大型汽轮发电机组联轴器螺栓拆卸困难的原因分析

大型汽轮发电机组联轴器螺栓拆卸困难的原因分析

随着发动机容量的增加，国内收割机的安装和拆卸变得越来越困难。在国外,采用联轴器液压拉伸螺栓替代传统的联接螺栓,解决了这一难题。这种先进的液压螺栓在欧洲电站及大型舰船已广泛采用,GE公司也在大型发电机组上开始推广应用。国内进口的大部分法国ALSTOM生产的350MW和核电900MW机组,如江油发电厂、珞璜电厂、大亚湾和岭澳核电站的汽轮发电机组的联轴器螺栓均用这种液压螺栓,而国产机组在这项技术上还是空白。东方汽轮机厂(东汽厂)和华能上安电厂协作,研制出具有先进水平的联轴器液压拉伸螺栓系统,并成功地应用于华能上安电厂国产300MW机组上。1传统螺钉与弹性螺钉的比较1.1螺栓安装在用不长期的情况下见表2根据定位精度和传递扭矩的要求,螺栓与孔的间隙保证在0.03mm以内,且具有良好的直线度和光洁度。对此,在汽轮发电机组安装时,现场铰孔一般很难达到,使螺栓穿进孔时非常困难。如果强行将螺栓打进去,会使螺栓及螺孔遭受损伤,且下次拆卸时会更加困难。国内某大型电厂,用了整整10天时间才将12支联轴器螺栓拆卸下来,且有一半螺栓已经严重损坏。有的电厂为取出螺孔里的联结螺栓,经常要使用大铁锤、锯子、氧乙炔、千斤顶、钻床等辅助工具,费工费时。由于拆卸困难,使得轴系中心调整工作只能在长时间停机的前提下实施,不利于解决安装调试过程中出现的轴系振动问题。即使是计划性大修,因为拆卸和组装联轴器花费很多时间,经常造成检修进度被打乱和工期延误的情况。通常,普通螺栓影响工期还表现在以下方面:(1)备件供应周期长:因强力拆卸造成螺栓毁损。若库存备件不充足,必须向制造厂家订购,供应周期难以保证。(2)螺孔拉毛,给联轴器造成不可逆的损伤,需重新铰孔,要花费大量宝贵的检修时间。为了将螺栓穿入螺孔,现场铰孔时放大了间隙,这势必会影响联轴器的定位精度。通常螺栓的紧固是靠人力用大扳手拧紧螺母来实现,既不均匀,也不好控制。无法保证联轴器2个端面之间维持正压力和静摩擦力。尤其在电网振荡对轴系产生巨大冲击时,螺孔不均匀的间隙会使螺栓承受巨大的不均匀剪切力,导致联轴器的两侧端面出现错位。这是轴系发生工频倍频振动的原因之一,直接威胁机组的稳定运行。1.2安装装卸过程费用高,人力成本高普通联轴器螺栓及螺孔在拆装过程中极易受到损伤,这实际上已经影响到转子的寿命。安装拆卸过程费工费时,人力成本高。但更重大的损失是检修周期延长所造成的停机损失,一台300MW机组,多停机一天,经济损失就达上百万元。1.3延长螺钉的特性1.3.1螺栓的使用液压拉伸螺栓是20世纪80年代由欧洲发展起来的一门新兴技术,与传统的联接方式相比,具有许多突出的优点。液压螺栓的结构较简单(图1),其工作原理与普通膨胀螺栓相似,使用时用液压拉伸器将螺栓拉紧。液压螺栓使用方法:(1)先将螺栓2与锥形套4放入联轴器螺孔中。锥形套与螺孔具有较大的间隙,便于螺栓与联轴器螺孔的装配;(2)利用1个定位套将锥形套限制在螺孔的中间位置;(3)用拉伸杆旋进拉伸用锥形螺孔6,在液压拉伸器轴向拉力的作用下,使螺栓沿轴向拉伸,强制锥形套4膨胀,外径变大,在螺孔中产生过盈配合,完全消除螺栓与螺孔之间装配间隙,达到精确定位。利用液压拉力拉伸螺栓,可准确控制螺栓紧力,达到很高的联接精度。1.3.2机构操作的作用液压螺栓避免了传统联接螺栓存在的缺陷,并具有以下优点:(1)螺栓与联轴器螺孔装配时留有较大间隙,便于快捷安装。采用锥面结构,可实现快速拆卸,消除螺栓卡死及其表面损伤等故障;大大提高工作效率,降低劳动强度,减少拆装所耗费的时间。(2)容易达到同心度要求,而且径向过盈配合可避免发生联轴器法兰盘间的滑移错位现象。(3)由于液压力能准确控制螺栓的伸长量和紧力,从而能在联轴器法兰盘间建立起巨大的正压力和摩擦力,可使螺栓承受的剪切力降低,延长螺栓寿命,并消除法兰盘间的错口现象。(4)液压螺栓可反复使用,无需替换备件;不会对联轴器螺孔造成损伤。2计算单臂螺钉的强度2.1剪切力的计算周向拉应力:σ=288MPa<[σ]=343MPa。剪切力计算:按运行过程中扭矩完全由锥套以及螺栓承受的剪切力来传递:τ=61.3MPa<[τ1]=162MPa。短路状态,以6倍额定功率计算:τ=334MPa<[τ2]=471MPa。2.2计算螺钉强度的公式在最大拉力时,F=36t,σ=240MPa<[σ]=281MPa。2.3最大拉力和最大拉力M52×3,L=40的螺母,可承受的最大拉力为96t,而目前最大拉力仅为36t,安全余量很大。由液压螺栓强度计算可以看出,各部件的强度具有足够的裕度,完全能满足安全使用要求。3拉伸螺栓试验装置及试验过程开发研制过程中,在完成大量的理论分析和强度计算后,进行了液压拉伸螺栓的实物试验,进一步验证螺栓的受力情况与拉伸量、拉应力的关系,修正理论计算结果,对液压拉伸螺栓的现场安装和应用有着非常重要的指导意义。(1)装配前测量螺栓的原始长度,将螺栓以及锥套放入模拟联轴器螺栓孔的试验装置中。(2)联接好液压系统,用百分表测量螺栓的伸长量。(3)开始加压,在不同压力下记录伸长数据。当达到一定压力时,用手拧紧螺母,释放压力。(4)测量螺栓长度,与原始长度的差异就是螺栓的伸长量。(5)对拉伸数据进行分析,确定压力和拉伸量的准确值。(6)拆卸过程基本上是安装过程的反过程,记录在不同的压力下的数据。螺栓取出后,测量螺栓的长度,结果发现,这时的螺栓长度和试验之前完全一样。各部件表面无任何损伤。由试验结果可以确定各种安装数据和安装程序,对于指导用户正确安装使用是非常必要的。试验过程以及结果证明,液压拉伸螺栓的设计是成功的,制造水平达到了预期的目标。液压拉伸螺栓的实物试验为在大型汽轮机组上实际应用奠定了安全可靠的基础。4螺栓的切割在2002年底,华能上安电厂4号汽轮机组(东汽厂产D300HN4)大修过程中,拆卸联轴器螺栓时,有几只螺栓最后用氧乙炔切割才取出,绝大部分螺孔表面严重拉伤,且多根螺栓报废。为了彻底解决联轴器螺栓的拆装问题,节省大修时间,采用了东汽厂生产的联轴器液压拉伸螺栓替代传统的联接螺栓。4.1安装现场准备过程4.4.1有关创设植物叶片结构放射线路图2由于拆卸螺栓,使大部分螺栓孔损伤,对此开发了现场专用的镗孔机(图2),此机造价仅是国外同样机型的十分之一。(1)轴系找中后,拧紧联轴器上4条临时螺栓,以保证转子对中不变;(2)用塑料布覆盖对轮下的轴承箱,防止杂物污染;(3)镗孔时,测量螺孔的原始尺寸和镗孔后最终尺寸;(4)镗孔的尺寸、椭圆度、光洁度、锥度要求达到汽轮机出厂技术要求;(5)复检尺寸,按孔内径配磨螺栓锥套。4.1.2总重量差额的确定联轴器液压螺栓按要求进行了配重,保证对称螺栓、螺母等总重量相差在允许范围以内。联轴器液压螺栓的安装按”联轴节液压螺栓的安装手册(用户版)要求进行(图3)。4.2运营并操作华能上安电厂4号机组检修后投入运行,其间经历了超速试验,带满负荷300MW,