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1、350MW 汽轮发电机组液压对轮螺栓改造肖荣强 汪永久 杜东明 孙厚武（华能大连电厂）摘 要：大型汽轮发电机组的联轴器螺栓拆卸困难的问题，在相当大的范围内，一直困扰着电厂的 安装及检修工作。华能大连电厂利用机组检修的机会，应用东方汽轮机厂的技术人员研发的液压拉 伸螺栓，对高、低压对轮及低、发对轮传统联接螺栓进行了改造，获得了较大的成功。 关键词：汽轮机 联轴器 液压螺栓以往汽轮机联轴器法兰螺栓联接的概念是依靠紧密间隙紧固即铰孔直径接近法兰螺栓的直 径。这类螺栓的安装及拆卸耗时费力，由于间隙很小需要小心放入，否则螺栓容易卡死在联轴 器螺孔内。另外，装上螺栓后，上紧螺母通常需要重型力矩紧固设备，有
2、时甚至需要用行车来 帮忙。使用液压螺栓可以很好地解决了这个问题，与膨胀螺栓相似，它使用锥形配套的原理，径 向紧固螺栓比常规螺栓大35倍的间隙装入螺孔中，再用液压泵将套筒内的径向紧固螺栓拉 动，在锥形套筒内的相对运动使套筒在联轴器螺栓孔内膨胀，使用轻型的液压装置向径向紧固 螺栓施加一个精确的轴向负载，从而达到径向紧固的目的。通过设计计算，无论使用何种材料 在此紧固的过程中，套筒绝对不会脱离联轴器螺栓孔的孔壁。每个螺栓的整个安装过程需时约 1520 分钟。1 液压螺栓的发展情况及其使用优点液压螺栓是二十世纪八十年代由欧洲发展起来的一门新兴技术，最早应用是在 1994 年左 右。它的出现和在现场使用
3、过程中表现出的优良性能，使得该技术迅速在潜艇轮机、海轮轮机 发电厂等大型汽轮机组上得到广泛应用。在新进口的汽轮发电机组上的联轴器，基本上随机配 备了这种产品。液压螺栓在欧洲电站及大型舰船上已广泛采用。国内进口的部分法国ALSTOM的 350MW 和 900MW 汽轮发电机组，如四川江阴发电厂、重庆珞璜电厂、广东大亚湾核电厂、广东 岭澳电厂等采用的是这种连接螺栓1，另外，华能福州及华能岳阳电厂都由传统连接螺栓改为 了液压螺栓 2，也收到了良好的效果。与传统的液压螺栓相比，液压螺栓具有安装间隙小、拆卸容易、定位精确、对轴系 振动影响小、备件周期短、螺孔不易拉伤、 拆装时间短等诸多优点， 具体比较情
4、况见表 1。表 1 传统连接螺栓与液压拉伸螺栓的对比传统联接螺栓液压拉伸螺栓安装间隙大小按制造场要求0.01-0.03mm,但一般要放 大到0.06-0.1mm，甚至更大传入时0.10mm左右，安装后， 间隙被消除拆装难易程度安装、拆卸较困难，有时只能强行将螺栓 拆装，使螺栓及螺孔遭受严重破坏较大间隙条件下插入螺孔，安 装快捷且容易，拆卸时间隙恢传统联接螺栓液压拉伸螺栓复，轻松取出定位精度由于必须留有间隙，势必会影响联轴节的 定位精度，甚至出现张口和错位锥套扩张使螺栓与螺孔之间的 间隙被消除，定位精度高对轴系振动的 影响法兰盘张口错位，螺栓承受巨大的不均匀 剪切力，可能造成是轴系振动，给机组稳
5、 定性带来很大的危害由于能在落空中形成可控的径 向过盈配合，从而避免了联轴 器法兰盘间的滑移错位，有利 于消除机组振动备件周期强力拆卸造成了螺栓毁坏，库存备件不 足，需向厂家订购，周期难以保障拆卸方便快速，螺栓不会受损 伤，可重复使用螺孔是否拉伤螺孔拉毛，给联轴节造成不可逆的损伤， 需重新铰空，需花费时间锥面结构可快速拆卸，消除螺栓 卡死、螺孔表面损坏应急能力应急能力差，延误工期。便于解开联轴节，分析解决振 动等问题，应急能力强使用寿命经常要更换损坏的螺栓与机组寿命等同，可重复使用拆装时间一般三天至半月不等一天可拆装完所有螺栓经济效益螺栓损毁，螺孔损伤，影响转子的寿命。以一台300MW机组为例
6、，停机 一天产值损失就达百万元2 液压螺栓的使用原理液压螺栓由一只外部是锥形的芯轴和内孔也是锥形的外套、还有两端可拆卸的两只螺母所6拉伸用 擁形艸2轩制次头螺抱GEN SIDE惭匕彼用宦榊螺栓结枸GOV SIDE组成，具体部件组成情况请参照右图1。安装时，当锥形面 螺杆在轴向拉力的作用下，使锥形套受力向外膨胀，外径变 大，使螺栓和锥套在螺孔中产生适当的过盈配合，完全消除 预留的较大螺孔间隙，达到精确定位，再利用强大液压拉力 拉伸螺栓后拧紧两端螺母，可准确控制螺栓紧力，达到很高 的连接精度与连接强度。特别重要的是，锥形螺栓很容易退 出，锥套自然收缩，间隙恢复到安装时的水平，即可轻松取 出整套螺栓
7、。3 液压螺栓的强度计算液压螺栓具有传统螺栓所不具有的优点，但传统螺栓毕竟出现时间早，经历了上百年的使用证明其强度能够得到保证，因此有必要对液压螺栓各部件的使用强度进行计算，确保其使用 安全。3.1 螺栓的强度计算按照西屋公司规范PH25718.01，要求对轮螺栓必须满足下列公式: nA2n D 3/I6D n52式中n：螺栓总数量；A：每个螺栓最小断面面积（英寸2）；D :螺栓中心孔直径（英寸），D=740mm；22D :联轴器最小处直径（英寸）,D =652mm；55n ： o /oAe ；O螺栓装配应力，磅/ （英寸2）。按照西屋公司规范PH25720.01，螺栓装配应A力0 =3300
8、010%磅/ （英寸 2）。A0轴的疲劳极限，磅（英寸2）。相当于轴抗拉强度极限 的1/4以材质是 eb30Cr1Ni4MoV 轴为例， 0 =917Mpa。b0 =1/40eb=1/4X917Mpa= 229.25Mpa =33242.59磅/（英寸2） ;n =0 /0Ae=3300033242.59=0.9927;A =1/4n u 2=1/4n （51 三25.4） 2 =3.1647（英寸2） u 是液压螺栓的最小截面直径，u =51mm;nA =18X3.1647=56.966（英寸 2） ;n D3/16D n =n X（652/25.4） 3三16X（740/25.4）X0.9
9、92752=11.325 （英寸 2）。因为 56.966211.325 即：nA2n D3/16D n，所以螺栓合格。523.2 螺栓的剪应力强度计算C422 螺栓的抗拉屈服极限0 =760Mpa。 其剪应力的许用值 按照西屋公司规sTPH25718.01，在额定工况下按照下式计算J=0 /6.563=115.8Mpa。Ts在运行过程中，运行扭矩完全由锥套及螺栓承受的剪切力来传递，螺栓受到的剪应力：T =1.69 KWX105/nD N A2=1.1KW/120n 2D u 22式中KW:汽机功率35000千瓦；n：螺栓总数量18根；A：每个螺栓最小断面面积3.1647 （英寸2）；D :螺
10、栓中心孔直径（英寸），D= （740mm/25.4） =29.134；22N: 转数 3000rpm；u 是液压螺栓的最小截面直径，u =51mm；T =1.69 KWX105/nD N A2= (1.69 X 3 5 0 00X 105)三(18X29.1342X3000X3.164)=40.787MpaVT=o /6.563s=115.8Mpa。T VT合格。3.3 螺栓的拉应力强度计算C422螺栓的抗拉强度极限O=980Mpa。许用O=281Mpa。靠摩擦驱动的联b b1 轴器所需求的拉应力O =6. 76KWX105/nD N Ab2= (6 . 76 X 3 5 0 00X 105)
11、三(18X29.1342X3000X3.164)=164.387MpaVOb1=281Mpa。合格。3.4 锥形套的强度计算周向拉应力：在最大拉力时，F=36T计算得b =288MpaV 锥套设计b =343Mpa，符合要求。3.5 螺母的强度计算M52X3, L=50可承受的最大拉力为98T,而目前的最大拉力仅为36T，安全余量很C422螺母的抗拉强度极限O=980Mpa。许用O=281Mpa。b b1挤压强度应力：F=36000X 9.80=352800(N)，A =1/4n (u 2u 2)0 1 2=1/4n (802592)X 10-6=0.0022914(mm2)u 是螺母的有效截
12、面直径。O =F/AJ 0 0=3528000.0022914=154MpaVO b1=281Mpa。 合格。综上所述，根据对螺栓、锥形套、螺母的计算可知，液压螺栓完全能够满足350MW机组的实际运行需要。4 检修工艺及质量要求液压螺栓的安装并不是很复杂，但一定要按照检修的工艺及质量要求进行检修，下面是安 装的关键工艺。（1）、联轴器对轮螺栓孔直径测量、铰孔，当镗孔的尺寸、椭圆度、光洁度、锥度达到汽 轮机出厂标准后，测量联轴器孔径的最终尺寸。按镗孔后联轴器孔径尺寸配磨锥形套，使其尺 寸小于联轴器孔径尺寸0.06mm0.08mm3。（2）、清扫联轴器端面及销孔内杂质，并用白布擦干净，再将各螺栓、
13、螺母、锥形套筒用 无水酒精清扫干净，绝对不能使用任何油脂润滑，并检查是否匹配。（3）、将螺栓（发电机侧带着螺帽）装入锥形套筒，锥形套筒的大头方向是发电机侧，小 头方向是调门侧，在调门侧加入定位套及液压扳手，对螺栓及锥形套进行预紧，预紧压力为 600bar3。预紧后液压扳手卸压，并在小头侧拧上另一个螺帽，液压扳手再次加压到960bar】3, 对螺栓的锥套加压拧紧。为了确保螺栓均保持规定的最大负荷，需按以上工艺重新对每个螺栓 施加规定960bar压力，重新校准各个螺母的紧力。5 结论经过对轮螺栓改造后的机组运行情况良好，机组具体振动情况如下表所示，改造获得了极 大的成功。下表是液压螺栓改造后未经过
14、动平衡调整的机组振动值，振动最大也只有0.06mm。表 2 汽轮机各瓦振动表轴承轴承金属温度轴振动轴承回油温度CX (um)Y(um)C#177.829.8825.7952#28039.1638.3349.4#364.739.7740.9359#465.956.0330.7361.3#581.217.8232.6256.2#679.017.5221.8857.6#760.452.3132.7248.3参考文献1 Jonathan Richards ，黄建新 汽轮机联轴器的新型螺栓技术径向紧固螺栓的特点及其使用业 绩.上海汽轮机，2001.3，2 宋文贵 汽轮发电机组液压靠背轮螺栓的应用 湖南电力，1998（2）3 徐为 联轴器液压螺栓的安装手册 用户版
