單體螺栓拉伸機(jī)泵壓設(shè)定與調(diào)整

伍宗師 童西祥

摘? 要：本論文通過(guò)單體螺栓拉伸機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)及反應(yīng)堆壓力容器主螺栓單體拉伸經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出單體螺栓拉伸機(jī)泵壓設(shè)定的方法，避免因拉伸機(jī)泵壓設(shè)定不合理，導(dǎo)致主螺栓剩余伸長(zhǎng)量不滿足要求，產(chǎn)生反復(fù)拉伸調(diào)整的情況，從而提高螺栓拉伸效率。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)误w螺栓拉伸;泵壓設(shè)定;伸長(zhǎng)量;

引言

核電站反應(yīng)堆壓力容器需要承載很大的壓強(qiáng)，為保證壓力容器壓力邊界的可靠性，需對(duì)壓力容器主螺栓施加相應(yīng)預(yù)緊力。反應(yīng)堆壓力容器主螺栓拉伸預(yù)緊常規(guī)采用整體螺栓拉伸或單體螺栓拉伸兩種方式。相對(duì)整體螺栓拉伸，單體螺栓拉伸因具有制造成本造價(jià)低、施工空間需求低、操作靈活便捷等顯著優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛應(yīng)用和普及。相比整體螺栓拉伸，單體螺栓拉伸在實(shí)施時(shí)由于后序螺栓拉伸存在對(duì)前序螺栓拉伸力的卸載作用，會(huì)導(dǎo)致已完成拉伸的螺栓預(yù)緊力、螺栓拉伸長(zhǎng)度發(fā)生變化，為保證所有螺栓均滿足最終要求值，需要不斷對(duì)已完成拉伸的螺栓進(jìn)行重新拉伸修正調(diào)整。本文結(jié)合單體螺栓拉伸標(biāo)定試驗(yàn)及以往項(xiàng)目主螺栓拉伸的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)合理設(shè)置單體螺栓拉伸機(jī)泵壓的方式優(yōu)化單體螺栓拉伸工藝和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的可操作性，解決因單體螺栓預(yù)緊力卸載因素導(dǎo)致需對(duì)主螺栓反復(fù)進(jìn)行拉伸調(diào)整的關(guān)鍵難點(diǎn)問(wèn)題，進(jìn)一步提升現(xiàn)場(chǎng)操作的準(zhǔn)確性和可靠性，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)操作工藝，減少施工人員的作業(yè)強(qiáng)度，從而提高主螺栓的拉伸的提高工作效率。

1.單體螺栓拉伸機(jī)泵壓設(shè)定

在螺栓彈性形變內(nèi)，螺栓剩余伸長(zhǎng)量與拉力/預(yù)緊力理論上成線性關(guān)系。在螺栓正式拉伸前，進(jìn)行螺栓拉伸標(biāo)定試驗(yàn)，獲得拉伸機(jī)泵壓與螺栓伸長(zhǎng)量的線性參數(shù)。

通過(guò)拉伸機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)得知，螺母旋緊程度不同，會(huì)對(duì)拉伸機(jī)泵壓與螺栓伸長(zhǎng)量線性關(guān)系產(chǎn)生影響：使用單體螺栓拉伸機(jī)對(duì)同一顆試驗(yàn)螺栓按同一泵壓進(jìn)行多次拉伸，當(dāng)螺母旋緊程度不同時(shí)，螺栓剩余伸長(zhǎng)量略有偏差。為減少螺母旋緊程度不同導(dǎo)致的螺栓伸長(zhǎng)量的偏差，螺栓正式拉伸前宜確定螺母旋緊力矩。

以某核電使用4臺(tái)單體螺栓拉伸機(jī)進(jìn)行壓力容器58組主螺栓長(zhǎng)度拉伸為例闡述單體螺栓拉伸泵壓設(shè)定方法與螺栓拉伸情況。將58顆主螺栓分15組進(jìn)行拉伸， 15組主螺栓全部都拉伸完成后，第1組或者前幾組剩余拉伸量會(huì)減少，一般按照60%、80%、100%的壓力預(yù)緊主螺栓分3個(gè)平臺(tái)進(jìn)行預(yù)緊。為使主螺栓拉伸伸長(zhǎng)量盡量均勻，3個(gè)平臺(tái)變化量盡量控制在5%的波動(dòng)范圍內(nèi)。如果實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)3遍拉伸量都不滿足1.56±0.05mm的伸長(zhǎng)量要求值，需要調(diào)整的壓力為第三級(jí)泵壓100%的壓力。在第一級(jí)拉伸完成后，可根據(jù)主螺栓剩余拉伸量實(shí)際情況，在進(jìn)行后續(xù)兩級(jí)平臺(tái)拉伸時(shí)，對(duì)泵壓設(shè)定值進(jìn)行適量調(diào)整，以滿足使后續(xù)后兩級(jí)拉伸時(shí)螺栓剩余拉伸量分布更加均勻，變化規(guī)律滿足設(shè)定偏差的要求值。

2.單體螺栓拉伸機(jī)泵壓優(yōu)化

通過(guò)對(duì)主螺栓剩余伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)按照分組來(lái)分析拉伸趨勢(shì)，可知：

1）在60%拉伸階段，第1組螺栓在第一個(gè)壓力平臺(tái)全部拉伸完成之后，剩余伸長(zhǎng)量幾乎歸零，意味著第1組螺栓的初始預(yù)緊力基本被卸載完。因此在進(jìn)行第2個(gè)階段的拉伸前，需要對(duì)第1組螺栓重新進(jìn)行60%壓力的拉伸預(yù)緊。

2）在每個(gè)階段的拉伸過(guò)程中，最后幾組主螺栓的剩余伸長(zhǎng)量相對(duì)偏高，而前面幾組的剩余伸長(zhǎng)量相對(duì)偏低，說(shuō)明后面的螺栓拉伸對(duì)前面已經(jīng)拉伸過(guò)的螺栓有卸載作用。因此可以考慮將后面幾組螺栓的拉伸壓力進(jìn)一步適當(dāng)降低，而前面幾組的拉伸壓力適當(dāng)提高。

3.單體螺栓拉伸機(jī)泵壓調(diào)整

在實(shí)際拉伸過(guò)程中，單顆螺栓彈性回彈量的一般公式為：

Z =Z2-Z0+ Z3-Z1? …………………………（1）

式中Z0為主螺栓伸長(zhǎng)量初始值，mm;

Z2為第二個(gè)泵壓拉伸之后測(cè)量的主螺栓伸長(zhǎng)量讀數(shù)，mm;

Z3為單次拉伸過(guò)程中第三步拉伸到100%的剩余量讀數(shù)，mm;

Z1為要求的最終剩余量，mm。

多顆螺栓平均的彈性回彈量的一般公式為：

Zˉ= Z /N …………………………（2）

式中zˉ為多顆螺栓平均的彈性回彈量，mm;

N為螺栓的個(gè)數(shù)。

單次拉伸過(guò)程中第三步拉伸到100%的剩余量理論值一般的公式為：

Z3剩余=Z0-Z2+ Zˉ+Z1…………………………（3）

根據(jù)公式（3）可以計(jì)算出Z3剩余的理論值，用Z3剩余理論值來(lái)控制Z3剩余實(shí)際值，通過(guò)Z3剩余實(shí)際值調(diào)整單體螺栓拉伸器的泵壓。對(duì)超出公差范圍的主螺栓進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于分組中的部分主螺栓經(jīng)三步拉伸后其剩余拉伸量不滿足設(shè)計(jì)要求的情況，在進(jìn)行最后的調(diào)整時(shí)，參考該組中所有主螺栓都要一樣進(jìn)行拉伸，但只撥動(dòng)剩余拉伸量不符合設(shè)計(jì)要求的主螺栓所對(duì)應(yīng)的主螺母進(jìn)行調(diào)整。

4.單體螺栓拉伸機(jī)泵壓設(shè)定其他因素

首先，Z0值的測(cè)量，采用非旋合式表座，其安裝拆卸方便快捷，但是不同的安裝方向?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)存在一定的影響。如表座加工誤差以及由于裝配狀態(tài)下表座不平整導(dǎo)致的累計(jì)誤差。

其次，主螺栓適配器內(nèi)部與表座接觸的測(cè)量基準(zhǔn)面，存在一定顆粒狀雜物，導(dǎo)致每次測(cè)量后雜物會(huì)移動(dòng)位置，從而影響測(cè)量準(zhǔn)確度。同時(shí)，伸長(zhǎng)量測(cè)量精度要達(dá)到0.01mm，而且設(shè)計(jì)公差只有±0.05mm，很細(xì)小雜質(zhì)的存在也會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的影響。因此，實(shí)施測(cè)量之前應(yīng)對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)面清潔干凈，并檢查表面狀況良好，每次使用前應(yīng)采用干凈的白布的擦拭表座的接觸面。

最后，考慮不同機(jī)組壓力容器主螺栓硬度偏差，以及拉伸缸多次使用后，泵壓與螺栓拉伸量的對(duì)應(yīng)曲線的變化，應(yīng)采用同一機(jī)組的備件主螺栓進(jìn)行標(biāo)定，確保主螺栓材質(zhì)和硬度等參數(shù)指標(biāo)對(duì)單體螺栓拉升機(jī)泵壓標(biāo)定結(jié)果產(chǎn)生影響，為后續(xù)泵壓數(shù)據(jù)的精確調(diào)整和設(shè)定提供數(shù)據(jù)支撐，最終滿足單體螺栓拉升機(jī)泵壓設(shè)定。

5.結(jié)論

綜上所述，螺母的旋緊程度不同，會(huì)對(duì)螺栓伸長(zhǎng)量產(chǎn)生少量偏差，螺栓拉伸前宜確定螺母緊固力矩值。使用單體螺栓拉伸，通過(guò)適當(dāng)提高前幾組泵壓，降低后幾組泵壓，形成階梯泵壓能夠保證主螺栓剩余伸長(zhǎng)量一致，提高一次拉伸成功率，減少工作量，更好地指導(dǎo)施工;通過(guò)本文的論述，其他類似單體拉伸機(jī)可以采用相同的方法設(shè)定和調(diào)整泵壓，從而解決單體螺栓拉伸機(jī)泵壓設(shè)定的難題。

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