拉伸器自動控制設計原理圖。由圖所示，液壓拉伸器的控制系統(tǒng)主要組成部分為單片機、液壓傳感器、A/D、LED、鍵盤及電機等。具體控制流程為：當單片機接收到外部輸入的預緊力大小時，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉換變?yōu)閴毫Υ笮?，并用壓力傳感器時刻監(jiān)測壓力大小，在電機的帶動下對液壓拉伸器施加壓力，當傳感器監(jiān)測到達到設定壓力后，再通過螺母套對螺栓進行預緊。

圖2 液壓拉伸器自動控制設計原理圖

4 液壓拉伸器的應用

本文以某化肥廠氨合成系統(tǒng)中的壓力容器為例，說明液壓拉伸器的應用情況。

1）使用方式。根據(jù)特定的要求為該壓力容器的螺栓連接設計了特定的液壓拉伸器。例如，該化肥一期汽提塔封頭拉伸器為專用螺栓拉伸器，之前該液壓拉伸器的結構相對復雜，密封點較多，在承壓時只要有一處漏油均造成拉伸器失效。根據(jù)原設計宗旨，在改進設計時，不但需保證其活塞截面積不變，即保證其受力面積不變，而且要保證其承壓不變，即保證活塞的厚度不變，并且用鍛鋼材料加工；改造后，活塞內(nèi)外兩道密封就能滿足壓力85MPa的工作壓力需求；而且減少了漏點，有利于對密封圈的維修更換，便于保養(yǎng)。而在該化肥廠高壓系統(tǒng)中，壓力容器的法蘭螺栓連接采取多個液壓拉伸器并聯(lián)使用的方法，該方法在保證法蘭處每組螺栓均勻受力的前提下，提高了緊固螺栓的效率。

2）油壓分級。在液壓拉伸器對該壓力容器法蘭螺栓進行緊固的過程中，采取分級的方式，逐級升高拉伸器油壓，嚴禁一步完成對螺栓的緊固工作，以實現(xiàn)緊固后的設備零泄漏。油壓等級根據(jù)油壓是否超過50MPa分為兩種，當油壓＜50MPa時可分為四級，而當＞50MPa時可分為五級。無論油壓大小，拉伸器內(nèi)每一級的油壓大小均應同前一級的油壓保持相同。

3）預緊順序。在使用液壓拉伸器對該壓力容器法蘭螺栓進行緊固的過程中，預緊應遵循一定的原則，為實現(xiàn)螺栓的均勻緊固，上次上緊應與下次上緊錯開一定的位置，一般情況下，按照對稱的原則來合理安排上緊次序。圖3為8螺栓的法蘭預緊緊固順序示意圖。

除以上外，在應用過程中，應嚴禁發(fā)生其他因素造成的螺栓不可靠連接。認真檢查每組待上緊的螺栓是否有油脂污垢，要求每組螺栓表面必須清潔干凈；認真檢查所有待上緊螺栓的螺紋必須無損壞、無毛刺，能夠保證順利旋進及旋出；此外，在緊固過程中應注意在螺栓螺紋處加入潤滑劑等。

圖3 螺栓預緊順序示意

5 結論

液壓拉伸器是目前控制螺栓預緊力最科學的工具，比起扭矩扳手，其優(yōu)點更加明顯，應用場合更加廣泛。其能夠有效解決螺栓預緊力施加不均勻的問題，減少了工具操作不當造成的設備安全問題，提高了設備的裝配密封性，從而提高了設備的運行可靠性。