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锥形套液力连接螺栓在汽轮发电机组联轴器上的应用
时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 范林辉 点击:
摘要：汽轮发电机组容量的不断增加，对其联轴器的连接螺 栓提出了更高的要求。新型的锥形套液力连接凭着其独特的工作原理和先进的性能得到 了日益广泛的应用。以ALSTOM公司出产的T2A-330汽轮发电机组的锥形套连接螺栓为例，对 该类型螺栓进行了较为系统的介绍。
关键词：锥形套；连接螺栓；汽轮发电机组；应用
1 T2A-330机组联轴器介绍
ALSTOM 产T2A-330汽轮发电机组轴系布置为：高压转子-中压转子-低压转子-发电机 转子。各转子均为实心整锻件，三个联轴器均为刚性连接。联轴器螺栓数量分别为：14（高 /中）；12（中/低）；10（低/发）。所有连接螺栓均为液力拉伸双头螺栓，随机配有专用 的拉伸装置。其原始长度在出厂前都经过严格测量，精度为0.01 mm，用电腐蚀工艺写在每 颗螺栓的端部。装配时通过调整拉伸装置液压缸的压力，控制其伸长量，手动旋紧螺帽即可 ，最后对螺杆长度进行测量，确认其拉伸量无误后结束操作。拆卸时也是使用拉伸装置将螺 杆拉长，以消除螺帽承受的应力后，将处于自由状态的螺帽松开，之后泄掉油压，完成拆卸 。在轴系中负荷最大处的低压缸/发电机对轮处的螺栓采用了特殊的锥形套，带锥形套的螺 栓无论是在结构、原理以及施工工艺上都有其独特之处。
2 结构特点
这种螺栓相比常规的液力拉伸螺栓有以下几点不同：
1) 在螺杆的两端均加工有完全一样的锥形螺纹。
2) 两端的螺帽外形尺寸一致，但其中一侧的螺帽端面加工有3个轴向通孔，每个通孔由M 8的螺孔和?6的光孔两部分组成。
3) 在螺杆外表面和联轴器的螺孔内表面之间有一个锥度为1∶100的C形的开口套，该开口槽 道在自然状态下宽约10 mm。
4) 在锥形开口套与带M8螺孔的之间有一个间距套。
3 工作原理
在正确装配状态下，螺杆的伸长量为0.38～0.44 mm，对应的紧固力为：61 850～70 09 7 kgf。可以推知整个联轴器对轮接触面之间的正压力为618 500～700 970 kgf。
就工作原理而言，与普通螺栓不同的是，锥形套及其附件的作用。
3.1 实现无间隙配合
锥形套附件包括间距套、6锁紧销钉以及M8锁紧。在装配过程中，均匀地旋紧锁 紧螺钉，可以推动销钉和间距套向锥形套方向移动，进而推动锥形套朝其薄壁端的楔形空间 移动。由于锥形套内表面已经被螺杆的配合段限位，锥形配合面会将间距套施加的轴向力转 化为放大了100倍，方向垂直与其内表面的正压力，并最终作用在对轮螺孔的内表面，以实 现螺杆、锥形套、对轮三者紧密结合。该过程类似于紧固膨胀螺栓。
由于该联轴器螺栓孔在机组安装过程中经过严格的配铰，故理论上正确的装配工艺完全 能够确保将联轴器恢复到配绞时的状态。从这种意义上，可以认为联轴器连接螺栓的装配是 对联轴器找中心结果的一个自动修正过程，而不会在连接过程中产生任何附加的曲柄效应。 某台机组连续3次大修资料的曲柄测试记录可以清楚地说明这一点。
第一次检修记录：最大曲柄出现在4 号与5号之间及对侧，汽机侧对轮在4号与5号之间正 向0.015 mm。
第二次检修记录：最大曲柄出现在3号～8号处，汽机侧对轮在3号正向0.02 mm。
第三次检修记录 ：最大曲柄出现在4号～9号处，汽机侧对轮在4号处正向0.02 mm。
可见，数次操作所产生最大曲柄值出现的范围和数值波动的范围都极其有限，这正是锥形 套定位作用的体现。因此，锥形套采用的意义在于自动修正联轴器找中心后的轴系状况。
3.2 限制螺杆应力释放
与常规的无锥形套的连接螺栓相比，锥形套的加入，使螺杆的受力情况变得较为复杂： 旋紧锁紧螺钉，将锥形套压进螺杆和螺栓孔之间的楔形空间后，就应力分布而言，将整个螺 杆以间距套/锥形套的结合面为界分成了两部分：左端的拉应力由带锁紧孔的螺帽和锥形套 保持；右端的拉应力由锥形套和不带锁紧孔的螺帽保持；故从理论上讲，拆卸（或松开）间 距套侧螺帽能完全释放该侧的螺杆拉应力；拆卸（或松开）锥形套侧螺帽后，也将导致该侧 拉引力释放，但随着拉应力的释放，螺杆收缩，配合段的径向回弹增大，锥形套对螺杆配合 段的表面正压力将限制其进一步收缩以释放拉应力。
可见锥形套增加了螺杆应力释放的限制条件，客观上对于运行中的联轴器起到了螺栓防 松动的积极作用，同时也将导致检修中的解体工作进一步复杂化。
4 拆装工艺
4.1 液力拉伸装置
液力拉伸螺栓的拆装离不开液力拉伸装置，该装置一般由手摇油泵、液压缸、拉伸头、 槽口操作扳手及手柄组成。
手摇油泵产生的压力油通过液压缸上的油管接头进入油缸内部，驱动活塞膨胀，并通过 拉伸头将拉伸力传递到螺杆，实现螺杆的拉伸。操作扳手右端的槽口与螺帽端面的槽口配合 ，当油压升至预定值后，就可操作手柄将螺帽旋动。底部垫圈为保持架提供一个平整的支持 平面。
在充分认识了其结构特点和工作原理之后，就不难理解锥形套液力拉伸螺栓的拆装工艺 了。
4.2 装配工艺
4.2.1 准备工作
1）联轴器中心找正工作结束，满足规程要求：端面张口≤0.02 mm，外园偏差0.04 mm。
2）螺杆的自由长度测量记录。
3）仔细清扫对轮螺孔内、螺栓的各个零件并晾干表面的清洗油。
4）为每个螺栓准备3颗M8的临时用的螺钉，规格同原件。
4.2.2 就位
1）将锥形套套在各自的螺杆上，并穿入对应的对轮螺孔中，并调整锥形套的开口面朝转子 的轴线。
由于锥形套的开口使得螺栓的质量分部出现圆周方向不均，这样做可以防止联轴器出现质 量不平衡。
2）轻轻用手将带锁紧孔的螺母旋紧。这样做是为了确保螺杆/锥形套之间以及锥形套/对 轮螺孔之间能够接触。
3）就位对侧的螺母。
4）就位锁紧销及临时锁紧螺钉。
4.2.3 紧固
总体顺序同常规的紧固方法，在手动盘车装置的配合下，对称进行。
1）组装拉伸装置于间距套的对侧。
2）就中拉伸：拉伸油压为最终拉伸压力的50％，均匀紧固临时锁紧螺钉（并不操作手柄 旋动螺帽），将锥形套沿轴向压紧后泄掉油压。
3）初步拉伸：再次以50％最终拉伸压力进行拉伸，旋紧螺帽后泄压。
4）最终拉伸：将油压提升到100％拉伸压力，旋紧螺帽及临时锁紧螺钉，之后泄压并拆除拉 伸装置。
5) 检查拉伸量：实践证明，只要严格控制拉伸油压，螺栓的生产量均能满足要求，如果 出现较大偏差，可以松开螺帽后，调整压力，重新操作。
6） 更换临时锁紧螺钉并涂抹适当的锁固胶。
4.3 拆卸工艺
从螺栓结构上可以看到整根螺杆的拉伸量被锥形套/间距套的结合面沿轴向分为两部分， 锥形套侧的伸长量约占总伸长的2/3，故拆卸螺栓应考虑先从锥形套侧的螺母入手。
1）就位拉伸装置于间距套对侧的螺母上，拆卸螺母。提升油压直至螺母松动（拆卸油压一般略高于装配油压），在保持油压的情况下在松开 螺母一圈以上，拧松并退出锁紧螺钉，之后泄掉油压。
2）检查螺杆是否松动。如果在机组运行过程中，螺杆/锥形套/螺孔之间的径向正压力 减小或消失，拆卸间距套对侧的螺母很可能导致整根螺杆的内应力释放而松动。如果松动， 就取下间距套侧的螺母、螺杆等完成拆卸工作。
3）如果螺杆/锥形套/螺孔之间的径向正压力依然保持在较高水平，拆卸间距套对侧的螺 母只能部分释放锥形套侧螺杆的拉应力。而且随着应力的释放，螺杆收缩，径向正压力对其 产生限位作用，将其压得更紧导致拉应力无法进一步释放。
此时需要通过拉伸间距套侧的螺杆来释放该段的拉应力：在该侧组装拉伸装置，提升油 压以松开间距套侧的螺母。在松开双侧螺母的情况下，一般适当敲打便可轻松取下。
4）如果螺杆仍然无法松动，需要在螺杆与锥形套之间施加一个轴向的内力将二者分离。
可以取下间距套和带锁紧孔的螺帽就位于锥形套的薄壁侧，并组装好锁紧销及锁紧螺钉 ，通过紧固锁紧螺钉将锥形套与螺杆分离，完成拆卸过程。为安全起见，应将螺杆的另一段 旋上螺母，防止锥形套弹出伤人。
4.4 装配中典型的操作误区
1）随意选择拉伸方向。如果选择间距套侧进行拉伸，在拉伸过程中一旦将锥形套胀 紧后 ，锥形套侧的螺杆便被限位无法继续拉伸，此后继续施加的拉力将由间距套侧的螺杆单独承 受，无法达到规定的拉伸量。极端情况下，当锥形套胀紧时，无锁紧孔的螺帽尚未紧贴对轮 沉孔平面，所有拉伸力均有间距套侧的螺杆承受，此时螺杆的伸长量最小（约为0.12～0.15 mm），且拉伸完成后，锥形套侧的螺帽仍然为松动状态。
2）省略就中拉伸步骤。无法保证装配后的螺杆与螺孔同心，将导致联轴器部分的质量分 部难以控制，同时也无法实现联轴器曲柄的自动校正，没有发挥出锥形套的功能。
3）最终拉伸后没有及时拧紧锁紧螺钉。在高速旋转的轴系中，锥形套在螺孔内的任何位 移都是危及安全的隐患。
5 结论
锥形套液力连接螺栓具有液力连接螺栓的一般特点：紧固力的大小由调整活塞油压可以很 精确地控制，可以保证整个联轴器的总压力和压力分布的均匀；无间隙配合更是其独到之处 ，可以对联轴器中心找正结果自动修正，确保安装精度。其优越的性能特点，使得它在大容 量的汽轮发电机组上得到了日益广泛的应用。同时其特殊的结构也决定了拆装工艺的特殊性 ，只有按照正确的工艺施工，才能充分发挥其长处，实现其应有的功能，避免不必要的损坏。
作者单位：巴蜀江油电厂
转自：北极星电技术网(end)
关键词：锥形套；连接螺栓；汽轮发电机组；应用
1 T2A-330机组联轴器介绍
ALSTOM 产T2A-330汽轮发电机组轴系布置为：高压转子-中压转子-低压转子-发电机 转子。各转子均为实心整锻件，三个联轴器均为刚性连接。联轴器螺栓数量分别为：14（高 /中）；12（中/低）；10（低/发）。所有连接螺栓均为液力拉伸双头螺栓，随机配有专用 的拉伸装置。其原始长度在出厂前都经过严格测量，精度为0.01 mm，用电腐蚀工艺写在每 颗螺栓的端部。装配时通过调整拉伸装置液压缸的压力，控制其伸长量，手动旋紧螺帽即可 ，最后对螺杆长度进行测量，确认其拉伸量无误后结束操作。拆卸时也是使用拉伸装置将螺 杆拉长，以消除螺帽承受的应力后，将处于自由状态的螺帽松开，之后泄掉油压，完成拆卸 。在轴系中负荷最大处的低压缸/发电机对轮处的螺栓采用了特殊的锥形套，带锥形套的螺 栓无论是在结构、原理以及施工工艺上都有其独特之处。
2 结构特点
这种螺栓相比常规的液力拉伸螺栓有以下几点不同：
1) 在螺杆的两端均加工有完全一样的锥形螺纹。
2) 两端的螺帽外形尺寸一致，但其中一侧的螺帽端面加工有3个轴向通孔，每个通孔由M 8的螺孔和?6的光孔两部分组成。
3) 在螺杆外表面和联轴器的螺孔内表面之间有一个锥度为1∶100的C形的开口套，该开口槽 道在自然状态下宽约10 mm。
4) 在锥形开口套与带M8螺孔的之间有一个间距套。
3 工作原理
在正确装配状态下，螺杆的伸长量为0.38～0.44 mm，对应的紧固力为：61 850～70 09 7 kgf。可以推知整个联轴器对轮接触面之间的正压力为618 500～700 970 kgf。
就工作原理而言，与普通螺栓不同的是，锥形套及其附件的作用。
3.1 实现无间隙配合
锥形套附件包括间距套、6锁紧销钉以及M8锁紧。在装配过程中，均匀地旋紧锁 紧螺钉，可以推动销钉和间距套向锥形套方向移动，进而推动锥形套朝其薄壁端的楔形空间 移动。由于锥形套内表面已经被螺杆的配合段限位，锥形配合面会将间距套施加的轴向力转 化为放大了100倍，方向垂直与其内表面的正压力，并最终作用在对轮螺孔的内表面，以实 现螺杆、锥形套、对轮三者紧密结合。该过程类似于紧固膨胀螺栓。
由于该联轴器螺栓孔在机组安装过程中经过严格的配铰，故理论上正确的装配工艺完全 能够确保将联轴器恢复到配绞时的状态。从这种意义上，可以认为联轴器连接螺栓的装配是 对联轴器找中心结果的一个自动修正过程，而不会在连接过程中产生任何附加的曲柄效应。 某台机组连续3次大修资料的曲柄测试记录可以清楚地说明这一点。
第一次检修记录：最大曲柄出现在4 号与5号之间及对侧，汽机侧对轮在4号与5号之间正 向0.015 mm。
第二次检修记录：最大曲柄出现在3号～8号处，汽机侧对轮在3号正向0.02 mm。
第三次检修记录 ：最大曲柄出现在4号～9号处，汽机侧对轮在4号处正向0.02 mm。
可见，数次操作所产生最大曲柄值出现的范围和数值波动的范围都极其有限，这正是锥形 套定位作用的体现。因此，锥形套采用的意义在于自动修正联轴器找中心后的轴系状况。
3.2 限制螺杆应力释放
与常规的无锥形套的连接螺栓相比，锥形套的加入，使螺杆的受力情况变得较为复杂： 旋紧锁紧螺钉，将锥形套压进螺杆和螺栓孔之间的楔形空间后，就应力分布而言，将整个螺 杆以间距套/锥形套的结合面为界分成了两部分：左端的拉应力由带锁紧孔的螺帽和锥形套 保持；右端的拉应力由锥形套和不带锁紧孔的螺帽保持；故从理论上讲，拆卸（或松开）间 距套侧螺帽能完全释放该侧的螺杆拉应力；拆卸（或松开）锥形套侧螺帽后，也将导致该侧 拉引力释放，但随着拉应力的释放，螺杆收缩，配合段的径向回弹增大，锥形套对螺杆配合 段的表面正压力将限制其进一步收缩以释放拉应力。
可见锥形套增加了螺杆应力释放的限制条件，客观上对于运行中的联轴器起到了螺栓防 松动的积极作用，同时也将导致检修中的解体工作进一步复杂化。
4 拆装工艺
4.1 液力拉伸装置
液力拉伸螺栓的拆装离不开液力拉伸装置，该装置一般由手摇油泵、液压缸、拉伸头、 槽口操作扳手及手柄组成。
手摇油泵产生的压力油通过液压缸上的油管接头进入油缸内部，驱动活塞膨胀，并通过 拉伸头将拉伸力传递到螺杆，实现螺杆的拉伸。操作扳手右端的槽口与螺帽端面的槽口配合 ，当油压升至预定值后，就可操作手柄将螺帽旋动。底部垫圈为保持架提供一个平整的支持 平面。
在充分认识了其结构特点和工作原理之后，就不难理解锥形套液力拉伸螺栓的拆装工艺 了。
4.2 装配工艺
4.2.1 准备工作
1）联轴器中心找正工作结束，满足规程要求：端面张口≤0.02 mm，外园偏差0.04 mm。
2）螺杆的自由长度测量记录。
3）仔细清扫对轮螺孔内、螺栓的各个零件并晾干表面的清洗油。
4）为每个螺栓准备3颗M8的临时用的螺钉，规格同原件。
4.2.2 就位
1）将锥形套套在各自的螺杆上，并穿入对应的对轮螺孔中，并调整锥形套的开口面朝转子 的轴线。
由于锥形套的开口使得螺栓的质量分部出现圆周方向不均，这样做可以防止联轴器出现质 量不平衡。
2）轻轻用手将带锁紧孔的螺母旋紧。这样做是为了确保螺杆/锥形套之间以及锥形套/对 轮螺孔之间能够接触。
3）就位对侧的螺母。
4）就位锁紧销及临时锁紧螺钉。
4.2.3 紧固
总体顺序同常规的紧固方法，在手动盘车装置的配合下，对称进行。
1）组装拉伸装置于间距套的对侧。
2）就中拉伸：拉伸油压为最终拉伸压力的50％，均匀紧固临时锁紧螺钉（并不操作手柄 旋动螺帽），将锥形套沿轴向压紧后泄掉油压。
3）初步拉伸：再次以50％最终拉伸压力进行拉伸，旋紧螺帽后泄压。
4）最终拉伸：将油压提升到100％拉伸压力，旋紧螺帽及临时锁紧螺钉，之后泄压并拆除拉 伸装置。
5) 检查拉伸量：实践证明，只要严格控制拉伸油压，螺栓的生产量均能满足要求，如果 出现较大偏差，可以松开螺帽后，调整压力，重新操作。
6） 更换临时锁紧螺钉并涂抹适当的锁固胶。
4.3 拆卸工艺
从螺栓结构上可以看到整根螺杆的拉伸量被锥形套/间距套的结合面沿轴向分为两部分， 锥形套侧的伸长量约占总伸长的2/3，故拆卸螺栓应考虑先从锥形套侧的螺母入手。
1）就位拉伸装置于间距套对侧的螺母上，拆卸螺母。提升油压直至螺母松动（拆卸油压一般略高于装配油压），在保持油压的情况下在松开 螺母一圈以上，拧松并退出锁紧螺钉，之后泄掉油压。
2）检查螺杆是否松动。如果在机组运行过程中，螺杆/锥形套/螺孔之间的径向正压力 减小或消失，拆卸间距套对侧的螺母很可能导致整根螺杆的内应力释放而松动。如果松动， 就取下间距套侧的螺母、螺杆等完成拆卸工作。
3）如果螺杆/锥形套/螺孔之间的径向正压力依然保持在较高水平，拆卸间距套对侧的螺 母只能部分释放锥形套侧螺杆的拉应力。而且随着应力的释放，螺杆收缩，径向正压力对其 产生限位作用，将其压得更紧导致拉应力无法进一步释放。
此时需要通过拉伸间距套侧的螺杆来释放该段的拉应力：在该侧组装拉伸装置，提升油 压以松开间距套侧的螺母。在松开双侧螺母的情况下，一般适当敲打便可轻松取下。
4）如果螺杆仍然无法松动，需要在螺杆与锥形套之间施加一个轴向的内力将二者分离。
可以取下间距套和带锁紧孔的螺帽就位于锥形套的薄壁侧，并组装好锁紧销及锁紧螺钉 ，通过紧固锁紧螺钉将锥形套与螺杆分离，完成拆卸过程。为安全起见，应将螺杆的另一段 旋上螺母，防止锥形套弹出伤人。
4.4 装配中典型的操作误区
1）随意选择拉伸方向。如果选择间距套侧进行拉伸，在拉伸过程中一旦将锥形套胀 紧后 ，锥形套侧的螺杆便被限位无法继续拉伸，此后继续施加的拉力将由间距套侧的螺杆单独承 受，无法达到规定的拉伸量。极端情况下，当锥形套胀紧时，无锁紧孔的螺帽尚未紧贴对轮 沉孔平面，所有拉伸力均有间距套侧的螺杆承受，此时螺杆的伸长量最小（约为0.12～0.15 mm），且拉伸完成后，锥形套侧的螺帽仍然为松动状态。
2）省略就中拉伸步骤。无法保证装配后的螺杆与螺孔同心，将导致联轴器部分的质量分 部难以控制，同时也无法实现联轴器曲柄的自动校正，没有发挥出锥形套的功能。
3）最终拉伸后没有及时拧紧锁紧螺钉。在高速旋转的轴系中，锥形套在螺孔内的任何位 移都是危及安全的隐患。
5 结论
锥形套液力连接螺栓具有液力连接螺栓的一般特点：紧固力的大小由调整活塞油压可以很 精确地控制，可以保证整个联轴器的总压力和压力分布的均匀；无间隙配合更是其独到之处 ，可以对联轴器中心找正结果自动修正，确保安装精度。其优越的性能特点，使得它在大容 量的汽轮发电机组上得到了日益广泛的应用。同时其特殊的结构也决定了拆装工艺的特殊性 ，只有按照正确的工艺施工，才能充分发挥其长处，实现其应有的功能，避免不必要的损坏。
作者单位：巴蜀江油电厂
转自：北极星电技术网(end)