程興智 趙小丹 胡偉 宿楊

摘 要：大軸法蘭連接傳統(tǒng)工藝是利用吊車通過拽拉鋼絲繩使螺栓逐漸擰緊，作業(yè)過程費(fèi)時費(fèi)力，工作效率低，且工作危險(xiǎn)性較大。為解決此問題，通過設(shè)計(jì)一套專用工具，以上法蘭面為支撐點(diǎn)，利用油壓千斤頂將轉(zhuǎn)輪和水輪機(jī)主軸直接頂起，消除其縫隙，然后利用液壓扳手使螺栓逐漸擰緊。新工藝提高了工作效率，節(jié)約了大量的人力和物力，保證了作業(yè)安全和作業(yè)質(zhì)量，同時還可用于其它水電機(jī)組，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)工藝；新工藝 ；大軸法蘭；專用工具

中圖分類號：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

云峰發(fā)電廠是位于鴨綠江上的一座中朝兩國合資興建、共同受益、中方管理的大型水電站。廠內(nèi)共裝有4臺單機(jī)容量10萬kW的立式混流式機(jī)組，水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸、水輪機(jī)軸與轉(zhuǎn)輪均采用法蘭連接，共有連接螺栓40個，單個螺栓重達(dá)55kg。4臺機(jī)組自投產(chǎn)至今，已運(yùn)行46年，按規(guī)程要求的8年一次A級檢修，期間已進(jìn)行A修工作數(shù)臺次。每次機(jī)組A修，水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸連接法蘭必須分解，經(jīng)處理后再連接，由于螺栓尺寸大、重量重，又是銷釘螺栓，配合間隙極小，又有預(yù)緊力的要求，給大軸法蘭的分解和連接工作帶來了很多難題，特別是大軸法蘭連接時上下法蘭的合縫問題，一直是亟待解決的難題。

1 傳統(tǒng)連接工藝簡介

1.1 工藝過程

當(dāng)大軸法蘭清掃完畢后，轉(zhuǎn)子回吊，兩大軸法蘭相距10-15mm時，對稱穿入4個銷釘螺栓（起引導(dǎo)作用），待止口進(jìn)入后，將轉(zhuǎn)子回落到風(fēng)閘上，然后帶上螺帽。 按照圖1所示，設(shè)置輪滑、扳手、鋼絲繩，利用橋式起重機(jī)通過拽拉鋼絲繩使螺栓逐漸擰緊。

由于轉(zhuǎn)子回落到風(fēng)閘后，上下法蘭之間要留有5-9mm的縫隙，加之連接螺栓為銷釘螺栓，螺栓與法蘭孔洞配合間隙極小，要合上上下法蘭之間的縫隙，需要對稱擰緊4個引導(dǎo)螺栓，使縫隙逐漸變小直至為零。使用的專用扳手重量達(dá)60kg，要合上此縫隙，需要倒用扳手和滑輪多達(dá)80次，歷時4個小時，不僅浪費(fèi)人力也浪費(fèi)時間。

大軸法蘭縫隙為零后，穿入其它16個螺栓，設(shè)上螺栓伸長值測量工具，依次拉緊至規(guī)程規(guī)定的伸長值。此過程又要耗費(fèi)近3個多小時，待16個螺栓全部合格后，采用同樣的方法將4個引導(dǎo)螺栓拉松，設(shè)上測量工具，重新拉緊至規(guī)程規(guī)定的伸長值。 至此，大軸法蘭連接工作才算正式完成。

1.2 傳統(tǒng)工藝的弊端

（1）工作危險(xiǎn)性較大。拉緊螺栓的過程中，容易發(fā)生鋼絲繩斷裂、輪滑崩裂、扳手折斷的情況，可能造成人身傷亡或設(shè)備損壞事故。2010年，云峰發(fā)電廠3號機(jī)組A級檢修過程中，就發(fā)生了扳手折斷現(xiàn)象，差點(diǎn)釀成事故。

（2）過程繁瑣，費(fèi)時費(fèi)力。整個連接過程耗時7個多小時，頻繁倒用60kg的專用扳手和輪滑100多次，4個引導(dǎo)螺栓拉緊后還得拉松再拉緊，間接增加了8個螺栓的工作量。

（3）在上下法蘭合縫環(huán)節(jié)中，由于頻繁倒用專用扳手或輪滑，容易導(dǎo)致雜物進(jìn)入法蘭結(jié)合面，降低法蘭連接質(zhì)量，造成主軸彎曲度過大，導(dǎo)致機(jī)組擺度過大。

2 新工藝簡介

2.1 技術(shù)核心

新工藝的技術(shù)核心：當(dāng)轉(zhuǎn)子回吊，上下法蘭相距10-15mm時，對稱穿入4個引導(dǎo)螺栓，并裝設(shè)4套專用工具（見圖2，具體布置方式見圖3），以上法蘭為支撐面，利用8臺油壓千斤頂，將轉(zhuǎn)輪和水輪機(jī)主軸直接頂起，直至間隙為零，然后使用液壓扳手按順序直接將4個引導(dǎo)螺栓擰緊至規(guī)定伸長值，卸下工具，穿入其它螺栓，按順序?qū)⒏鱾€螺栓擰緊至規(guī)定伸長值即可。

2.2技術(shù)依據(jù)

根據(jù)新工藝的特點(diǎn)，專用工具的設(shè)計(jì)和制作，油壓千斤頂及液壓扳手的選取是關(guān)鍵。根據(jù)圖2可見，轉(zhuǎn)輪和水輪機(jī)主軸頂起后，全部重量通過千斤頂傳遞到專用工具底座，再通過中心螺桿1傳遞到上法蘭，因此中心螺桿的強(qiáng)度要求很高，且螺桿不易太粗以致加重工具重量。為此應(yīng)根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)輪和水輪機(jī)主軸的重量，選取合理的中心螺桿，選取合適的油壓千斤頂。

下邊以云峰發(fā)電廠3號機(jī)組為例，介紹中心螺桿直徑的確定方法及油壓千斤頂?shù)倪x取方法。

經(jīng)查閱資料得知，3號機(jī)轉(zhuǎn)輪重量G1=38.7t，主軸重量 G1=22.171t。

G總=G1+G2=60.872t

Fz=G總×1000×9.8=60.872×1000×9.8=596545.6N

考慮到止口及銷釘螺栓存在一定的摩擦力，故總載荷：

F總=K*FZ

取系數(shù)k=1.5，可得：F總=K*FZ=1.5 ×596545.6=894818.4N

（1）中心螺桿直徑的確定

由于設(shè)置四套工具，故單個螺栓承受的軸向載荷為：

FC=K*FZ/4=1.5×596545.6/4=2223704.6N

中心螺桿的材質(zhì)選取45#鋼，查的σs=360MP。

根據(jù)公式：

其中SS為安全系數(shù)，一般取1.7。

求得：

根據(jù)GB/T196-2003，選擇M42螺栓，即可滿足要求。

（2）油壓千斤頂?shù)倪x取

根據(jù)轉(zhuǎn)輪重量和水輪機(jī)軸重量，可選擇8臺同種型號的25噸油壓千斤頂即可。

（3）底座和頂座的選取

根據(jù)轉(zhuǎn)輪重量和水輪機(jī)軸重量，底座采用厚度為20mm鋼板焊接成工字結(jié)構(gòu)，頂座采用直徑為φ180mm的圓鋼制作。詳見下圖2。

（4）液壓扳手的選取

根據(jù)螺栓大小和預(yù)緊力的要求，選擇合適的液壓扳手。

根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，可知此種工藝是切實(shí)可行的。

3新工藝實(shí)施方式

3.1 附圖說明

圖2為專用工具結(jié)構(gòu)圖。1為中心螺桿，2為螺帽，3為頂座（具有承重、限位雙重作用），4為下部限位機(jī)構(gòu)，5為油壓千斤頂，6為底座。（全部重量均通過它傳遞到中心螺桿上，在傳遞到上法蘭。）

圖3為專用工具及引導(dǎo)螺栓平面布置圖。圖中1號、6號、11號、16號孔穿入引導(dǎo)螺栓（也可選取其他4個對稱的孔），3號、9號、13號、19號孔為專用工具設(shè)置位置。

圖4 為專用工具安裝示意圖。

3.2具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹一下新工藝的具體實(shí)施方式。

（1）參照圖3，穿入1號、6號、11號、16號銷釘螺栓，作為引導(dǎo)螺栓，旋上螺帽。

（2）參照圖4，設(shè)置專用工具，專用工具設(shè)置在3號、9號、13號、19號，將各臺油壓千斤頂壓至剛使力為止。

（3）安排一人作總指揮，每臺壓機(jī)各安排一人操作，聽從總指揮指令，同時操作，使壓機(jī)同步上升?？傊笓]時刻檢查測量圓周各部位縫隙大小，適當(dāng)調(diào)整，使縫隙慢慢合上，直至間隙為零，用0.05mm塞尺測量不通過為合格。目前市場已有1拖8的新型油壓千斤頂，使用此種千斤頂，可保證上升過程中千斤頂始終同步，更加可靠穩(wěn)定。

（4）將4個引導(dǎo)螺栓用千斤頂頂靠，用專用扳手將螺帽擰緊。

（5）4個引導(dǎo)螺栓底部打入楔鐵，并用電焊點(diǎn)死，使螺栓不能旋轉(zhuǎn)。

（6）裝上伸長值測量工具，用液壓扳手按順尋將4個螺栓擰緊至規(guī)程規(guī)定的伸長值。

（7）4個螺栓全部擰緊后，卸下專用工具，穿入其他16個大軸螺栓，用千斤頂頂靠，并用專用扳手將螺帽擰緊。

（8）16個螺栓底部打入楔鐵，用電焊點(diǎn)死，保證拉螺栓過程中螺栓不旋轉(zhuǎn)。

（9）按照步驟（6），按順序?qū)?6個螺栓拉緊至規(guī)程規(guī)定的伸長值。

（10）回裝保護(hù)罩，清潔現(xiàn)場，連接工作結(jié)束。

4 新工藝的優(yōu)點(diǎn)

（1）使用專用的液壓扳手松緊螺栓，取代了吊車松緊螺栓法，避免了鋼絲繩斷裂、輪滑崩裂、扳手折斷的情況的發(fā)生，消除了隱患，提高了工作的安全性。

（2）通過設(shè)計(jì)專用工具解決了上下法蘭的合縫問題。傳統(tǒng)工藝僅法蘭合縫就需要4個小時，采用新工藝，上下法蘭合縫僅需要10分鐘時間，大大的提高了工作效率。合縫后，可直接將4個引導(dǎo)螺栓拉緊至規(guī)程規(guī)定的伸長值，較傳統(tǒng)工藝間接減少了8個螺栓的工作量。

（3）使用專用工具連接法蘭，縮短連接時間的同時，降低了雜物進(jìn)入法蘭結(jié)合面的可能性，提高了法蘭連接質(zhì)量。

（4）采用傳統(tǒng)工藝?yán)o一個螺栓需要10分鐘左右的時間，采用液壓扳手?jǐn)Q緊螺栓僅需3分鐘時間，大大的提高了工作效率。另外，無需再浪費(fèi)人力來頻繁倒用專用扳手、輪滑等，節(jié)約了人力和物力。

結(jié)語

大軸法蘭連接工藝改進(jìn)后，減少了8個螺栓的工作量，大大的縮短了工作時間，以前3個小時的合縫工作，現(xiàn)在僅需10分鐘，大大的提高了工作效率，節(jié)省了大量的人力和物力，為云峰發(fā)電廠創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。2013年5月，3號機(jī)A級檢修中，首次采用了新型連接工藝，機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行至今已有一年時間，大軸各部位的擺度和振動均滿足規(guī)程要求。實(shí)踐證明，新型工藝是可行的、也是可靠的。

新工藝不僅可以用于水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸的連接，也可用于水輪機(jī)軸和轉(zhuǎn)輪的連接。新工藝不僅僅適合于云峰發(fā)電廠的機(jī)組，也適合于其它立式水電機(jī)組，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來泰.材料力學(xué)（I）第五版.北京：高等教育出版社，2009.

[2]張誠，陳國慶.水輪發(fā)電機(jī)組檢修[M].北京：中國電力出版社，2012.

作者簡介：程興智：單位名稱：云峰發(fā)電廠；性別：男 籍貫：河南省洛陽市；出生年月：1984.10；研究方向：熱能與動力工程專業(yè)（水動方向）；目前學(xué)歷：碩士研究生；畢業(yè)學(xué)院：華北水利水電大學(xué)；現(xiàn)有職稱：工程師。